CN116914202A - 一种自热型氨分解制氢发电系统和热启动方法 - Google Patents
一种自热型氨分解制氢发电系统和热启动方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116914202A CN116914202A CN202310581623.1A CN202310581623A CN116914202A CN 116914202 A CN116914202 A CN 116914202A CN 202310581623 A CN202310581623 A CN 202310581623A CN 116914202 A CN116914202 A CN 116914202A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ammonia
- power generation
- air
- hydrogen production
- hydrogen
- 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
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 284
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 139
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 131
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 131
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 128
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 title claims abstract description 61
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 56
- 238000010248 power generation Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 17
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 30
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 26
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims description 14
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 12
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 8
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 7
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 6
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000005336 cracking Methods 0.000 claims description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- DEPMYWCZAIMWCR-UHFFFAOYSA-N nickel ruthenium Chemical compound [Ni].[Ru] DEPMYWCZAIMWCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- JRTYPQGPARWINR-UHFFFAOYSA-N palladium platinum Chemical group [Pd].[Pt] JRTYPQGPARWINR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims 2
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 abstract description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical group 0.000 description 2
- -1 nitrogen hydride compound Chemical class 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005261 decarburization Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910000069 nitrogen hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
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
- H01M8/06—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
- H01M8/0656—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants by electrochemical means
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/04—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of inorganic compounds, e.g. ammonia
- C01B3/047—Decomposition of ammonia
-
- 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
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04111—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants using a compressor turbine assembly
-
- 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
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
-
- 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
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
- H01M8/04302—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during start-up
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
本发明涉及本发明涉及一种自热型氨分解制氢发电系统，由燃烧器、氨分解制氢反应器、电堆、空气引射器、空气泵、换热器等组成；还公开了加热启动方法，燃烧器为氨分解制氢反应器和电堆提供维持发电所需的热量，冷启动时，燃料源为氨气和氢气；发电系统正常运行时，燃料源为电堆排放的未参与电化学反应的尾气。本发电系统启动时不需要外部提供热量和燃料，实现了系统内自热启动，在启动和运行时均不需外部提供燃料和热量，具有可实现自热启动的优点。
Description
技术领域
本发明涉及氨燃料发电领域，尤其涉及一种自热型氨分解制氢发电系统，以及加热启动方法。
背景技术
氢能是一种来源广泛、清洁无碳、灵活高效、应用场景丰富的二次能源，是推动传统化石能源清洁高效利用和支撑可再生能源大规模发展的理想互联媒介，也是实现交通运输、电力、工业和建筑等领域大规模深度脱碳的最佳选择。氢能逐渐成为全球能源技术革命和产业发展的重要方向，也是未来能源绿色转型发展的重要载体。
氢能作为零碳能源，是典型的二次能源，需要规划储运。氢气储运技术丰富多样，但安全高效规模化氢储运技术薄弱。目前包括高压储氢、液氢储氢、合金储氢、有机液体储氢等技术存在明显缺陷，如高压储氢储氢密度较低，经济半径在200～300km以内，并且储氢量很难大幅度提高。另外还需解决阀体与瓶体间接口的泄露问题。液氢技术复杂、成本高，运行过程中安全隐患较多，国内供氢体系基础设施不健全。合金储氢质量储氢密度极低，为实现商业化还需解决储罐的体积膨胀、传热、气体流动等问题。有机液体储氢存在储氢密度低、放氢反应速率慢、设备复杂等缺点。甲醇用于储氢时存在碳排放，为实现碳循环，需解决碳封存技术。
氨为氮氢化合物，可视作氢能载体，其重量载氢能力高达17.6%。氨在标准大气压下液化温度为25℃，容易液化，能耗较小，氨的储存和运输更加方便，除车载船运外，液氨还可利用现有输气管输送，安全且更经济。液氨的单位体积氢浓度为121g/L，明显高于液氢（70.6g/L）。氨应用的安全性和储存运输的方便性能有效降低氢气的输运成本。
氨虽然在储氢领域优势明显，但同时存在因氨分解温度高而引起的制氢能耗高的问题。一般氨分解温度在700～800℃，与普通质子交换膜燃料电池匹配使用时存在严重的氢-热不匹配问题，造成发电系统设计困难。固体氧化物燃料电池由多孔阴极、致密电解质及多孔阳极组成；是以空气或氧气为氧化剂，通过电化学反应方式直接将碳氢燃料（气态、液态）中的化学能转变为电能的一种新型高效发电装置，通常工作温度为700～900℃，与氨分解制氢工作温度基本一致，热量匹配度高，因此氨分解制氢+固体氧化物燃料电池发电系统成为研究热点。
由于上述发电系统工作温度较高，从冷态到正常工作态需要加热启动过程。目前加热启动方式有两种，一种是采用电炉加热，该加热方式利用高温表面的热辐射方式由外表面将热量传递至内部，该方式存在加热周期长，温度梯度大的缺点。第二种是采用热气体加热的方式，在流道内通入热气体实现升温的目的。
