CN110701827A - 一种紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统及其运行方法 - Google Patents

一种紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统及其运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了紧凑型百kW‑MW级SOFC冷热电系统及其运行方法，包括SOFC发电系统、冷暖能量提供系统、生活热水系统和去离子水系统，SOFC发电系统为冷暖能量提供系统和生活热水系统提供热量，去离子水系统为冷暖离子水系统和生活热水系统提供去离子水，SOFC发电系统、冷暖能量提供系统、生活热水系统和去离子水系统经管道顺次连接。其运行方法包括S1，SOFC预热阶段；S2，SOFC稳定运行阶段；以及当SOFC停机小于48小时，还包括，S3，SOFC保温阶段。本发明提高系统设备的紧凑性和系统效率到90％，其提供的运行方法可以有效匹配用户负荷特性，提升系统运行效率5％以上。

Description

一种紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统及其运行方法
技术领域
本发明涉及中低温热能回收与动力工程领域，特别是一种紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统及其运行方法。
背景技术
固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)是第三代燃料电池，以固体氧化物作为介质，在中高温下运行，直接将储存在燃料中的化学能高效、环保的转化成电能的化学发电装置，发电效率最高可达60％以上，可以在未来作为主要的发电装置。目前国内SOFC研究主要集中在理论研究层面，国内电池制造厂商缺乏系统集成能力，由于电池寿命不高，制造成本高，因此未有大型(MW级)SOFC发电系统。同时，由于百kW-MW级SOFC制造处于初始阶段，系统集成，应用场景及应用方法尚在探索之中，如何提高百kW-MW级SOFC系统效率及匹配用户负荷特性提高运行效率成为亟待解决的难题。在SOFC系统余热利用中，使用未经处理的自来水作为水源，其供水管路较长，造成余热利用中各系统的部件空间布局松散，降低了SOFC系统余热的利用效率。并且使用不经处理的自来水，需要在余热利用的生活热水系统中使用二次换热获取生活热水，增加了使用设备数量，也不利于余热利用中各系统部件空间布局紧凑性。
发明内容
本发明的目的在于，本发明将固体氧化物燃料电池、冷暖能量提供系统、生活热水系统和去离子水系统集中于固体氧化物燃料电池冷热电系统中，其中去离子水系统采用去离子水装备处理自来水，缩短了冷暖能量提供系统和生活热水系统中各部件之间的管道长度，提高系统各部件空间布局的紧凑性的同时极大提高了百kW-MW级固体氧化物燃料电池系统效率，同时提供的运行方法可以有效匹配用户负荷特性，提升系统运行效率5％。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
一种紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统，包括SOFC发电系统、冷暖能量提供系统、生活热水系统和去离子水系统，所述SOFC发电系统为SOFC发电系统、冷暖能量提供系统和生活热水系统提供热量，所述去离子水系统为冷暖能量提供系统和生活热水系统提供去离子水，SOFC发电系统、冷暖能量提供系统、生活热水系统和去离子水系统经管道顺次连接。
前述的紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统，所述SOFC发电系统包括脱硫装置、重整器、鼓风机、空气预热器、电加热装置、SOFC、烟气旁通阀和后燃室，所述SOFC包括SOFC阳极和SOFC阴极,脱硫装置与重整器连通，重整器分别与空气预热器和SOFC阳极连通，鼓风机与空气预热器连通，空气预热器通过烟气旁通阀与余热利用系统连通，电加热装置位于空气预热器与SOFC阴极之间的管道上，后燃室与重整器连通。
前述的紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统，所述冷暖能量提供系统包括吸收式制冷装置、分离器II、蓄冷蓄热罐、阀I、混合器I、冷暖用户和输送泵，吸收式制冷装置进气口与空气预热器出气口连接，吸收式制冷装置出气口与生活热水系统相连接，吸收式制冷装置进水口与去离子水系统连接，吸收式制冷装置出水口通过分离器I分别与蓄冷蓄热罐进水口和混合器I进水口连接，蓄冷蓄热罐出水口与混合器I进水口通过设置有阀I的管道连接，混合器I出水口与冷暖用户连接，冷暖用户与离子水装置经过输送泵连接。
前述的紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统，所述生活热水系统包括烟气热水换热器、分离器III、生活热水储罐、阀II、混合器II、生活热水泵和生活热水用户，所述烟气热水换热器进气口与吸收式制冷装置出气口连接，烟气热水换热器进水口与去离子水系统连接，烟气热水换热器出水口通过分离器III分别与生活热水储罐进水口和混合器II进水口连接，生活热水储罐出水口与混合器II进水口通过设置有阀II的管道连接，混合器II的出水口通过生活热水泵与生活热水用户连接。
