CN114220988A - 固体氧化物燃料电池发电系统 - Google Patents
固体氧化物燃料电池发电系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114220988A CN114220988A CN202111361410.5A CN202111361410A CN114220988A CN 114220988 A CN114220988 A CN 114220988A CN 202111361410 A CN202111361410 A CN 202111361410A CN 114220988 A CN114220988 A CN 114220988A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- reformer
- working medium
- pipeline
- combustor
- power generation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000010248 power generation Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 238000002407 reforming Methods 0.000 claims abstract description 46
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 12
- 238000006057 reforming reaction Methods 0.000 abstract description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 51
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- -1 diesel oil Chemical class 0.000 description 2
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N methane;hydrate Chemical compound C.O VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
- H01M8/04022—Heating by combustion
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
- H01M8/04225—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during start-up
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
- H01M8/04268—Heating of fuel cells during the start-up of the fuel cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
- H01M8/0618—Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
本申请提供了一种固体氧化物燃料电池发电系统，包括重整器、及与重整器管路连接的燃烧器和电堆，所述燃烧器与所述电堆间通过管路相连接，所述重整器、燃烧器及电堆还与第二工质源管路连接；其中，所述燃烧器外壁上紧贴设置有预热管路，所述预热管路一端与所述重整器的入口端通过管路连接，另一端与重整工质源管路连接，所述第二工质源与电堆连接管路上还设置有换热器，用于使通过其的所述第二工质升温。使重整工质在进入重整器前能够被燃烧器加热，不仅能够提高重整器内反应的启动速度，也能够使系统正常工作时，有效维持重整器内的热平衡，促进重整反应的进行。
Description
技术领域
本申请属于发电设备技术领域，尤其涉及一种固体氧化物燃料电池发电系统。
背景技术
在目前的市场环境下，对能源清洁程度的要求越来越高，除了继续开发新的清洁能源之外，如何对化石燃料进行利用，降低其使用过程中的污染也是发电领域中的重要发展方向。
而在对化石燃料进行清洁的利用，并得到电能，在发电领域中已经存在较久的应用历史，如柴油-固体氧化物燃料(SOFC)电池发电系统。通过利用化石燃料重整后生成燃料气供给SOFC电堆发电，以提高利用效率及使用时清洁程度。但是一般情况下，该系统启动较慢，且电堆所产生的尾气，在燃烧后直接排出系统，不仅会造成较大污染，还降低了对化石燃料的利用效率，存在较大热损失
因此，亟需一种固体氧化物燃料电池发电系统。
发明内容
本申请实施方式提供了一种固体氧化物燃料电池发电系统，能够有效提高现有柴油-固体氧化物燃料电池发电系统的启动速度。