如CN115092884A公开了一种自加热氨分解制氢装置及其制氢方法，利用部分产品氢气燃烧、氨分解产品气的余热等加热制氢装置，该方法虽然可以解决运行时热量需求问题，但燃烧产品氢气的方法存在氢气浪费问题，同时制氢装置启动时无法提供氢气。
CN107706437A公开了一种固体氧化物燃料电池电堆加热启动方法，该方法采用电加热层布置于电堆内部，通过控制电加热层工作进行电堆升温，该方法具有加热均匀的优点，但加热层故障时，电堆进行重新拆装处理，操作不变。
发明内容
本发明的目的之一旨在提供一种自热型氨分解制氢发电系统，解决氨分解制氢+固体氧化物燃料电池发电系统的加热启动问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种自热型氨分解制氢发电系统，包括顺序连接的氨分解制氢反应器、电堆和燃烧器，所述的氨分解制氢反应器和燃烧器同时连接氨换热器，所述的氨换热器连接氨储罐，所述的电堆上还连接空气引射器，空气引射器同时连接燃烧器和空气泵，所述的氨分解制氢反应器和电堆之间的氨气支路以及以及电堆和燃烧器之间某一送气支路之间连接三通阀；所述的氨分解制氢反应器由反应器本体、布料单元和催化单元组成，其中催化单元填充钌镍二元催化剂，通过高温裂解反应将氨气转化为电堆发电的富氢气体，其成分为氢气体积分数75%，氮气体积分数25%；所述的燃烧器由燃烧腔、燃料喷嘴、空气喷嘴和触媒组成，其中触媒为钯铂二元贵金属催化剂，可实现常温条件下的点火，通过氨氢掺烧为氨分解制氢反应器和电堆提供发电所需的热量；所述的空气引射器将燃烧器内高温烟气与空气混合，起到预热空气的作用，然后热空气输送至电堆以保证电堆反应温度；所述的氨换热器利用燃烧器高温烟气加热氨气以保证氨气到达氨分解制氢反应器前温度达到反应温度；所述的空气泵为电堆和燃烧器提供发电所需的空气。
所述的一种自热型氨分解制氢发电系统，其燃烧器工作模式分为启动和运行两种，在启动模式下燃烧器燃料为掺氢气的氨，为提高氨的转化率，往氨燃料中掺入一定比例的氢气，在运行模式下燃烧器燃料为电堆尾排氢气，为保证提供足够的热量，氢气内加入一定量的氨气。
所述的一种自热型氨分解制氢发电系统，优选的氨燃料中氢气掺加比例为10～20%。
所述的一种自热型氨分解制氢发电系统，其电堆优选为平板式固体氧化物燃料电池电堆，采用金属支撑。
本发明的目的之二是提供一种自热型氨分解制氢发电系统的热启动方法，工作流程如下：
启动时，调节氨气支路上的三通阀将电堆短接，此时氨气依次流经氨储罐、氨换热器、氨分解制氢反应器和燃烧器，氨气与空气在燃烧器内充分燃烧，部分高温烟气经空气引射器与空气混合，形成高温新鲜空气进入电堆，此时起到加热电堆的目的；
待电堆升温至700℃时电堆完成启动准备，燃烧器产生的烟气经氨换热器后将热量交换至氨气，当氨气温度升至700～800℃时，氨气在氨分解制氢反应器内反应生成成分为75%氢气和25%氮气的高温富氢气体，氨分解制氢反应器完成启动准备；
运行时，调节氨气支路上的三通阀联通电堆，此时高温新鲜空气和高温富氢气体均进入电堆，发电系统完成热启动并开始对外输出电力，未反应的燃料和空气排入燃烧器，通过燃烧为发电系统提供所需的热量。
进一步，当电堆温度升至800～900℃，氨分解制氢反应器温度升至700～800℃时，发电系统完成启动。
本发明的有益效果在于：
（1）为了解决氨分解制氢发电系统的自热启动问题，本发明通过设置外部燃烧器，利用引射原理，将空气与烟气预混后形成高温新鲜空气，利用高温空气加热电堆。燃烧器烟气与氨气充分换热，然后利用氨气加热氨分解制氢反应器。该方法实现了发电系统内部热量的高效利用，从而提高了燃料利用率；
（2）本发电系统根据氨分解制氢、固体氧化物燃料电池电堆特点，进行了氢气、热量的高度耦合设计，提高了氨的利用；利用氨、氢掺烧为电堆、氨分解制氢反应器提供热量，实现了发电系统的自热启动。
附图说明
图1是本发明的系统组成示意图。
各附图标记为：1—氨分解制氢反应器，2—电堆，3—燃烧器，4—空气引射器，5—空气泵，6—氨换热器，7—氨储罐。
实施方式
结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明如下：
实施例
参照图1所示，本发明公开的一种自热型氨分解制氢发电系统，由氨分解制氢反应器1、电堆2、燃烧器3、空气引射器4、空气泵5、氨换热器6、氨储罐7和三通阀等组成。
所述的氨分解制氢反应器1和燃烧器3同时连接氨换热器6，所述的氨换热器6连接供氨的氨储罐7，所述的电堆2上还连接空气引射器4，空气引射器4同时连接燃烧器3和空气泵5，所述的氨分解制氢反应器1和电堆2之间的氨气支路以及以及电堆2和燃烧器3之间两送气支路中的一个之间连接三通阀。
所述的氨分解制氢反应器1由反应器本体、布料单元和催化单元组成，其中催化单元填充钌镍二元催化剂，通过高温裂解反应将氨气转化为电堆2发电的富氢气体，其成分为氢气体积分数75%，氮气体积分数25%；所述的电堆2优选为平板式固体氧化物燃料电池电堆，采用金属支撑，其作用为利用富氢气体发电。