前述的紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统，所述生活热水系统包括烟气热水换热器、分离器III、生活热水储罐、阀II、混合器II、生活热水泵和生活热水用户，所述烟气热水换热器进气口与吸收式制冷装置出气口连接，烟气热水换热器进水口与去离子水系统连接，烟气热水换热器出水口通过分离器III分别与生活热水储罐进水口和混合器II进水口连接，生活热水储罐出水口与混合器II进水口通过设置有阀II的管道连接，混合器II的出水口通过生活热水泵与生活热水用户连接。
紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统的运行方法，包括以下步骤：
步骤S1：SOFC预热阶段，打开烟气旁通阀，启动重整器、鼓风机、空气预热器、电加热装置、SOFC、去离子水装置和自来水泵，空气经鼓风机增压后经过空气预热器，经管道，进入SOFC阴极内，电加热装置对空气预热器与SOFC之间的管道内的空气进行加热，出SOFC阴极的空气进入后燃室，后燃室出口空气进入重整器，重整器出口空气再次回到空气预热器中，空气预热器出口空气通过烟气旁通阀排入大气，如此循环开始另一轮对SOFC的预热过程，经过一段时间，所述一段时间为6-8小时，SOFC预热到指定温度，所述指定温度为600-800℃，SOFC预热阶段结束，SOFC预热同时，自来水通过自来水泵进入去离子水装置，去离子水装置将自来水转化为去离子水；
步骤S2：SOFC稳定运行阶段，SOFC预热阶段结束，关闭电加热装置和烟气旁通阀，天然气经脱硫装置脱硫后进入重整器中，与SOFC阳极出口部分气体混合重整，重整之后混合气体进入SOFC阳极，与经鼓风机增压后经空气预热器预热后进入SOFC阴极的空气，在SOFC内部发生电化学反应，将化学能直接转化成电能，经过直流交流转换器转成交流电供电用户使用，所述电化学反应完成后，SOFC阳极出口气体经分流器I分为两部分，一部分SOFC阳极出口气体进入重整器与经过脱硫装置的天然气重整，重整之后混合气体进入SOFC阳极，与经鼓风机增压后经空气预热器预热后进入SOFC阴极的空气，在SOFC内部发生电化学反应，如此循环；另一部分SOFC阳极出口气体进入后燃室与SOFC阴极出口气体混合燃烧，将剩余燃料的化学能转化成内能，后燃室出口气体依次通过重整器为重整器提供热量，通过空气预热器为空气预热器提供热量，通过吸收式制冷装置为吸收式制冷装置制冷制热提供能量，通过烟气热水换热器为在烟气热水换热器中换热的软化水提供热量，后燃室出口气体通过烟气热水换热器后排入大气，排入大气的后燃室出口气体的温度为61-65℃，经过去离子水装置处理得到的去离子水进入分离器IV分为两部分，一部分去离子水通过吸收式制冷装置、分离器II、蓄冷蓄热罐、混合器I为冷/暖用户提供供冷水/供暖水，冷/暖用户的回水通过输送泵泵入去离子水装置，如此循环对冷/暖用户供能，夏季时为冷暖用户提供冷离子水，吸收式制冷装置制冷，蓄冷蓄热罐储存供冷水，冬季时为暖用户提供供暖水，吸收式制冷装置制热，蓄冷蓄热罐储存供暖水；另一部分去离子水，在烟气热水换热器换热成为生活热水，生活热水通过混合器II为生活热水用户提供生活热水。余热利用系统运行稳定以后，自来水供水量为生活热水量和冷暖用户补水量。
前述的紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统的运行方法中，当SOFC停机小于48小时，还包括：步骤S3：SOFC保温阶段，启动电加热装置，打开烟气旁通阀，重整器、鼓风机、空气预热器和SOFC保持运行状态，SOFC冷热电系统其他装置依次关闭，开始SOFC的预热阶段。
前述的紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统的运行方法中，夏季运行时，冷暖能量提供系统、生活热水系统和去离子水系统运行方法包括以下过程：
自来水经过自来水泵，进入去离子水装置，由自来水处理成去离子水，出去离子水装置的去离子水经过分离器IV分为两部分，一部分去离子水进入由后燃室出口气体提供能量的吸收式制冷装置中制冷，由吸收式制冷装置制冷后得到的供冷水过分离器II分为两部分，冷负荷低时，一部分供冷水经混合器I直接为冷暖用户供供冷水，另一部分供冷水进入蓄冷蓄热罐中存储起来，此时阀I处于关闭状态；冷负荷高时，由吸收式制冷装置制冷后得到的供冷水全部经分离器II进入混合器I，同时阀I打开，蓄冷蓄热罐放出存储的供冷水，两股水共同进入混合器I为冷暖用户供供冷水，所述供冷水的温度为5-9℃，冷暖用户的回水经输送泵后泵入去离子水水装置循环使用；另一部分去离子水进入后燃室出口气体提供能量的烟气热水换进行热器，经烟气热水换热器换得到的生活热水通过分离器III分为两部分，生活热水负荷低时，一部分生活热水经混合器II通过生活热水泵泵往生活热水用户，另一部分进入生活热水储罐中存储起来，此时阀II处于关闭状态，生活热水负荷高时，经烟气热水换热器换得到的生活热水全部通过分离器III进入混合器II，同时阀II打开，生活热水储罐放出存储的生活热水，两股水同时进入混合器II通过生活热水泵泵往生活热水用户。余热利用系统运行稳定以后，自来水供水量为生活热水量和冷暖用户供暖水补水量。
前述的紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统的运行方法中，冬季运行时，冷暖能量提供系统、生活热水系统和去离子水系统运行方法包括以下过程：
