[發明專利]一種混合高溫燃料電池發電系統和方法

在審

• 申請號: 202010501034.4
• 申請日: 2020-06-04
• 公開（公告）號: CN111525166A
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 盧成壯;張瑞云;李昊;程健;王保民;楊冠軍;黃華
• 申請（專利權）人: 中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司
• 主分類號: H01M8/0612
• 分類號: H01M8/0612;H01M8/0662;H01M8/1231;H01M8/14
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李鵬威

本發明公開了一種混合高溫燃料電池發電系統和方法，包括天然氣重整、固體氧化物燃料電池和熔融碳酸鹽燃料電池串聯組成，固體氧化物燃料電池尾氣作為熔融碳酸鹽燃料電池的燃料來源，二氧化碳經過多次循環參與熔融碳酸鹽燃料電池的反應，實現混合發電系統最大燃料利用率和功率，降低了天然氣二氧化碳的排放，實現清潔發電和綜合利用。

技術領域

本發明屬于高溫燃料電池發電技術領域，特別涉及一種混合高溫燃料電池發電系統和方法。

背景技術

高溫燃料電池(固體氧化物燃料電池SOFC和熔融碳酸鹽燃料電池MCFC)作為一種發電效率高，二氧化碳排放低的發電裝置，在未來可以取代傳統的燃燒式發電機，高溫燃料電池可以通過重整操作直接使用各種燃料，并且燃料來源在許多化工生產中容易獲得。天然氣需要在燃料電池內部(外部)進行重整得到富氫氣體，進行發電。內重整過程中，為防止燃料電池積碳需通入過量的水蒸氣，但會稀釋氫氣的濃度，陽極會形成氧化鎳并降低電池的性能，在固體氧化物燃料電池的運行中采用中等的燃料利用率，此時固體氧化物燃料電池尾氣中含有一定的氫氣和一氧化碳，這些燃料也可以產生額外的電力，但是目前并沒有較好的方案解決固體氧化物燃料電池存在燃料利用率的問題。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供了一種混合高溫燃料電池發電系統和方法，進一步提高燃料電池燃料利用率，降低二氧化碳的排放。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是，一種混合高溫燃料電池發電系統，包括燃料電池，所述燃料電池為固體氧化物燃料電池和熔融碳酸鹽燃料電池的混合串聯，其中，天然氣與水單元連接在重整器單元入口，重整器單元的出口連接在固體氧化物燃料電池的陽極進氣口，固體氧化物燃料電池陽極尾氣出口連接至熔融碳酸鹽燃料電池的陽極進氣口；空氣單元出氣口連接至固體氧化物燃料電池陰極單元的進氣口，固體氧化物燃料電池的陰極尾氣出口連接至熔融碳酸鹽燃料電池的陰極進氣口；熔融碳酸鹽燃料電池的陽極尾氣及陰極尾氣均連接至催化燃燒單元的進氣口，催化燃燒單元的二氧化碳出氣口連接至熔融碳酸鹽燃料電池的陰極進氣口。

進一步的，所述天然氣單元與重整器單元之間、以及水單元與重整器單元之間、以及空氣單元與固體氧化物燃料電池的陰極之間均連接有預熱單元。

進一步的，所述固體氧化物燃料電池陽極與熔融碳酸鹽燃料電池的陽極之間、以及固體氧化物燃料電池陰極與熔融碳酸鹽燃料電池的陰極之間、以及催化燃燒單元的二氧化碳出氣口與熔融碳酸鹽燃料電池的陰極之間均設置有換熱單元。

進一步的，催化燃燒單元的廢氣出口進入下一單元。

進一步的，天然氣重整溫度為700℃，固體氧化物燃料電池反應溫度為800℃，熔融碳酸鹽燃料電池反應溫度為650℃。

進一步的，熔融碳酸鹽燃料電池的陰極進氣口還連接有其他二氧化碳源。

本發明還提供了上述電池發電系統的發電方法，天然氣與水經過預熱進入重整器單元，重整后的氣體進入預熱單元，預熱后的氣體進入固體氧化物燃料電池陽極，空氣經過壓縮預熱進入固體氧化物燃料電池陰極單元，固體氧化物燃料電池進行反應發電，發電過程中產生陽極尾氣和陰極尾氣，其中，固體氧化物燃料電池陽極尾氣和陰極尾氣分別經過換熱器進入熔融碳酸鹽燃料電池的陽極進氣口和陰極進氣口，熔融碳酸鹽燃料電池進行反應發電，發電過程中產生的陽極尾氣和陰極尾氣均進入催化然繞單元進行催化燃燒，燃燒后得到的二氧化碳再循環進入熔融碳酸鹽燃料電池陰極進氣口，參與熔融碳酸鹽燃料電池的反應發電。

進一步的，所述固體氧化物燃料電池的陽極尾氣中含有未參與反應的氫氣和一氧化碳，陰極尾氣中含有空氣。

進一步的，固體氧化物燃料電池的陽極尾氣和陰極尾氣經換熱器換熱達到650℃后進入熔融碳酸鹽燃料電池。

與現有技術相比，本發明至少具有以下有益效果：