所述的燃烧器3由燃烧腔、燃料喷嘴、空气喷嘴和触媒组成，其中触媒为钯铂二元贵金属催化剂，可实现常温条件下的点火，通过氨氢掺烧为氨分解制氢反应器1和电堆2提供发电所需的热量。
所述的空气引射器4将燃烧器3内高温烟气与空气混合，起到预热空气的作用，然后热空气输送至电堆2以保证电堆2反应温度；所述的氨换热器6利用燃烧器3高温烟气加热氨气以保证氨气到达氨分解制氢反应器1前温度达到反应温度；所述的空气泵5为电堆2和燃烧器3提供发电所需的空气。
本发明燃烧器3的工作模式分为启动和运行两种，在启动模式下燃烧器3燃料为掺氢气的氨，为提高氨的转化率，往氨燃料中掺入一定比例的氢气，优选氢气掺加比例为10～20%，在运行模式下燃烧器燃料为电堆尾排氢气，为保证提供足够的热量，氢气内加入一定量的氨气。
实施例
本发明公开的一种自热型氨分解制氢发电系统的热启动方法，工作流程如下：
启动时，调节氨气支路上的三通阀将电堆2短接，此时氨气依次流经氨储罐7、氨换热器6、氨分解制氢反应器1和燃烧器3，氨气与空气在燃烧器3内充分燃烧，部分高温烟气经空气引射器4与空气混合，形成高温新鲜空气进入电堆2，此时起到加热电堆2的目的。
待电堆2升温至700℃时电堆2完成启动准备，燃烧器3产生的外排烟气经氨换热器6后将热量交换至氨气，当氨气温度升至800℃时用于加热氨分解制氢反应器1，氨气在氨分解制氢反应器1内反应生成成分为75%氢气和25%氮气的高温富氢气体，氨分解制氢反应器1完成启动准备。
运行时，调节氨气支路上的三通阀联通电堆2，此时温度为800℃的高温新鲜空气和高温富氢气体均进入电堆2，发电系统完成热启动并开始对外输出电力，未反应的燃料和空气排入燃烧器3，通过燃烧为发电系统提供所需的热量。
发电系统在启动、运行阶段均可以实现自热运行。
实施例
本发明实施例公开的一种自热型氨分解制氢发电系统的热启动方法，与实施例2的不同之处在于：
当电堆2温度升至900℃，氨分解制氢反应器升至700℃时，完成发电系统启动过程，此时氨气分解为75%氢气和25%氮气的富氢气体。
运行时，调节三通阀联通电堆，此时温度为700℃的富氢气体和温度为900℃的空气流入电堆，此时电堆可对外温度输出电力。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种自热型氨分解制氢发电系统，其特征在于：包括顺序连接的氨分解制氢反应器（1）、电堆（2）和燃烧器（3），所述的氨分解制氢反应器（1）和燃烧器（3）同时连接氨换热器（6），所述的氨换热器（6）连接氨储罐（7），所述的电堆（2）上还连接空气引射器（4），空气引射器（4）同时连接燃烧器（3）和空气泵（5），所述的氨分解制氢反应器（1）和电堆（2）的氨气支路以及电堆（2）和燃烧器（3）的送气支路之间连接三通阀；所述的氨分解制氢反应器（1）由反应器本体、布料单元和催化单元组成，其中催化单元填充钌镍二元催化剂，通过高温裂解反应将氨气转化为电堆（2）发电的富氢气体；所述的燃烧器（3）由燃烧腔、燃料喷嘴、空气喷嘴和触媒组成，其中触媒为钯铂二元贵金属催化剂，通过氨氢掺烧为氨分解制氢反应器（1）和电堆（2）提供发电所需的热量；所述的空气引射器（4）将燃烧器（3）内高温烟气与空气混合预热空气，输送至电堆（2）以保证电堆（2）反应温度；所述的氨换热器（6）利用燃烧器（3）高温烟气加热氨气以保证氨气到达氨分解制氢反应器（1）前达到反应温度；所述的空气泵（5）为电堆（2）和燃烧器（3）提供发电所需的空气。
2.根据权利要求1所述的一种自热型氨分解制氢发电系统，其特征在于，所述的燃烧器（3）在启动模式下燃料为掺氢气的氨，在运行模式下燃料为电堆（2）尾排氢气。
3.根据权利要求2所述的一种自热型氨分解制氢发电系统，其特征在于，所述的氨燃料中氢气掺加比例为10～20%。
4.根据权利要求3所述的一种自热型氨分解制氢发电系统，其特征在于，所述的电堆（2）为采用金属支撑的平板式固体氧化物燃料电池电堆。
5.一种如权利要求1所述自热型氨分解制氢发电系统的热启动方法，其特征在于，工作流程如下：
启动时，调节三通阀将电堆（2）短接，氨气依次流经氨储罐（7）、氨换热器（6）、氨分解制氢反应器（1）和燃烧器（3），燃烧器（3）内燃烧的部分高温烟气经空气引射器（4）与空气混合，形成高温新鲜空气进入加热电堆（2）；
待电堆（2）完成启动准备，燃烧器（3）产生的烟气经氨换热器（6）后将热量交换至氨气，氨气在氨分解制氢反应器（1）内反应生成高温富氢气体，氨分解制氢反应器（1）完成启动准备；
运行时，调节三通阀联通电堆（2），高温新鲜空气和高温富氢气体均进入电堆（2），发电系统完成热启动并对外输出电力，未反应的燃料和空气排入燃烧器（3），通过燃烧为发电系统提供所需的热量。
6.根据权利要求5所述的一种自热型氨分解制氢发电系统的热启动方法，其特征在于，当电堆（2）温度升至800～900℃，氨分解制氢反应器（1）温度升至700～800℃时，发电系统完成启动。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310581623.1A CN116914202A (zh) | 2023-05-23 | 2023-05-23 | 一种自热型氨分解制氢发电系统和热启动方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310581623.1A CN116914202A (zh) | 2023-05-23 | 2023-05-23 | 一种自热型氨分解制氢发电系统和热启动方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116914202A true CN116914202A (zh) | 2023-10-20 |
