CN114068988A - 一种高温燃料电池热电联产和海水淡化装置集成系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温燃料电池热电联产和海水淡化装置集成系统，包括高温燃料电池，燃料回收装置，第三热交换器，海水淡化装置，本发明将空气和燃料电池所需燃料气体分别通过加压，预热，达到所需温度后进入高温燃料电池反应，排出的高温产物气体携带大量热能通过热交换器供给到海水淡化装置，对海水进行处理，产出的水蒸气经过冷凝器处理后产出淡水；另一部分热能重新供给高温燃料电池的燃料气预热部分，降低气体升温所消耗的能量；剩余部分热能可提供到其他供热系统或制冷系统中。高温燃料电池产出的电能可供给用电设备，通过高温燃料电池热电联产与海水淡化装置的系统集成，实现一种高效环保的供电、供热、供淡水的综合系统方案。
Description
技术领域
本发明涉及高温燃料电池与海水淡化，尤其涉及一种高效环保的供电、供热、供淡水的高温燃料电池热电联产和海水淡化装置集成系统。
背景技术
目前大部分高温热机发电装置都面临着电效率较低和能量大幅损失等问题，同时燃烧燃料造成的大量温室气体及有害气体不利于双碳目标的实现。高温燃料电池(工作温度在500摄氏度以上)可同时提供极高的发电效率和高品质热能，而被广泛关注。
高温燃料电池，如固体氧化物燃料电池(SOFC)和熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)，不通过燃烧过程即可将燃料中的化学能通过电化学反应高效地转化为电能和热能。另外用作分布式电源时，由于安装在能源用户侧，电能和热能可“即产即用、按需供应”，可避免因传输损耗而导致利用效率降低的问题。与其他热电联产系统相比，可大幅提高能源转化效率和利用率，降低或避免污染物排放。
为进一步促进海洋资源的开发，急需新型系统来满足海上设施和海岛的能源及淡水需求。
对于高温燃料电池而言，深度结合生产和工业需求的热能利用是提高综合能效和燃料利用率的关键因素。对于普通热机而言，不论是往复式发动机、燃气轮机，发电效率普遍低于高温燃料电池发电系统，虽然上述热机系统有高比例的热能可以加以利用，但是在燃烧燃料的过程会产生大量污染气体，不符合绿色发展路线。
发明内容
本发明通过一种高温燃料电池热电联产和海水淡化集成系统，提供高效环保的电能、热能及淡水供应，提高电能转化效率及能源利用率，减少或避免污染物排放。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高温燃料电池热电联产和海水淡化装置集成系统，包括；
高温燃料电池，所述高温燃料电池用于提供电能及携带热能的产物气体；
第三热交换器，所述第三热交换器用于接收所述高温燃料电池的热量；
燃料回收装置，所述燃料回收装置用于接收第三热交换器排出的气体并将燃料气体分离，重新通向第二热交换器作为燃料利用；
海水淡化装置，所述海水淡化装置用于接收所述第三热交换器传递的部分热量，并用于淡化海水以得到淡水和高浓度盐水；
其中，第三热交换器的输出的另一部分热量用于供给高温燃料电池的燃料气预热。
在本发明中，由于高温燃料电池和热机在发电过程中有大量热能产出，不仅可将其应用于热电联产系统，同时也可以将其丰富的热能资源与水处理淡化系统进行集成应用。高温燃料电池或热机与海水淡化装置进行系统集成，不仅可以实现高效热电联产，同时也可以满足海上生产和生活对淡水、纯水和高温蒸汽的需求，通过集成系统将高温燃料电池或热机产生的余热充分利用，满足供电、供热、供水需求。
本发明将空气和燃料电池所需燃料气体分别通过流量及压力控制装置加压后，在第一热交换器与第二热交换器中进行预热。达到化学反应所需温度后进入高温燃料电池反应，排出的高温产物气体携带大量热能通过第三热交换器供给到海水淡化装置，对海水进行处理，产出的水蒸气经过冷凝器处理后产出纯水；另一部分热能重新供给高温燃料电池的燃料气预热部分，降低气体升温所消耗的能量；剩余部分热能可提供到其他供热系统或制冷系统中。高温燃料电池产出的电能可供给用电设备，通过高温燃料电池热电联产与海水淡化装置的系统集成，实现一种高效环保的供电、供热、供淡水的综合系统方案。