本申请实施方式提供了一种固体氧化物燃料电池发电系统，包括重整器、及与重整器管路连接的燃烧器和电堆，所述燃烧器与所述电堆间通过管路相连接，所述重整器、燃烧器及电堆还与第二工质源管路连接；
其中，所述燃烧器外壁上紧贴设置有预热管路，所述预热管路一端与所述重整器的入口端通过管路连接，另一端与重整工质源管路连接，所述第二工质源与电堆连接管路上还设置有换热器，用于使通过其的所述第二工质升温。
采用上述结构，使重整工质在进入重整器前能够被燃烧器加热，不仅能够提高重整器内反应的启动速度，也能够使系统正常工作时，有效维持重整器内的热平衡，促进重整反应的进行，重整工质源用于向固体氧化物燃烧电池发电系统能输入重整工质，重整工质可为碳氢化合物，如柴油，第二工质源用于向固体氧化物燃烧电池发电系统能输入第二工质，第二工质可为助燃气体，如氧气。
可选地，所述固体氧化物燃料电池发电系统还包括第一工质驱动件，所述第一工质驱动件设置在所述预热管路及所述重整工质源间的路管上，用于将所述重整工质源内的所述重整工质加压并驱动至所述预热管路中。
采用上述结构，能够为重整工质在管路中的输送提供动力，所述第一工质驱动件可采用驱动泵体。
可选地，所述固体氧化物燃料电池发电系统还包括第二工质驱动件，所述第二工质驱动件设置在所述第二工质源管路上，用于将所述第二工质源内的所述第二工质加压并驱动至所述重整器、所述燃烧器及所述电堆中。
采用上述结构，能够为第二工质在管路中的输送提供动力，所述第二工质驱动件可采用送风机。
可选地，所述电堆采用固体氧化物燃料电池堆。
可选地，所述第二工质驱动件分别与所述燃烧器、所述重整器及所述换热器的入口端管路连接，所述重整器输出口与所述电堆的阳极入口管路连接。
进一步地，所述换热器内包括冷路及热路，所述冷路用于通过第二工质，所述热路用于通入换热工质，所述冷路出口与所述电堆的阴极入口管路连接。
进一步地，所述燃烧器输出口导出的尾气，分成两路，一路导入所述重整器内为所述重整器供热，另一路导入所述电堆的阴极为所述电堆供热。
进一步地，所述重整器的输出口及所述电堆的阴极输出口与所述热路输入口管路连接，所述重整器及所述电堆的阴极内出口导出的尾气，导入所述换热器内为所述换热器提供换热用工质。
采用上述结构，通过使燃烧器尾气，分别进入重整器、电堆的阴极，降温后，再进入换热器内，能够实现对燃烧器所得尾气的充分利用，维持重整器及电堆的阴极内的热量平衡，并使尾气在换热器内充当供第二工质升温用的换热工质后，再排出，使尾气内的热量得到充分利用，有效提高系统的效率。
可选地，所述重整工质源还与所述燃烧器管路连接，所述重整工质源内的所述重整工质经过所述第一工质驱动件加压后，分成两路，一路导入所述燃烧器内，另一路导入预热管路内。
采用上述结构，将重整工质导入燃烧器能够使其直接燃烧为电堆及重整器的启动提供热量。
可选地，所述预热管路为燃烧器外壁上设置的热交换器。
可选地，所述重整器上还紧贴设置有重整热交换器，所述重整热交换器的输入端与所述燃烧器输出口管路连接，用于接收所述燃烧器内产生的尾气。
采用上述结构，能够维持重整器的工作环境，使其始终保持在较高的工作温度，促进重整反应的进行，保证重整器的产氢率及重整效率。
可选地，所述电堆上还紧贴设置有电堆热交换器，所述电堆热交换器的输入端与所述燃烧器输出口管路连接，用于接收所述燃烧器内产生的尾气。
采用上述结构，能够维持电堆阴极处的工作环境，使其工作温度终保持在高效率区，促进电堆内反应的进行。
可选地，所述固体氧化物燃料电池发电系统还包括流量计，所述流量计设置在所述换热器与所述第二工质驱动件间的管路上。
采用上述结构，所述流量计的入口与第二工质驱动件的出口相连接，所述流量计的出口与换热器的冷端入口相连接，用于测量通过其的第二工质流量，便于控制电堆内反应的进行。
可选地，所述电堆的阳极出口处导出的尾气，分为两路，一路重新导入所述重整器内，另一路导入燃烧器内。
进一步地，所述电堆的阳极出口处管路上还设置有第三驱动件，所述第三驱动件用于将所述电堆的阳极所导出的尾气加压，并分别导入所述重整器及所述燃烧器内。
采用上述结构，通过将电堆阳极所产生的尾气重新导入重整器及燃烧器能够提高重整器内产生重整物的充分利用，第三驱动件能够为尾气在管路中的输送提供动力，第三驱动件可采用高温风机。
与现有技术相比，本申请实施例提供的固体氧化物燃料电池发电系统，使重整工质在进入重整器前能够被燃烧器加热，不仅能够提高重整器内反应的启动速度，也能够使系统正常工作时，有效维持重整器内的热平衡，促进重整反应的进行，其次，通过燃烧器、电堆及重整器间的管路架构，能够促进电堆阳极及燃烧器所产生废气的充分利用，维持重整器及电堆的阴极内的热量平衡，有效提高系统的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施方式的技术方案，下面将对本申请实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一实施方式的管路架构示意图。
图2是图1所示实施方式的换热器结构示意图。
附图中：