自来水经过自来水泵，进入去离子水装置，由自来水处理成去离子水，出去离子水装置的去离子水经过分离器IV分为两部分，一部分去离子水进入由后燃室出口气体提供能量的吸收式制冷装置中制热，由吸收式制冷装置制热后得到的供暖水过分离器II分为两部分，热负荷低时，一部分供暖水经混合器I直接为冷暖用户供供暖水，另一部分供暖水进入蓄冷蓄热罐中存储起来，此时阀I处于关闭状态；热负荷高时，由吸收式制冷装置制热后得到的供暖水全部经分离器II进入混合器I，同时阀I打开，蓄冷蓄热罐放出存储的供暖水，两股水共同进入混合器I为冷暖用户供供暖水，所述暖去离子的温度为85-95℃，冷暖用户的回水经输送泵后泵入去离子水水装置循环使用；另一部分去离子水进入后燃室出口气体提供能量的烟气热水换进行热器，经烟气热水换热器换得到的生活热水通过分离器III分为两部分，生活热水负荷低时，一部分生活热水经混合器II通过生活热水泵泵往生活热水用户，另一部分进入生活热水储罐中存储起来，此时阀II处于关闭状态，生活热水负荷高时，经烟气热水换热器换得到的生活热水全部通过分离器III进入混合器II，同时阀II打开，生活热水储罐放出存储的生活热水，两股水同时进入混合器II通过生活热水泵泵往生活热水用户。余热利用系统运行稳定以后，自来水供水量为生活热水量和冷暖用户供暖水补水量。
前述的紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统的运行方法中，所述生活热水的温度为55-60℃。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
1、本发明一种紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统，可以同时为用户提供冷热电三种形式的能源，并且百kW-MW级SOFC冷热电系统包含蓄冷蓄热罐及生活热水储罐，具有冷热负荷调节功能。
2、本发明一种紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统，使用了去离子水装置来处理自来水，使生活热水系统中不用使用二次换热获取生活热水，减少了二次换热的设备，提高了紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统紧凑性，极大了提高了紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统中百kW-MW级固体氧化物燃料电池系统效率，同时降低了紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统投资成本。
3、本发明一种紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统，冷暖能量提供系统、生活热水系统和去离子水系统充分利用SOFC发电系统后燃室尾气的热量，后燃室出口气体通过烟气热水换热器后的温度降为61-65℃，将SOFC冷热电系统的效率提高到90％。
4、本发明中天然气经过脱硫装置后，进入SOFC阳极作为固体氧化燃料电池的燃料使用，因此SOFC阴极排放气中NOx、SOX的含量低于5mg/m3,实现了百kW-MW级SOFC冷热电系统的清洁环保。
5、本发明一种紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统，使用了电加热装置对SOFC进行预热和保温，缩短电池启动时间，电池启动时间为现有技术中SOFC启动时间10％-50％。
6、本发明百kW-MW级SOFC冷热电系统运行方法，有效匹配用户负荷特性，提升系统运行效率5％以上。
附图说明
图1是本发明百kW-MW级SOFC冷热电系统结构示意图；
附图标记的含义：1-脱硫装置 2-重整器 3-鼓风机 4-空气预热器 5-电加热装置6-SOFC 7—直流交流转换器 8—电用户 9—分离器I 10-后燃室11—吸收式制冷装置12—分离器II 13—蓄冷蓄热罐 14-阀I 15-混合器I 16-冷暖用户 17-输送泵 18-去离子水装置 19-分离器IV 20-烟气热水换热器 21-分离器III 22-生活热水储罐 23-阀II 24-混合器II 25-生活热水泵 26-生活热水用户 27-自来水泵 28-烟气旁通阀 29-SOFC阳极30-SOFC阴极
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
如图1所示，一种紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统，包括SOFC发电系统、冷暖能量提供系统、生活热水系统和去离子水系统，所述SOFC发电系统为SOFC发电系统、冷暖能量提供系统和生活热水系统提供热量，所述去离子水系统为冷暖能量提供系统和生活热水系统提供去离子水，SOFC发电系统、冷暖能量提供系统、生活热水系统和去离子水系统经管道顺次连接。去离子水系统直接将自来水经过去离子水装置处理得到去离子水，供给冷暖能量提供系统和生活热水系统使用，如此使生活热水系统中不用使用二次换热获取生活热水，减少了二次换热的设备使用，提高了紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统设备紧凑性，同时降低了紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统投资成本。由于使用了去离子水系统，将燃烧室后尾气最后排向大气的温度减低到61-65℃，提高紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统中百kW-MW级固体氧化物燃料电池系统效率到90％。本系统同时为用户提供冷热电三种形式的能源，并且紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统中的冷暖能量提供系统包含蓄冷蓄热罐，生活热水系统包含生活热水储罐，具有冷热负荷调节功能。