Family
ID=88357099
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310581623.1A Pending CN116914202A (zh) | 2023-05-23 | 2023-05-23 | 一种自热型氨分解制氢发电系统和热启动方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116914202A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113804518A (zh) * | 2021-09-28 | 2021-12-17 | 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所） | 一种高纯及超纯气体高保真取样装置和方法 |
-
2023
- 2023-05-23 CN CN202310581623.1A patent/CN116914202A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113804518A (zh) * | 2021-09-28 | 2021-12-17 | 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所） | 一种高纯及超纯气体高保真取样装置和方法 |
| CN113804518B (zh) * | 2021-09-28 | 2024-04-16 | 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所） | 一种高纯及超纯气体高保真取样装置和方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110544785B (zh) | 一种天然气自热重整质子交换膜燃料电池分布式热电联产系统及方法 | |
| CN110077221B (zh) | 一种固体氧化物燃料电池和内燃机联合动力系统及其运行方法 | |
| CN102544549A (zh) | 一种基于燃料电池的热电联供系统 | |
| CN109585879A (zh) | 一种lohc储氢和高温燃料电池的集成系统 | |
| CN111525166B (zh) | 一种混合高温燃料电池发电系统和方法 | |
| CN109707992B (zh) | 一种多功能充电加氢站 | |
| CN106898794A (zh) | 一种基于甲醇水蒸气重整系统的发电方法与发电装置 | |
| CN108400358B (zh) | 固体氧化物燃料电池焦炉气发电工艺及装置 | |
| CN111326772B (zh) | 一种基于广谱燃料的燃料电池系统及其运行方法 | |
| CN116914202A (zh) | 一种自热型氨分解制氢发电系统和热启动方法 | |
| CN111302306A (zh) | 一种可用于高温燃料电池的微型甲醇重整制氢反应器 | |
| CN114471401B (zh) | 基于化学回热氨源部分裂解的布雷顿循环系统及循环方法 | |
| CN201985204U (zh) | 一种基于燃料电池的热电联供系统 | |
| CN109546189A (zh) | 一种以液体燃油为燃料电池氢源的多级重整发电系统 | |
| CN212011147U (zh) | 一种混合高温燃料电池发电系统 | |
| CN111509279B (zh) | 原位制氢燃料电池系统 | |
| CN113173068A (zh) | 一种动力混合装置及其运行启动方法 | |
| CN217300714U (zh) | 一种甲醇燃料双路发电装置及其换热系统 | |
| CN116525897A (zh) | 一种重整气涡轮与高温质子交换膜燃料电池联合发电系统 | |
| CN111649328A (zh) | 一种应用于熔融碳酸盐燃料电池的天然气加热炉系统和方法 | |
| CN116544466A (zh) | 一种热氨涡轮与质子交换膜燃料电池联合发电系统 | |
| CN112349926A (zh) | 一种可快速启动的车载燃料电池系统 | |
| CN114665120B (zh) | 一种基于多型燃料的sofc-gt混合发电系统 | |
| CN115498225A (zh) | 一种热氨涡轮与燃料电池联合发电系统及方法 | |
| CN114243067A (zh) | 直接碳燃料电池 |
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 |