1、重整器；2、燃烧器；21、预热管路；3、电堆；4、换热器；41、冷路；42、热路；5、第一工质驱动件；6、第二工质驱动件；7、第三驱动件；8、流量计。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请技术方案的实施方式进行详细的描述。以下实施方式仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
在本申请实施方式的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本申请实施方式的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本文中提及“实施方式”意味着，结合实施方式描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施方式中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施方式，也不是与其它实施方式互斥的独立的或备选的实施方式。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施方式可以与其它实施方式相结合。
在本申请实施方式的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本申请实施方式的描述中，术语“多个”指的是两个以上(包括两个)，同理，“多组”指的是两组以上(包括两组)，“多片”指的是两片以上(包括两片)。
在本申请实施方式的描述中，技术术语“中心”“纵向”“横向”
“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施方式和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施方式的限制。
在本申请实施方式的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施方式中的具体含义。
目前，从市场形势的发展来看，利用清洁的能量转化装置代理传统能源粗放转化装置成为各个行业的共识。在现有化石能源的利用中，采用柴油-固体氧化物燃料电池(SOFC)发电系统是一种可以高效清洁利用柴油的能量转化装置。一般情况下，柴油经过重整后生成燃料气供给SOFC电堆3发电，电堆3产生的尾气直接燃烧后排出系统，然而燃烧尾气具有很高的温度，直接排出系统造成热量的浪费，导致系统效率不够高，且高温尾气的直接排放也对环境存在较大影响。
本申请发明人注意到，现有柴油-SOFC发电系统一般通过对阳极尾气加设再循环设计解决。但是由于系统内氢气的热值很高，导致燃烧尾气的温度仍然很高，采用循环设计后仍存在较大生产浪费，且高温尾气的直接排放也对环境存在较大影响。
为了缓解现有柴油-SOFC发电系统资源利用率低且启动缓慢的缺陷，申请人研究发现，可以通过对SOFC发电系统内部管路架构进行调整，促进尾气在系统内部的利用解决。具体为，提供了换热三角形的热交换网络设计，便于将发电系统的主要部件：重整器1、SOFC电堆3、阴极空气热交换器和燃烧器2集成，最大限度回收燃烧尾气中的热量，同时利用柴油直接燃烧为SOFC电堆3和重整器1的启动提供热量，解决了系统启动的问题。高度集成设计减少了系统热损失，也减小了系统体积，进一步提高系统效率。
基于以上考虑，为了解决现有柴油-SOFC发电系统的缺陷，本申请发明人经过深入研究，设计了一种固体氧化物燃料电池发电系统。
柴油-SOFC发电系统可以是用于工业、农业生产或者实验用的发电设备。本申请实施例对柴油-SOFC发电系统使用场景不做特殊限制。
在本申请一些实施方式中，可选地，如图1所示，图1是本申请一实施方式的管路架构示意图。提供了一种固体氧化物燃料电池发电系统，包括重整器1、及与重整器1管路连接的燃烧器2和电堆3，燃烧器2与电堆3间通过管路相连接，重整器1、燃烧器2及电堆3还与第二工质源管路连接；燃烧器2外壁上紧贴设置有预热管路21，预热管路21一端与重整器1的入口端通过管路连接，另一端与重整工质源管路连接，第二工质源与电堆3连接管路上还设置有换热器4，用于使通过其的第二工质升温。
其中，不限地，重整工质可为碳氢化合物，如柴油，第二工质可为助燃气体，如氧气、空气。具体地，重整器1的工作温度可以在500℃-1200℃。
通过使重整工质在进入重整器1前能够被燃烧器2加热，不仅能够提高重整器1内反应的启动速度，由于系统高度集成，热传导快，可将启动时间缩短50％-150％，也能够使系统正常工作时，有效维持重整器1内的热平衡，促进重整反应的进行，提高系统整体效率5-30％。重整工质源用于向固体氧化物燃烧电池发电系统能输入重整工质，第二工质源用于向固体氧化物燃烧电池发电系统能输入第二工质。
在本申请一些实施方式中，可选地，如图1所示，图1是本申请一实施方式的管路架构示意图。固体氧化物燃料电池发电系统还包括第一工质驱动件5，第一工质驱动件5设置在预热管路21及重整工质源间的路管上，用于将重整工质源内的重整工质加压并驱动至预热管路21中
其中，第一工质驱动件5可采用驱动泵体。
通过第一工质驱动件5的设置，能够为重整工质在管路中的输送提供动力。