如图1所示，一种紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统，所述SOFC发电系统包括脱硫装置1、重整器2、鼓风机3、空气预热器4、电加热装置5、SOFC6、烟气旁通阀30和后燃室10，，所述SOFC6包括SOFC阳极29和SOFC阴极30，脱硫装置1与重整器2连通，重整器2分别与空气预热器4和SOFC阳极29连通，鼓风机3与空气预热器4连通，空气预热器4通过烟气旁通阀28与余热利用系统连通，电加热装置5位于空气预热器4与SOFC阴极30之间的管道上，后燃室10与重整器2连通。电加热装置5位于空气预热器4与SOFC阴极30之间管道上，用于加热经过管道的空气，电加热装置5通过加热经过管道的空气对SOFC6进行预热和保温，缩短电池启动时间，电池启动时间为现有技术中SOFC6启动时间的10％-50％。
如图1所示，一种紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统，所述冷暖能量提供系统包括吸收式制冷装置11、分离器II12、蓄冷蓄热罐13、阀I14、混合器I15、冷暖用户16和输送泵17，吸收式制冷装置11进气口与空气预热器4出气口连接，吸收式制冷装置11出气口与生活热水系统相连接，吸收式制冷装置11进水口与去离子水系统连接，吸收式制冷装置11出水口通过分离器I12分别与蓄冷蓄热罐13进水口和混合器I15进水口连接，蓄冷蓄热罐13出水口与混合器I15进水口通过设置有阀I14的管道连接，混合器I15出水口与冷暖用户16连接，冷暖用户16与去离子水系统经过输送泵17连接。冷暖能量提供系统中的蓄冷蓄热罐13起到能量储存调节作用，在能量负荷低时，蓄冷蓄热罐13起到存储供冷水或供暖水的作用，当能量符合高时，蓄冷蓄热罐13放出储存的供冷水或供暖水去起到调节缓和能量紧张的作用。冷暖能量提供系统中的吸收式制冷装置11，利用燃烧室尾气提供的能量对进入吸收式制冷装置11中的去离子水进行制冷和制热处理，充分利用了SOFC发电系统燃烧室尾气的余热，提高SOFC发电系统综合能源利用效率。
如图1所示，一种紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统，所述生活热水系统包括烟气热水换热器20、分离器III21、生活热水储罐22、阀II23、混合器II24、生活热水泵25和生活热水用户26，所述烟气热水换热器20进气口与吸收式制冷装置11出气口连接，烟气热水换热器20进水口与去离子水系统连接，烟气热水换热器20出水口通过分离器III21分别与生活热水储罐22进水口和混合器II24进水口连接，生活热水储罐22出水口与混合器II24进水口通过设置有阀II25的管道连接，混合器II24的出水口通过生活热水泵25与生活热水用户26连接。所述生活热水系统中的生活热水储罐22起到生活热水的存储和调剂作用，在生活热水负荷低时，生活热水储罐22存储由烟气热水换热器换热得来的超出需要的生活热水，当生活热水负荷高时，生活热水储罐22放出存储了热离子水，供应生活热水的需求，起到调节缓和生活热水需要紧张的作用。所述烟气热水换热器20进气口与吸收式制冷装置11出气口连接，使吸收式这冷装置11利用后的燃烧室尾气进入烟气热水换热器20中，为在烟气热水换热器20中进行换热的去离子水提供热能，进一步利用了SOFC发电系统燃烧室尾气的余热，提高SOFC发电系统的综合能源利用效率。
如图1所示，一种紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统，去离子水系统包括去离子水装置18、分离器IV19和自来水泵27，所述去离子水装置18进水口通过自来水泵27与外界自来水源连接，去离子水装置18出水口通过分离器IV(19)分别于吸收式制冷装置(11)进水口和烟气热水换热器(20)进水口连接。去离子水系统中的去离子水装置18将自来水处理成为去离子水，为冷暖能量提供系统和生活热水系统提供去离子水使用，如此使生活热水系统中不用使用二次换热获取生活热水，减少了二次换热的设备使用，提高了紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统设备紧凑性，同时降低了紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统投资成本。由于使用了去离子水系统，将燃烧室后尾气最后排向大气的温度减低到61-65℃，提高紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统中百kW-MW级固体氧化物燃料电池系统效率到90％。