作为本发明的一种优选方案，还包括第一热交换器与第二热交换器，所述第一热交换器连接第二热交换器，所述第二热交换器连接第三热交换器，用于接收第三热交换器传输的部分热量。
作为本发明的一种优选方案，还包括第一流量及压力控制装置与第二流量及压力控制装置，所述第一流量及压力控制装置分别连接空气气源以及所述第一热交换器，所述第二流量及压力控制装置分别连接燃料气气源以及所述第二热交换器。
作为本发明的一种优选方案，所述第一热交换器与所述第二热交换器分别与所述高温燃料电池连接。
作为本发明的一种优选方案，还包括电能转换装置，所述电能转换装置用于接收所述高温燃料电池产生的电能，并按电器用电要求供给用电设备。
作为本发明的一种优选方案，还包括需热设备，所述需热设备与所述第三热交换器连接。
作为本发明的一种优选方案，还包括制冷设备，所述制冷设备与所述第三热交换器连接。
作为本发明的一种优选方案，所述需热设备与所述制冷设备和所述电能转换装置连接。
作为本发明的一种优选方案，还包括冷凝器，所述冷凝器连接所述海水淡化装置，用于冷却水蒸气以收集纯水。
作为本发明的一种优选方案，通过海水淡化装置得到的高浓度盐水用于工业原料进行进一步加工处理。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明采用开创性的系统设计方法，将高温燃料电池的热效率充分的应用在海水淡化装置上，避免了海水淡化装置需要额外供能；可随时调节热电需求比，电能需求更多时可降低热效率，热能需求更高时可降低电效率。同时也控制了废气排放的温度，通过高温燃料电池的热电联产集成，将余热充分利用于供热或制冷方面。此法通过系统集成提高了两个独立系统的效率，同时也为恶劣苛刻环境和条件下提供了有效供电供热供水的实施方案。就地取材对海水等水源进行淡化处理，既可以提供工业生活用淡水，还可以将水处理系统产出的高浓度盐水用作工业原料进行进一步加工处理，制取盐、碱、氯气等工业产品。
附图说明
图1是本发明的示意图。
图中，1.高温燃料电池；2.海水淡化装置；3.燃料回收装置；4.第三热交换器；5.第二热交换器；6.第一热交换器；7.第一流量及压力控制装置；8.第二流量及压力控制装置；9.空气气源；10.燃烧气气源；11.电能转换装置；12.需热设备；13.制冷设备；14.冷凝器；15.用电设备。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明中所述的高温燃料电池可以应用固体氧化物燃料电池(SOFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)，为现有技术，以下不再赘述其具体结构。
本发明中所述的海水淡化装置，热交换器，流量及压力控制装置，冷凝器，燃料回收装置，各类用电设备，需热设备，制冷设备均为现有技术，以下不再赘述其具体结构。
本发明所述的电能转换装置为DC/AC转换装置。
本发明中所述的需热设备，包括但不限于供暖设备、热水器等。
实施例
参见图1，本实施例提供了一种高温燃料电池热电联产和海水淡化装置集成系统，包括；高温燃料电池1，该高温燃料电池1用于提供携带热能的产物气体；第三热交换器4，该第三热交换器4用于接收高温燃料电池1产生的热量；燃料回收装置3，该燃料回收装置3用于接收第三热交换器4排出的产物气体并分离出燃料气重新通向第以热交换器6作为燃料利用；海水淡化装置2，该海水淡化装置2用于接收第三热交换器4传递的部分热量，并用于淡化海水以得到高浓度盐水以及水蒸气；
第一热交换器6，第二热交换器5，第一流量及压力控制装置7和第二流量及压力控制装置8，
第一热交换器6分别连接第二热交换器5，第一流量及压力控制装置7和高温燃料电池1；
第二热交换器5分别连接第三热交换器4，第二流量及压力控制装置8和高温燃料电池1；
第一流量及压力控制装置7连接外界的空气气源9，第二流量及压力控制装置8连接外界的燃烧气气源10；
