[發(fā)明專(zhuān)利]一種熱電比可調(diào)的SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)及其調(diào)控方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011532358.0
• 申請(qǐng)日: 2020-12-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112542602A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱禹;梅書(shū)雪;岳利可;路曉瑞;王世學(xué)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01M8/12
• 分類(lèi)號(hào): H01M8/12;H01M8/04007;H01M8/04014;H01M8/04701
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專(zhuān)利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李麗萍

本發(fā)明公開(kāi)了一種熱電比可調(diào)的SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)，包括固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)、余熱回收換熱器、熱水型吸收式熱泵以及煙氣調(diào)控裝置；固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)包括固體氧化物燃料電池、空氣預(yù)熱器、燃料預(yù)熱器和水預(yù)熱器；固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)用于進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)和未完全反應(yīng)氣體燃燒，對(duì)外輸出電能并產(chǎn)生高溫?zé)煔猓粺煔饬鲃?dòng)控制系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫?zé)煔饬鬟^(guò)余熱回收換熱器、空氣預(yù)熱器、燃料預(yù)熱器、水預(yù)熱器的先后順序，進(jìn)而改變固體氧化物燃料電池的發(fā)電量和熱水型吸收式熱泵的供熱量比值。本發(fā)明在余熱梯級(jí)利用的基礎(chǔ)上，充分利用了燃料電池的高溫廢氣，實(shí)現(xiàn)了供能端熱電比的部分可調(diào)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及能源技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中的一種熱電聯(lián)供系統(tǒng)，尤其涉及一種熱電比可調(diào)的固體氧化物燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)及其調(diào)控方法。

背景技術(shù)

固體氧化物燃料電池(solid oxide fuel cell,簡(jiǎn)稱(chēng)SOFC)作為新一代燃料電池，在高溫(500～1000℃)下可以將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，具有發(fā)電效率高、燃料選擇范圍寬、廢熱溫度高、模塊化結(jié)構(gòu)和安裝靈活等優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是未來(lái)熱電聯(lián)供系統(tǒng)最佳的原動(dòng)機(jī)選擇。

固體氧化物池發(fā)電系統(tǒng)的排氣溫度高，如果直接排放到環(huán)境當(dāng)中，會(huì)造成大量的能量損失，造成系統(tǒng)的熱利用率低。為充分利用固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的高溫排氣，將其與吸收式熱泵組成熱電聯(lián)供系統(tǒng)，大大提高了系統(tǒng)效率。但是，固體氧化物燃料電池高溫排氣的一部分熱量用來(lái)加熱自身運(yùn)行所需的空氣和燃料，另一部分用來(lái)驅(qū)動(dòng)吸收式熱泵，這一原因使得固體氧化物燃料電池驅(qū)動(dòng)的熱電聯(lián)供系統(tǒng)熱電輸出耦合性極強(qiáng)，且輸出熱電比固定。現(xiàn)有的固體氧化物燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)均先將后燃燒室出口的高溫?zé)煔鈱?duì)空氣、燃料和水預(yù)熱后，再作為吸收式熱泵的熱源進(jìn)行供熱，因此僅能實(shí)現(xiàn)一種熱電比的能量輸出，導(dǎo)致聯(lián)供系統(tǒng)的熱電比與需求側(cè)熱電比匹配性變差。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種熱電比可調(diào)的SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)及其調(diào)控方法，實(shí)現(xiàn)固體氧化物燃料電池發(fā)電量和吸收式熱泵供熱量比例的部分可調(diào)，對(duì)固體氧化物燃料電池產(chǎn)生的熱量進(jìn)行有效利用，并提高了系統(tǒng)的靈活性。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的一種熱電比可調(diào)的SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)，包括固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)、余熱回收換熱器、熱水型吸收式熱泵以及煙氣調(diào)控裝置；所述固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)包括固體氧化物燃料電池、空氣壓縮機(jī)、燃料壓縮機(jī)、水泵、空氣預(yù)熱器、燃料預(yù)熱器、水預(yù)熱器、混合器和后燃燒室；所述固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)用于進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)和未完全反應(yīng)氣體燃燒，對(duì)外輸出電能并產(chǎn)生高溫?zé)煔猓凰鰺煔饬鲃?dòng)控制系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)所述固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫?zé)煔饬鬟^(guò)所述余熱回收換熱器、空氣預(yù)熱器、燃料預(yù)熱器、水預(yù)熱器的先后順序；所述固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫?zé)煔膺M(jìn)入所述余熱回收換熱器產(chǎn)生高溫循環(huán)水，用于驅(qū)動(dòng)所述熱水型吸收式熱泵對(duì)熱網(wǎng)回水進(jìn)行加熱，從而實(shí)現(xiàn)為熱網(wǎng)中的用戶(hù)供熱。

進(jìn)一步講，本發(fā)明所述的熱電比可調(diào)的SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)，所述固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中，空氣經(jīng)所述空氣壓縮機(jī)壓縮后，流經(jīng)空氣預(yù)熱器進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱后的高溫空氣進(jìn)入所述固體氧化物燃料電池的陰極；燃料經(jīng)所述燃料壓縮機(jī)壓縮后，再經(jīng)所述燃料預(yù)熱器預(yù)熱；水經(jīng)水泵加壓后，再經(jīng)水預(yù)熱器預(yù)熱；加壓預(yù)熱后的燃料和水在所述混合器內(nèi)充分混合后通入所述固體氧化物燃料電池的陽(yáng)極；進(jìn)入所述固體氧化物燃料電池陰極的空氣和陽(yáng)極進(jìn)氣在所述固體氧化物燃料電池內(nèi)部發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)后輸出電能；所述固體氧化物燃料電池的陰極排氣和陽(yáng)極排氣在所述后燃燒室燃燒后形成高溫?zé)煔狻?/p>

所述熱水型吸收式熱泵包括發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器、溶液泵、減壓閥和節(jié)流閥，所述發(fā)生器內(nèi)的溶液經(jīng)所述余熱回收換熱器內(nèi)的高溫循環(huán)水加熱后分為兩路，一路是：濃溶液經(jīng)過(guò)膨脹閥進(jìn)入所述吸收器，另一路是：溶劑水蒸發(fā)后進(jìn)入所述冷凝器冷凝，產(chǎn)生的冷凝水通過(guò)節(jié)流閥進(jìn)入所述蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)，隨后進(jìn)入所述吸收器與其中的濃溶液混合，再經(jīng)溶液泵送至發(fā)生器，從而完成一個(gè)循環(huán)過(guò)程；與此同時(shí)，熱網(wǎng)回水依次流經(jīng)熱水型吸收式熱泵的吸收器和冷凝器，分別實(shí)現(xiàn)熱網(wǎng)水的一次升溫和二次升溫。