本发明的实施例1：紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统的运行方法，包括以下步骤：
步骤S1：SOFC预热阶段，打开烟气旁通阀，启动重整器、鼓风机、空气预热器、电加热装置、SOFC、去离子水装置和自来水泵，空气经鼓风机增压后经过空气预热器，经管道，进入SOFC阴极内，电加热装置对空气预热器与SOFC之间的管道内的空气进行加热，出SOFC阴极的空气进入后燃室，后燃室出口空气进入重整器，重整器出口空气再次回到空气预热器中，空气预热器出口空气通过烟气旁通阀排入大气，如此循环开始另一轮对SOFC的预热过程，经过一段时间，SOFC预热到指定温度，SOFC预热阶段结束，SOFC预热同时，自来水通过自来水泵进入去离子水装置，去离子水装置将自来水转化为去离子水；
步骤S2：SOFC稳定运行阶段，SOFC预热阶段结束，关闭电加热装置和烟气旁通阀，天然气经脱硫装置脱硫后进入重整器中，与SOFC阳极出口部分气体混合重整，重整之后混合气体进入SOFC阳极，与经鼓风机增压后经空气预热器预热后进入SOFC阴极的空气，在SOFC内部发生电化学反应，将化学能直接转化成电能，经过直流交流转换器转化成交流电供电用户使用，所述电化学反应完成后，SOFC阳极出口气体经分流器I分为两部分，一部分SOFC阳极出口气体进入重整器与经过脱硫装置的天然气重整，重整之后混合气体进入SOFC阳极，与经鼓风机增压后经空气预热器预热后进入SOFC阴极的空气，在SOFC内部发生电化学反应，如此循环；另一部分SOFC阳极出口气体进入后燃室与SOFC阴极出口气体混合燃烧，将剩余燃料的化学能转化成内能，后燃室出口气体依次通过重整器为重整器提供热量，通过空气预热器为空气预热器提供热量，通过吸收式制冷装置为吸收式制冷装置制冷制热提供能量，通过烟气热水换热器为在烟气热水换热器中换热的软化水提供热量，后燃室出口气体通过烟气热水换热器后排入大气，经过去离子水装置处理得到的去离子水进入分离器IV分为两部分，一部分去离子水通过吸收式制冷装置、分离器II、蓄冷蓄热罐、混合器I为冷/暖用户提供供冷水/供暖水，冷/暖用户的回水通过输送泵泵入去离子水装置，如此循环对冷/暖用户供能，夏季时为冷暖用户提供冷离子水，吸收式制冷装置制冷，蓄冷蓄热罐储存供冷水，冬季时为暖用户提供供暖水，吸收式制冷装置制热，蓄冷蓄热罐储存供暖水；另一部分去离子水，在烟气热水换热器换热成为生活热水，生活热水通过混合器II为生活热水用户提供生活热水。余热利用系统运行稳定以后，自来水供水量为生活热水量和冷暖用户补水量。在本实施例中，步骤S1中后燃室出口气体通过烟气热水换热器后的温度为62℃，经过一段时间，SOFC预热到指定温度，指定温度为600℃，一段时间为6小时。
进一步，夏季运行时，冷暖能量提供系统、生活热水系统和去离子水系统运行方法包括以下过程：
自来水经过自来水泵，进入去离子水装置，由自来水处理成去离子水，出去离子水装置的去离子水经过分离器IV分为两部分，一部分去离子水进入由后燃室出口气体提供能量的吸收式制冷装置中制冷，由吸收式制冷装置制冷后得到的供冷水过分离器II分为两部分，冷负荷低时，一部分供冷水经混合器I直接为冷暖用户供供冷水，另一部分供冷水进入蓄冷蓄热罐中存储起来，此时阀I处于关闭状态；冷负荷高时，由吸收式制冷装置制冷后得到的供冷水全部经分离器II进入混合器I，同时阀I打开，蓄冷蓄热罐放出存储的供冷水，两股水共同进入混合器I为冷暖用户供供冷水，冷暖用户的回水经输送泵后泵入去离子水水装置循环使用；另一部分去离子水进入后燃室出口气体提供能量的烟气热水换进行热器，经烟气热水换热器换得到的生活热水通过分离器III分为两部分，生活热水负荷低时，一部分生活热水经混合器II通过生活热水泵泵往生活热水用户，另一部分进入生活热水储罐中存储起来，此时阀II处于关闭状态，生活热水负荷高时，经烟气热水换热器换得到的生活热水全部通过分离器III进入混合器II，同时阀II打开，生活热水储罐放出存储的生活热水，两股水同时进入混合器II通过生活热水泵泵往生活热水用户。余热利用系统运行稳定以后，自来水供水量为生活热水量和冷暖用户供冷水补水量。在本实施例中，所述供冷水温度为6℃，所述生活热水水温度为60℃。
进一步，冬季运行时，冷暖能量提供系统、生活热水系统和去离子水系统运行方法包括以下过程：
自来水经过自来水泵，进入去离子水装置，由自来水处理成去离子水，出去离子水装置的去离子水经过分离器IV分为两部分，一部分去离子水进入由后燃室出口气体提供能量的吸收式制冷装置中制热，由吸收式制冷装置制热后得到的供暖水过分离器II分为两部分，热负荷低时，一部分供暖水经混合器I直接为冷暖用户供供暖水，另一部分供暖水进入蓄冷蓄热罐中存储起来，此时阀I处于关闭状态；热负荷高时，由吸收式制冷装置制热后得到的供暖水全部经分离器II进入混合器I，同时阀I打开，蓄冷蓄热罐放出存储的供暖水，两股水共同进入混合器I为冷暖用户供供暖水，冷暖用户的回水经输送泵后泵入去离子水水装置循环使用；另一部分去离子水进入后燃室出口气体提供能量的烟气热水换进行热器，经烟气热水换热器换得到的生活热水通过分离器III分为两部分，生活热水负荷低时，一部分生活热水经混合器II通过生活热水泵泵往生活热水用户，另一部分进入生活热水储罐中存储起来，此时阀II处于关闭状态，生活热水负荷高时，经烟气热水换热器换得到的生活热水全部通过分离器III进入混合器II，同时阀II打开，生活热水储罐放出存储的生活热水，两股水同时进入混合器II通过生活热水泵泵往生活热水用户。余热利用系统运行稳定以后，自来水供水量为生活热水量和冷暖用户供暖水补水量。在本实施例中，所述供暖水温度为85℃，所述生活热水水温度为55℃。