电能转换装置11，该电能转换装置11用于接收高温燃料电池1产生的电能，用将输送至各类用电设备15，也可以输送至需热设备12和/或制冷设备13；
需热设备12和制冷设备13，第三热交换器3还分别连接了需热设备12和制冷设备13；
冷凝器14，该冷凝器14连接所述海水淡化装置2，用于冷却水蒸气以收集纯水。
第三热交换器3产生的热量分成四部分，第一部分热量与产物气体一起传递给燃料回收装置3，第二部分热量传递给海水淡化装置2，第三部分热量传递给第二热交换器5，第四部分热量传递给需热设备12以及制冷设备13。
高温燃料电池的工作温度通常在600-900摄氏度之间，燃料在系统中经过电化学反应，产生电能、热能和产物气体(温度550度以上)，利用产物气体携带大量高品质热能，通过换热器的高温回路将通入高温燃料电池的燃料气和空气预热至500摄氏度以上进行电力和热能生产；将低温回路的余热应用于水处理装置，降低冷却回路温度的同时蒸发海水产生水蒸气，再通过冷凝器产出淡水作为工业和生活用水，燃料电池发电效率可根据用户使用需求分别在30％-65％之间调节，集成系统能源利用效率可达90％以上。海水淡化过程中产生的高浓度盐水可制备NaCl电解的原材料或其他应用，例如制取碱、氯气等工业产品。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种高温燃料电池热电联产和海水淡化装置集成系统，其特征在于，包括；
高温燃料电池，所述高温燃料电池用于提供携带热能的产物气体；
第三热交换器，所述第三热交换器用于接收所述高温燃料电池排放尾气的热量；
燃料回收装置，所述燃料回收装置用于接收第三热交换器排出的高温产物气体分离出燃料气，并重新应用于燃料供应；
海水淡化装置，所述海水淡化装置用于接收所述第三热交换器传递的部分热量，并用于淡化海水以得到淡水和高浓度盐水；
其中，第三热交换器的输出的另一部分热量用于供给高温燃料电池的燃料气预热。
2.根据权利要求1所述的一种高温燃料电池热电联产和海水淡化装置集成系统，其特征在于，还包括第一热交换器与第二热交换器，所述第一热交换器连接第二热交换器，所述第二热交换器连接第三热交换器，用于接收第三热交换器传输的部分热量。
3.根据权利要求2所述的一种高温燃料电池热电联产和海水淡化装置集成系统，其特征在于，还包括第一流量及压力控制装置与第二流量及压力控制装置，所述第一流量及压力控制装置分别连接空气的气源以及所述第一热交换器，所述第二流量及压力控制装置分别连接燃料气的气源以及所述第二热交换器。
4.根据权利要求3所述的一种高温燃料电池热电联产和海水淡化装置集成系统，其特征在于，所述第一热交换器与所述第二热交换器分别与所述高温燃料电池连接。
5.根据权利要求1所述的一种高温燃料电池热电联产和海水淡化装置集成系统，其特征在于，还包括电能转换装置，所述电能转换装置用于接收所述高温燃料电池产生的电能，并按电器用电要求供给用电设备。
6.根据权利要求5所述的一种高温燃料电池热电联产和海水淡化装置集成系统，其特征在于，还包括需热设备，所述需热设备与所述第三热交换器连接。
7.根据权利要求6所述的一种高温燃料电池热电联产和海水淡化装置集成系统，其特征在于，还包括制冷设备，所述制冷设备与所述第三热交换器连接。
8.根据权利要求7所述的一种高温燃料电池热电联产和海水淡化装置集成系统，其特征在于，所述需热设备与所述制冷设备和所述电能转换装置连接。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种高温燃料电池热电联产和海水淡化装置集成系统，其特征在于，还包括冷凝器，所述冷凝器连接所述海水淡化装置，用于冷却水蒸气以收集纯水。
10.根据权利要求9所述的一种高温燃料电池热电联产和海水淡化装置集成系统，其特征在于，通过海水淡化装置得到的高浓度盐水用于工业原料进行进一步加工处理。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220218 |
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