在本申请一些实施方式中，可选地，如图1所示，图1是本申请一实施方式的管路架构示意图。固体氧化物燃料电池发电系统还包括第二工质驱动件6，第二工质驱动件6设置在第二工质源管路上，用于将第二工质源内的第二工质加压并驱动至重整器1、燃烧器2及电堆3中。
其中，第二工质驱动件6可采用送风机、空气压缩机。
通过第二工质驱动件6的设置，能够为第二工质在管路中的输送提供动力。
在本申请一些实施方式中，可选地，如图1及图2所示，图1是本申请一实施方式的管路架构示意图，图2是图1所示实施方式的换热器4结构示意图。第二工质驱动件6分别与燃烧器2、重整器1及换热器4的入口端管路连接，重整器1输出口与电堆3的阳极入口管路连接。
其中，第二工质驱动件6与换热器4的冷路41入口端相连接。电堆3采用固体氧化物燃料电池堆
在本申请一些实施方式中，可选地，如图1及图2所示，图1是本申请一实施方式的管路架构示意图，图2是图1所示实施方式的换热器4结构示意图。换热器4内包括冷路41及热路42，冷路41用于通过第二工质，热路42用于通入换热工质，冷路41出口与电堆3的阴极入口管路连接。
其中，换热工质的温度高于第二工质，用于在换热器4内加热第二工质。换热工质可为燃烧器2、重整器1、电堆3产生的尾气。
在本申请一些实施方式中，可选地，如图1所示，图1是本申请一实施方式的管路架构示意图。燃烧器2输出口导出的尾气，分成两路，一路导入重整器1内为重整器1供热，另一路导入电堆3的阴极为电堆3供热。
通过使燃烧器2尾气，分别进入重整器1、电堆3的阴极，降温后，再进入换热器4内，能够实现对燃烧器2所得尾气的充分利用，维持重整器1及电堆3的阴极内的热量平衡。
在本申请一些实施方式中，可选地，如图1及图2所示，图1是本申请一实施方式的管路架构示意图，图2是图1所示实施方式的换热器4结构示意图。重整器1的输出口及电堆3的阴极输出口与热路42输入口管路连接，重整器1及电堆3的阴极内出口导出的尾气，导入换热器4内为换热器4提供换热用工质。
通过使用重整器1及电堆3的阴极内出口导出的尾气燃烧器2尾气作为换热工质，能够使第二工质迅速升温，并使尾气在换热器4内充当换热工质后，再排出，使尾气内的热量得到充分利用，有效提高系统的效率。
在本申请一些实施方式中，可选地，如图1所示，图1是本申请一实施方式的管路架构示意图。重整工质源还与燃烧器2管路连接，重整工质源内的重整工质经过第一工质驱动件5加压后，分成两路，一路导入燃烧器2内，另一路导入预热管路内
其中，预热管路21为燃烧器2外壁上设置的热交换器。重整器1上还紧贴设置有重整热交换器，重整热交换器的输入端与燃烧器2输出口管路连接，用于接收燃烧器2内产生的尾气。电堆3上还紧贴设置有电堆3热交换器，电堆3热交换器的输入端与燃烧器2输出口管路连接，用于接收燃烧器2内产生的尾气。固体氧化物燃料电池发电系统还包括流量计8，流量计8设置在换热器4与第二工质驱动件6间的管路上。具体地，流量计8的入口与第二工质驱动件6的出口相连接，流量计8的出口与换热器4的冷端入口相连接。
具体地，燃烧器2及重整器1与夹套式换热器4集成在一起，电堆3直接利用反应中产生的气体进行加热。
使用中，启动步骤中将一定量的重整工质直接通进燃烧器2中燃烧，升温至900℃-1000℃，优选为950℃，燃烧尾气通过与重整器1和电堆3进行热交换，为其提供启动所需的热量。启动完成后，柴油经过燃烧器2外壁加热再进入重整器1进行重整。
通过将重整工质分别导入燃烧器2及预热管路内，能够使其直接燃烧为电堆3及重整器1的启动提供热量。通过重整热交换器的设置，能够维持重整器1的工作环境，使其始终保持在较高的工作温度，促进重整反应的进行，保证重整器1的产氢率及重整效率。通过电堆3热交换器的设置，能够维持电堆3阴极处的工作环境，使其工作温度终保持在高效率区，促进电堆3内反应的进行。通过流量计8的设置，用于测量通过其的第二工质流量，便于控制电堆3内反应的进行
在本申请一些实施方式中，可选地，如图1所示，图1是本申请一实施方式的管路架构示意图。电堆3的阳极出口处导出的尾气，分为两路，一路重新导入重整器1内，另一路导入燃烧器2内。
在本申请一些实施方式中，可选地，如图1所示，图1是本申请一实施方式的管路架构示意图。电堆3的阳极出口处管路上还设置有第三驱动件7，第三驱动件7用于将电堆3的阳极所导出的尾气加压，并分别导入重整器1及燃烧器2内。
其中，第三驱动件7可为高温风机。
通过将电堆3阳极所产生的尾气重新导入重整器1及燃烧器2能够提高重整器1内产生重整物的充分利用，第三驱动件7能够为尾气在管路中的输送提供动力，第三驱动件7可采用高温风机。
在本申请一些实施方式中，第二工质，如空气，通过管道经过第二工质驱动件6加压至110kPa-130kPa后，优选为120kPa，分为三股，一股通入重整器1中参与重整反应；一股进入燃烧器2发生燃烧反应；一股进入换热器4，换热后加热到750℃-850℃，优选为800℃，通入电堆3阴极发生电化学反应。重整工质，如柴油，通过管道经过第一工质驱动件5加压到180kPa-220kPa后，优选为200kPa，分为两股，一股直接进入燃烧器2燃烧供热；另一股进入重整器1参与重整反应，生成重整产物，重整产物的组分可为氢气、一氧化碳、甲烷、水、二氧化碳等物质的混合物。重整产物进入电堆3阳极发生电化学反应，生成阳极尾气。阳极尾气主要包括二氧化碳和水，少量氢气、一氧化碳和甲烷。阳极尾气经过第三驱动件7加压后分为两股，一股返回重整器1，为重整反应提供水蒸气；另一股进入燃烧器2进行燃烧，为重整器1和电堆3的保温提供热量。燃烧器2出口的燃烧尾气先分为两股，一股与重整器1进行热交换，为其保温，另一股给电堆3保温。随后两股尾气又合为一股为换热器4提供换热工质，再由换热器4排出。