当SOFC停机小于48小时，还包括：
步骤S3：SOFC保温阶段，启动电加热装置，打开烟气旁通阀，重整器、鼓风机、空气预热器和SOFC保持运行状态，SOFC冷热电系统其他装置依次关闭，开始SOFC的预热阶段。
本发明的实施例2：紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统的运行方法，包括以下步骤：
步骤S1：SOFC预热阶段，打开烟气旁通阀，启动重整器、鼓风机、空气预热器、电加热装置、SOFC、去离子水装置和自来水泵，空气经鼓风机增压后经过空气预热器，经管道，进入SOFC阴极内，电加热装置对空气预热器与SOFC之间的管道内的空气进行加热，出SOFC阴极的空气进入后燃室，后燃室出口空气进入重整器，重整器出口空气再次回到空气预热器中，空气预热器出口空气通过烟气旁通阀排入大气，如此循环开始另一轮对SOFC的预热过程，经过一段时间，SOFC预热到指定温度，SOFC预热阶段结束，SOFC预热同时，自来水通过自来水泵进入去离子水装置，去离子水装置将自来水转化为去离子水；
步骤S2：SOFC稳定运行阶段，SOFC预热阶段结束，关闭电加热装置和烟气旁通阀，天然气经脱硫装置脱硫后进入重整器中，与SOFC阳极出口部分气体混合重整，重整之后混合气体进入SOFC阳极，与经鼓风机增压后经空气预热器预热后进入SOFC阴极的空气，在SOFC内部发生电化学反应，将化学能直接转化成电能，经过直流交流转化器转化成交流电供电用户使用，所述电化学反应完成后，SOFC阳极出口气体经分流器I分为两部分，一部分SOFC阳极出口气体进入重整器与经过脱硫装置的天然气重整，重整之后混合气体进入SOFC阳极，与经鼓风机增压后经空气预热器预热后进入SOFC阴极的空气，在SOFC内部发生电化学反应，如此循环；另一部分SOFC阳极出口气体进入后燃室与SOFC阴极出口气体混合燃烧，将剩余燃料的化学能转化成内能，后燃室出口气体依次通过重整器为重整器提供热量，通过空气预热器为空气预热器提供热量，通过吸收式制冷装置为吸收式制冷装置制冷制热提供能量，通过烟气热水换热器为在烟气热水换热器中换热的软化水提供热量，后燃室出口气体通过烟气热水换热器后排入大气，经过去离子水装置处理得到的去离子水进入分离器IV分为两部分，一部分去离子水通过吸收式制冷装置、分离器II、蓄冷蓄热罐、混合器I为冷/暖用户提供供冷水/供暖水，冷/暖用户的回水通过输送泵泵入去离子水装置，如此循环对冷/暖用户供能，夏季时为冷暖用户提供冷离子水，吸收式制冷装置制冷，蓄冷蓄热罐储存供冷水，冬季时为暖用户提供供暖水，吸收式制冷装置制热，蓄冷蓄热罐储存供暖水；另一部分去离子水，在烟气热水换热器换热成为生活热水，生活热水通过混合器II为生活热水用户提供生活热水。余热利用系统运行稳定以后，自来水供水量为生活热水量和冷暖用户补水量。在本实施例中，步骤S1中后燃室出口气体通过烟气热水换热器后的温度为65℃，经过一段时间，SOFC预热到指定温度，指定温度为750℃，一段时间为7小时。
进一步，夏季运行时，冷暖能量提供系统、生活热水系统和去离子水系统运行方法包括以下过程：
自来水经过自来水泵，进入去离子水装置，由自来水处理成去离子水，出去离子水装置的去离子水经过分离器IV分为两部分，一部分去离子水进入由后燃室出口气体提供能量的吸收式制冷装置中制冷，由吸收式制冷装置制冷后得到的供冷水过分离器II分为两部分，冷负荷低时，一部分供冷水经混合器I直接为冷暖用户供供冷水，另一部分供冷水进入蓄冷蓄热罐中存储起来，此时阀I处于关闭状态；冷负荷高时，由吸收式制冷装置制冷后得到的供冷水全部经分离器II进入混合器I，同时阀I打开，蓄冷蓄热罐放出存储的供冷水，两股水共同进入混合器I为冷暖用户供供冷水，冷暖用户的回水经输送泵后泵入去离子水水装置循环使用；另一部分去离子水进入后燃室出口气体提供能量的烟气热水换进行热器，经烟气热水换热器换得到的生活热水通过分离器III分为两部分，生活热水负荷低时，一部分生活热水经混合器II通过生活热水泵泵往生活热水用户，另一部分进入生活热水储罐中存储起来，此时阀II处于关闭状态，生活热水负荷高时，经烟气热水换热器换得到的生活热水全部通过分离器III进入混合器II，同时阀II打开，生活热水储罐放出存储的生活热水，两股水同时进入混合器II通过生活热水泵泵往生活热水用户。余热利用系统运行稳定以后，自来水供水量为生活热水量和冷暖用户供冷书补水量。在本实施例中，所述供冷水温度为7℃，所述生活热水水温度为58℃。
进一步，冬季运行时，冷暖能量提供系统、生活热水系统和去离子水系统运行方法包括以下过程：
