[發(fā)明專利]一種熔融碳酸鹽燃料電池發(fā)電系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2021-08-09
• 公開（公告）號: CN113594522B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發(fā)明（設計）人: 程健;張瑞云;許世森;盧成壯;白發(fā)琪
• 申請（專利權）人: 華能國際電力股份有限公司;中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司
• 主分類號: H01M8/14
• 分類號: H01M8/14;H01M8/0612;H01M8/0662;H01M8/0668;H01M8/04014
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產(chǎn)權代理有限公司 11250
• 代理人: 秦廣成

本發(fā)明提供的熔融碳酸鹽燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，屬于發(fā)電技術領域，包括：電池堆組；末級電池堆的陰極入口與電池堆組的陰極出口連接；產(chǎn)氣管路；回收循環(huán)管路；本發(fā)明的熔融碳酸鹽燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，采用胺法吸收的方式實現(xiàn)了燃料電池堆陽極尾氣中Hsubgt;2/subgt;的回收發(fā)電，以及COsubgt;2/subgt;循環(huán)利用以補充煤氣中COsubgt;2/subgt;的不足，并且充分利用了CO變換反應放熱、燃料電池和催化燃燒器中產(chǎn)生的高溫氣體的熱量，與胺法吸收過程的熱量需求相平衡，使得熔融碳酸鹽燃料電池系統(tǒng)發(fā)電效率大于50％，大大提高了系統(tǒng)的環(huán)保特性和經(jīng)濟性。

技術領域

本發(fā)明涉及發(fā)電技術領域，具體涉及一種熔融碳酸鹽燃料電池發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術

熔融碳酸鹽燃料電池是一種工作于650℃的高溫燃料電池，具有不需要貴金屬作催化劑、燃料來源廣、噪音低、污染物基本達到近零排放、發(fā)電效率高、可實現(xiàn)熱電聯(lián)供等優(yōu)點，適合于百千瓦級至兆瓦級分布式電站或固定電站，具有良好的發(fā)展前景。

熔融碳酸鹽燃料電池的結構可以分為陰極、電解質(zhì)以及陽極三部分，其中電解質(zhì)為熔融的碳酸鹽。在工作時，陰極中通入空氣和CO₂，在陰極的電極處發(fā)生反應產(chǎn)生碳酸根離子；碳酸根離子穿過電解質(zhì)，到達陽極電極處；在陽極電極處H₂與碳酸根離子發(fā)生電化學反應生成H₂O和CO₂，與此同時，電子從陽極通過外電路到達陰極，并對外做電功。從熔融碳酸鹽燃料電池的發(fā)電原理可以看出，熔融碳酸鹽燃料電池工作時會在陰極消耗CO₂，陰極產(chǎn)生的碳酸根離子會遷移至陽極與陽極燃料發(fā)生電化學反應釋放CO₂并產(chǎn)生電能，熔融碳酸鹽燃料電池中CO₂的遷移與富集對于減少溫室氣體(主要是CO₂)的排放具有重要的環(huán)保意義。

天然氣、甲醇、煤氣等燃料通過重整反應將含碳燃料轉化為H₂和CO₂后的氣體中H₂的含量大大高于CO₂含量，熔融碳酸鹽燃料電池陽極需要的H₂和陰極需要的CO₂的比例為1:1，因此，含碳燃料的重整氣中H₂和CO₂不能完全滿足熔融碳酸鹽燃料電池的需求；同時，陽極的燃料氫氣約70％左右參與了電極反應產(chǎn)生電能，剩余的氫氣會隨陽極尾氣流出，大部分系統(tǒng)會采用燃料電池陰極和陽極氣體混合催化燃燒的方式將H₂完全燃燒，剩余的CO₂循環(huán)至陰極，但是H₂的直接催化燃燒導致燃料利用率低和系統(tǒng)效率低的問題。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明要解決的技術問題在于克服現(xiàn)有技術中的含碳燃料的重整氣中H₂和CO₂不能完全滿足熔融碳酸鹽燃料電池的需求的缺陷，從而提供一種熔融碳酸鹽燃料電池發(fā)電系統(tǒng)。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供的一種熔融碳酸鹽燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，包括：

電池堆組；

末級電池堆，陰極入口與電池堆組的陰極出口連接；

產(chǎn)氣管路，包括依次連接的產(chǎn)氣組件、第一分離裝置和解析裝置；所述第一分離裝置的第一出口與所述電池堆組的陽極入口連接，第二出口與所述解析裝置的進口連接，所述解析裝置的出口與所述電池堆組的陰極入口連接；

回收循環(huán)管路，包括第二分離裝置；所述第二分離裝置的進口與所述電池堆組的陽極出口連接；所述第二分離裝置的第一出口與末級電池堆的陽極入口連接，第二出口與所述解析裝置的進口連接。

作為優(yōu)選方案，還包括：

催化燃燒裝置，出口與末級電池堆的陽極出口、陰極出口均連通；所述催化燃燒裝置的出口與大氣連通。