最后应说明的是：以上各实施方式仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施方式对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施方式技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施方式中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (10)
1.一种固体氧化物燃料电池发电系统，其特征在于，包括重整器(1)、及与重整器(1)管路连接的燃烧器(2)和电堆(3)，所述燃烧器(2)与所述电堆(3)间通过管路相连接，所述重整器(1)、燃烧器(2)及电堆(3)还与第二工质源管路连接；
其中，所述燃烧器(2)外壁上紧贴设置有预热管路(21)，所述预热管路(21)一端与所述重整器(1)的入口端通过管路连接，另一端与重整工质源管路连接，所述第二工质源与所述电堆(3)连接管路上还设置有换热器(4)，用于使通过其的所述第二工质升温。
2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池发电系统，其特征在于，还包括第一工质驱动件(5)，所述第一工质驱动件(5)设置在所述预热管路(21)及所述重整工质源间的路管上，用于将所述重整工质源内的所述重整工质加压并驱动至所述预热管路(21)中。
3.根据权利要求2所述的固体氧化物燃料电池发电系统，其特征在于，还包括第二工质驱动件(6)，所述第二工质驱动件(6)设置在所述第二工质源管路上，用于将所述第二工质源内的所述第二工质加压并驱动至所述重整器(1)、所述燃烧器(2)及所述电堆(3)中。
4.根据权利要求3所述的固体氧化物燃料电池发电系统，其特征在于，所述第二工质驱动件(6)分别与所述燃烧器(2)、所述重整器(1)及所述换热器(4)的入口端管路连接，所述重整器(1)输出口与所述电堆(3)的阳极入口管路连接。
5.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池发电系统，其特征在于，所述换热器(4)内包括冷路(41)及热路(42)，所述冷路(41)用于通过第二工质，所述热路(42)用于通入换热工质，所述冷路(41)出口与所述电堆(3)的阴极入口管路连接。
6.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池发电系统，其特征在于，所述燃烧器(2)输出口导出的尾气，分成两路，一路导入所述重整器(1)内为所述重整器(1)供热，另一路导入所述电堆(3)的阴极为所述电堆(3)供热。
7.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池发电系统，其特征在于，所述重整器(1)的输出口及所述电堆(3)的阴极输出口与所述热路(42)输入口管路连接，所述重整器(1)及所述电堆(3)的阴极内出口导出的尾气，导入所述换热器(4)内为所述换热器(4)提供换热用工质。
8.根据权利要求7所述的固体氧化物燃料电池发电系统，其特征在于，所述重整工质源还与所述燃烧器(2)管路连接，所述重整工质源内的所述重整工质经过所述第一工质驱动件(5)加压后，分成两路，一路导入所述燃烧器(2)内，另一路导入预热管路(21)内。
9.根据权利要求1-8任一项所述的固体氧化物燃料电池发电系统，其特征在于，所述电堆(3)的阳极出口处导出的尾气，分为两路，一路重新导入所述重整器(1)内，另一路导入燃烧器(2)内。
10.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池发电系统，其特征在于，所述电堆(3)的阳极出口处管路上还设置有第三驱动件(7)，所述第三驱动件(7)用于将所述电堆(3)的阳极所导出的尾气加压，并分别导入所述重整器(1)及所述燃烧器(2)内。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111361410.5A CN114220988A (zh) | 2021-11-17 | 2021-11-17 | 固体氧化物燃料电池发电系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111361410.5A CN114220988A (zh) | 2021-11-17 | 2021-11-17 | 固体氧化物燃料电池发电系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114220988A true CN114220988A (zh) | 2022-03-22 |