自来水经过自来水泵，进入去离子水装置，由自来水处理成去离子水，出去离子水装置的去离子水经过分离器IV分为两部分，一部分去离子水进入由后燃室出口气体提供能量的吸收式制冷装置中制热，由吸收式制冷装置制热后得到的供暖水过分离器II分为两部分，热负荷低时，一部分供暖水经混合器I直接为冷暖用户供供暖水，另一部分供暖水进入蓄冷蓄热罐中存储起来，此时阀I处于关闭状态；热负荷高时，由吸收式制冷装置制热后得到的供暖水全部经分离器II进入混合器I，同时阀I打开，蓄冷蓄热罐放出存储的供暖水，两股水共同进入混合器I为冷暖用户供供暖水，冷暖用户的回水经输送泵后泵入去离子水水装置循环使用；另一部分去离子水进入后燃室出口气体提供能量的烟气热水换进行热器，经烟气热水换热器换得到的生活热水通过分离器III分为两部分，生活热水负荷低时，一部分生活热水经混合器II通过生活热水泵泵往生活热水用户，另一部分进入生活热水储罐中存储起来，此时阀II处于关闭状态，生活热水负荷高时，经烟气热水换热器换得到的生活热水全部通过分离器III进入混合器II，同时阀II打开，生活热水储罐放出存储的生活热水，两股水同时进入混合器II通过生活热水泵泵往生活热水用户。余热利用系统运行稳定以后，自来水供水量为生活热水量和冷暖用户供暖水补水量。在本实施例中，所述供暖水温度为90℃，所述生活热水水温度为56℃。
当SOFC停机小于48小时，还包括：
步骤S3：SOFC保温阶段，启动电加热装置，打开烟气旁通阀，重整器、鼓风机、空气预热器和SOFC保持运行状态，SOFC冷热电系统其他装置依次关闭，开始SOFC的预热阶段。

Claims (10)

1.一种紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统，其特征在于，包括SOFC发电系统、冷暖能量提供系统、生活热水系统和去离子水系统，所述SOFC发电系统为SOFC发电系统、冷暖能量提供系统和生活热水系统提供热量，所述去离子水系统为冷暖能量提供系统和生活热水系统提供去离子水，SOFC发电系统、冷暖能量提供系统、生活热水系统和去离子水系统经管道顺次连接。
2.根据权利要求1所述的紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统，其特征在于，所述SOFC发电系统包括脱硫装置(1)、重整器(2)、鼓风机(3)、空气预热器(4)、电加热装置(5)、SOFC(6)、烟气旁通阀(28)和后燃室(10)，所述SOFC(6)包括SOFC阳极(29)和SOFC阴极(30)，脱硫装置(1)与重整器(2)连通，重整器(2)分别与空气预热器(4)和SOFC阳极(29)连通，鼓风机(3)与空气预热器(4)连通，空气预热器(4)通过烟气旁通阀(28)与余热利用系统连通，电加热装置(5)位于空气预热器(4)与SOFC阴极(30)之间的管道上，后燃室(10)与重整器(2)连通。
3.根据权利要求2所述的紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统，其特征在于，所述冷暖能量提供系统包括吸收式制冷装置(11)、分离器II(12)、蓄冷蓄热罐(13)、阀I(14)、混合器I(15)、冷暖用户(16)和输送泵(17)，吸收式制冷装置(11)进气口与空气预热器(4)出气口连接，吸收式制冷装置(11)出气口与生活热水系统相连接，吸收式制冷装置(11)进水口与去离子水系统连接，吸收式制冷装置(11)出水口通过分离器I(12)分别与蓄冷蓄热罐(13)进水口和混合器I(15)进水口连接，蓄冷蓄热罐(13)出水口与混合器I(15)进水口通过设置有阀I(14)的管道连接，混合器I(15)出水口与冷暖用户(16)连接，冷暖用户(16)与去离子水系统经过输送泵(17)连接。
4.根据权利要求3所述的紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统，其特征在于，所述生活热水系统包括烟气热水换热器(20)、分离器III(21)、生活热水储罐(22)、阀II(23)、混合器II(24)、生活热水泵(25)和生活热水用户(26)，所述烟气热水换热器(20)进气口与吸收式制冷装置(11)出气口连接，烟气热水换热器(20)进水口与去离子水系统连接，烟气热水换热器(20)出水口通过分离器III(21)分别与生活热水储罐(22)进水口和混合器II(24)进水口连接，生活热水储罐(22)出水口与混合器II(24)进水口通过设置有阀II(25)的管道连接，混合器II(24)的出水口通过生活热水泵(25)与生活热水用户(26)连接。
5.根据权利要求4所述的紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统，其特征在于，去离子水系统包括去离子水装置(18)、分离器IV(19)和自来水泵(27)，所述去离子水装置(18)进水口通过自来水泵(27)与外界自来水源连接，去离子水装置(18)出水口通过分离器IV(19)分别于吸收式制冷装置(11)进水口和烟气热水换热器(20)进水口连接。
6.紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：SOFC预热阶段，打开烟气旁通阀，启动重整器、鼓风机、空气预热器、电加热装置、SOFC、去离子水装置和自来水泵，空气经鼓风机增压后经过空气预热器，经管道，进入SOFC阴极内，电加热装置对空气预热器与SOFC之间的管道内的空气进行加热，出SOFC阴极的空气进入后燃室，后燃室出口空气进入重整器，重整器出口空气再次回到空气预热器中，出空气预热器出口空气通过烟气旁通阀排入大气，如此循环开始另一轮对SOFC的预热过程，经过一段时间，所述一段时间为6-8小时，SOFC预热到指定温度，所述指定温度为600-800℃，SOFC预热阶段结束；SOFC预热同时，自来水通过自来水泵进入去离子水装置，去离子水装置将自来水转化为去离子水；
步骤S2：SOFC稳定运行阶段，SOFC预热阶段结束，关闭电加热装置和烟气旁通阀，天然气经脱硫装置脱硫后进入重整器中，与SOFC阳极出口部分气体混合重整，重整之后混合气体进入SOFC阳极，与经鼓风机增压后经空气预热器预热后进入SOFC阴极的空气，在SOFC内部发生电化学反应，将化学能直接转化成电能，经过直流交流转换器转化成交流电供电用户使用，所述电化学反应完成后，SOFC阳极出口气体经分流器I分为两部分，一部分SOFC阳极出口气体进入重整器与经过脱硫装置的天然气重整，重整之后混合气体进入SOFC阳极，与经鼓风机增压后经空气预热器预热后进入SOFC阴极的空气，在SOFC内部发生电化学反应，如此循环；另一部分SOFC阳极出口气体进入后燃室与SOFC阴极出口气体混合燃烧，将剩余燃料的化学能转化成内能，后燃室出口气体依次通过重整器为重整器提供热量，通过空气预热器为空气预热器提供热量，通过吸收式制冷装置为吸收式制冷装置制冷制热提供能量，通过烟气热水换热器为在烟气热水换热器中换热的软化水提供热量，后燃室出口气体通过烟气热水换热器后排入大气，排入大气的后燃室出口气体的温度为61-65℃，经过去离子水装置处理得到的去离子水进入分离器IV分为两部分，一部分去离子水通过吸收式制冷装置、分离器II、蓄冷蓄热罐、混合器I为冷暖用户提供供冷水或供暖水，冷暖用户的回水通过输送泵泵入去离子水装置，如此循环对冷暖用户供能，夏季时为冷暖用户提供供冷水，吸收式制冷装置制冷，蓄冷蓄热罐储存供冷水，冬季时为冷暖用户提供供暖水，吸收式制冷装置制热，蓄冷蓄热罐储存供暖水；另一部分去离子水，在烟气热水换热器换热成为生活热水，生活热水通过混合器II为生活热水用户提供生活热水。余热利用系统运行稳定以后，自来水供水量为生活热水量和冷暖用户补水量。
7.根据权利要求6所述紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统的运行方法，其特征在于，当SOFC停机小于48小时，还包括：步骤S3：SOFC保温阶段，启动电加热装置，打开烟气旁通阀，重整器、鼓风机、空气预热器和SOFC保持运行状态，SOFC冷热电系统其他装置依次关闭，开始SOFC的预热阶段。
8.根据权利要求6所述紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统的运行方法，其特征在于，夏季运行时，冷暖能量提供系统、生活热水系统和去离子水系统运行方法包括以下过程：
自来水经过自来水泵，进入去离子水装置，由自来水处理成去离子水，出去离子水装置的去离子水经过分离器IV分为两部分，一部分去离子水进入由后燃室出口气体提供能量的吸收式制冷装置中制冷，由吸收式制冷装置制冷后得到的供冷水过分离器II分为两部分，冷负荷低时，一部分供冷水经混合器I直接为冷暖用户供供冷水，另一部分供冷水进入蓄冷蓄热罐中存储起来，此时阀I处于关闭状态；冷负荷高时，由吸收式制冷装置制冷后得到的供冷水全部经分离器II进入混合器I，同时阀I打开，蓄冷蓄热罐放出存储的供冷水，两股水共同进入混合器I为冷暖用户供供冷水，所述供冷水的温度为5-9℃，冷暖用户的回水经输送泵后泵入去离子水水装置循环使用；另一部分去离子水进入后燃室出口气体提供能量的烟气热水换进行热器，经烟气热水换热器换得到的生活热水通过分离器III分为两部分，生活热水负荷低时，一部分生活热水经混合器II通过生活热水泵泵往生活热水用户，另一部分进入生活热水储罐中存储起来，此时阀II处于关闭状态，生活热水负荷高时，经烟气热水换热器换得到的生活热水全部通过分离器III进入混合器II，同时阀II打开，生活热水储罐放出存储的生活热水，两股水同时进入混合器II通过生活热水泵泵往生活热水用户。余热利用系统运行稳定以后，自来水供水量为生活热水量和冷暖用户供冷水补水量。
9.根据权利要求6所述百kW-MW级SOFC冷热电系统的运行方法，其特征在于，冬季运行时，冷暖能量提供系统、生活热水系统和去离子水系统运行方法包括以下过程：
自来水经过自来水泵，进入去离子水装置，由自来水处理成去离子水，出去离子水装置的去离子水经过分离器IV分为两部分，一部分去离子水进入由后燃室出口气体提供能量的吸收式制冷装置中制热，由吸收式制冷装置制热后得到的供暖水过分离器II分为两部分，热负荷低时，一部分供暖水经混合器I直接为冷暖用户供供暖水，另一部分供暖水进入蓄冷蓄热罐中存储起来，此时阀I处于关闭状态；热负荷高时，由吸收式制冷装置制热后得到的供暖水全部经分离器II进入混合器I，同时阀I打开，蓄冷蓄热罐放出存储的供暖水，两股水共同进入混合器I为冷暖用户供供暖水，所述暖去离子的温度为85-95℃，冷暖用户的回水经输送泵后泵入去离子水水装置循环使用；另一部分去离子水进入后燃室出口气体提供能量的烟气热水换进行热器，经烟气热水换热器换得到的生活热水通过分离器III分为两部分，生活热水负荷低时，一部分生活热水经混合器II通过生活热水泵泵往生活热水用户，另一部分进入生活热水储罐中存储起来，此时阀II处于关闭状态，生活热水负荷高时，经烟气热水换热器换得到的生活热水全部通过分离器III进入混合器II，同时阀II打开，生活热水储罐放出存储的生活热水，两股水同时进入混合器II通过生活热水泵泵往生活热水用户。余热利用系统运行稳定以后，自来水供水量为生活热水量和冷暖用户供暖水补水量。
10.根据权利要求8和9任一项权利要求所述紧凑型百kW-MW级SOFC冷热电系统的运行方法，其特征在于，所述生活热水的温度为55-60℃。
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