Family
ID=80697402
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111361410.5A Pending CN114220988A (zh) | 2021-11-17 | 2021-11-17 | 固体氧化物燃料电池发电系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114220988A (zh) |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040121199A1 (en) * | 2002-12-23 | 2004-06-24 | General Electric Company | Integrated fuel cell hybrid power plant with re-circulated air and fuel flow |
| CN1676460A (zh) * | 2004-03-29 | 2005-10-05 | 通用电气公司 | 用于共同产生氢和电能的系统和方法 |
| CN101155752A (zh) * | 2005-04-11 | 2008-04-02 | Sk能源株式会社 | 具有集成热交换器的圆柱形蒸汽重整器 |
| CN104124462A (zh) * | 2013-04-25 | 2014-10-29 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种对电堆阳极尾气进行回收利用的固体氧化物燃料电池系统 |
| CN106058287A (zh) * | 2016-06-27 | 2016-10-26 | 南京特亿达新能源科技有限公司 | 一种带天然气重整制氢的sofc独立发电系统 |
| CN106784940A (zh) * | 2016-12-27 | 2017-05-31 | 宁波索福人能源技术有限公司 | 一种固体氧化物燃料电池发电系统 |
| CN109860660A (zh) * | 2019-01-28 | 2019-06-07 | 华中科技大学鄂州工业技术研究院 | 一种高效固体氧化物燃料电池系统 |
| CN109935855A (zh) * | 2017-12-19 | 2019-06-25 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种重整燃料电池系统的运行方法 |
| CN110890572A (zh) * | 2019-11-06 | 2020-03-17 | 华中科技大学 | 一种基于油类燃料的固体氧化物燃料电池发电系统 |
| CN111193050A (zh) * | 2018-11-14 | 2020-05-22 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种重整高温燃料电池系统及其启动方法 |
| CN113173068A (zh) * | 2021-04-13 | 2021-07-27 | 武汉理工大学 | 一种动力混合装置及其运行启动方法 |
| CN113292045A (zh) * | 2021-05-20 | 2021-08-24 | 上海齐耀动力技术有限公司 | 一种甲醇水重整制氢系统及控制方法 |
-
2021
- 2021-11-17 CN CN202111361410.5A patent/CN114220988A/zh active Pending
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040121199A1 (en) * | 2002-12-23 | 2004-06-24 | General Electric Company | Integrated fuel cell hybrid power plant with re-circulated air and fuel flow |
| CN1676460A (zh) * | 2004-03-29 | 2005-10-05 | 通用电气公司 | 用于共同产生氢和电能的系统和方法 |
| CN101155752A (zh) * | 2005-04-11 | 2008-04-02 | Sk能源株式会社 | 具有集成热交换器的圆柱形蒸汽重整器 |
| CN104124462A (zh) * | 2013-04-25 | 2014-10-29 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种对电堆阳极尾气进行回收利用的固体氧化物燃料电池系统 |
| CN106058287A (zh) * | 2016-06-27 | 2016-10-26 | 南京特亿达新能源科技有限公司 | 一种带天然气重整制氢的sofc独立发电系统 |
| CN106784940A (zh) * | 2016-12-27 | 2017-05-31 | 宁波索福人能源技术有限公司 | 一种固体氧化物燃料电池发电系统 |
| CN109935855A (zh) * | 2017-12-19 | 2019-06-25 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种重整燃料电池系统的运行方法 |
| CN111193050A (zh) * | 2018-11-14 | 2020-05-22 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种重整高温燃料电池系统及其启动方法 |
| CN109860660A (zh) * | 2019-01-28 | 2019-06-07 | 华中科技大学鄂州工业技术研究院 | 一种高效固体氧化物燃料电池系统 |
| CN110890572A (zh) * | 2019-11-06 | 2020-03-17 | 华中科技大学 | 一种基于油类燃料的固体氧化物燃料电池发电系统 |
| CN113173068A (zh) * | 2021-04-13 | 2021-07-27 | 武汉理工大学 | 一种动力混合装置及其运行启动方法 |
| CN113292045A (zh) * | 2021-05-20 | 2021-08-24 | 上海齐耀动力技术有限公司 | 一种甲醇水重整制氢系统及控制方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102509808B (zh) | 燃料电池热交换系统和方法 | |
| JP4666910B2 (ja) | 冷却タービン一体型燃料電池ハイブリッド発電装置 | |
| US8227126B2 (en) | Fuel cell system | |
| JP2004207241A (ja) | 空気及び燃料の流れを再循環させる燃料電池一体型ハイブリッド発電装置 | |
| CN109065914B (zh) | 以液化天然气为原料的基于燃料电池的分布式能源系统 | |
| CN113851673B (zh) | 一种固体氧化物燃料电池热电联供系统及其运行方法 | |
| US10714783B2 (en) | Integrated fuel cell systems | |
| CN111525166B (zh) | 一种混合高温燃料电池发电系统和方法 | |
| AU2011335292B2 (en) | A solid oxide fuel cell system and a method of operating a solid oxide fuel cell system | |
| JP2017076609A (ja) | 熱交換器を含む燃料電池モジュール及びそのようなモジュールを作動させる方法 | |
| KR102511826B1 (ko) | 캐스케이드형 연료 전지를 사용하는 발전 시스템 및 그 연계된 방법 | |
| KR102490704B1 (ko) | 통합 연료 전지 시스템 | |
| CN116364970A (zh) | 一种燃料电池系统及快速启动方法 | |
| KR20090020687A (ko) | 연료 전지 시스템 및 연료 전지 시스템의 온도 관리 방법 | |
| EP1284515A2 (en) | Generating system for a fuel cell, and heat waste recirculating and cooling system of said generating system | |
| CN116454318A (zh) | 一种燃料电池发电装置及氨燃料固体氧化物燃料电池 | |
| CN115172800A (zh) | 一种固体氧化物燃料电池热电联供系统 | |
| CN114024009A (zh) | 燃料电池发电系统 | |
| US10340534B2 (en) | Revised fuel cell cycle for in block reforming fuel cells | |
| CN114220988A (zh) | 固体氧化物燃料电池发电系统 | |
| RU2325011C1 (ru) | Система топливных элементов | |
| EP1791208A2 (en) | Fuel cell system | |
| KR20160101548A (ko) | 수증기 개질기 및 열 회수기를 갖는 연료전지용 열교환 장치 | |
| JP6738144B2 (ja) | 燃料電池カートリッジ及び燃料電池モジュール並びに燃料電池セルスタックの冷却方法 | |
| CN115072662B (zh) | 一种质子交换膜燃料电池热电联产系统及方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |