CN215418261U - 一种熔融碳酸盐燃料电池发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种熔融碳酸盐燃料电池发电系统，包括：阴极气体产生装置，具有合成气进口、助燃气进口、第一反应气出口和第二反应气出口，所述第一反应气出口连接至第一发电装置，第二反应气出口连接至阴极腔室；阳极气体产生装置，具有燃料气进口、循环气进口和第三反应气出口，所述第三反应气出口连接至阳极腔室；其中，所述阳极腔室的出口同时与阴极气体产生装置和阳极气体产生装置连通。本实用新型提供了一种发电效率较高的熔融碳酸盐燃料电池发电系统。

Description

一种熔融碳酸盐燃料电池发电系统

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种熔融碳酸盐燃料电池发电系统。

背景技术

熔融碳酸盐燃料电池是高温燃料电池的一种，允许使用各种碳氢燃料，工作温度为650℃，工作压力可以是标准大气压或加压条件，在加压条件运行时，电池的性能和效率会提高。由于其工作温度和压力条件，可以选择来替代传统燃气轮机，这项技术用于千瓦级至兆瓦级固定式发电或热电联产等领域。燃料电池尾气可以与燃气轮机结合产生额外的电力。采用熔融碳酸盐燃料电池发电系统和混合系统是所有发电系统效率最高和污染物排放最低，并且尾气可以与二氧化碳捕集技术相结合，产生清洁的能源。但是现有的熔融碳酸盐燃料电池发电系统一般以煤粉为原料，且利用的是反应后的尾气，发电效率较低。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的熔融碳酸盐燃料电池发电效率较低的缺陷，从而提供一种发电效率较高的熔融碳酸盐燃料电池发电系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种熔融碳酸盐燃料电池发电系统，包括：

阴极气体产生装置，具有合成气进口、助燃气进口、第一反应气出口和第二反应气出口，所述第一反应气出口连接至第一发电装置，第二反应气出口连接至阴极腔室；

阳极气体产生装置，具有燃料气进口、循环气进口和第三反应气出口，所述第三反应气出口连接至阳极腔室；

其中，所述阳极腔室的出口同时与阴极气体产生装置和阳极气体产生装置连通。

可选地，还包括合成气产生装置和助燃气产生装置，所述合成气产生装置的出口与所述阴极气体产生装置的合成气进口连通，所述助燃气产生装置同时与所述合成气产生装置以及所述助燃气进口连通。

可选地，所述合成气产生装置的燃料为生物质垃圾。

可选地，所述助燃气产生装置还与所述阴极腔室连通。

可选地，在所述阴极腔室的进口还设有第一换热器，所述阴极腔室的出口与所述第一换热器连通，所述第一换热器还与第二发电装置连接。

可选地，所述第一发电装置为燃气轮机，第二发电装置为有机朗肯循环系统。

可选地，所述第一换热器还设有空气进口。

可选地，还包括设于所述阳极腔室的出口与阴极气体产生装置之间的分离装置。

可选地，所述阳极腔室的出口与所述分离装置之间还设有第二换热器，所述第二换热器还与所述助燃气进口连通。

可选地，还包括设于所述第二换热器进口的加压装置。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

1.本实用新型提供的熔融碳酸盐燃料电池发电系统，阴极气体产生装置中的合成气与助燃气燃烧后同时通入阴极腔室和第一发电装置，不仅保证了燃料电池的正常反应，产生电力，还可以带动第一发电装置产生电力，由于第一发电装置利用的是燃料电池阴阳极发生电化学反应之前的反应物，因此发电效率较高。

2.本实用新型提供的熔融碳酸盐燃料电池发电系统，利用生物质垃圾作为合成气的原料，实现了以生物质垃圾为燃料电池的低碳排放，有效提高了能源的利用率。

3.本实用新型提供的熔融碳酸盐燃料电池发电系统，阴极腔室的出口与第二发电装置连接，进一步提高了发电效率。

4.本实用新型提供的熔融碳酸盐燃料电池发电系统，第一换热器和第二换热器的设置，实现了尾气热量的利用，进一步提高了能源利用率。

5.本实用新型提供的熔融碳酸盐燃料电池发电系统，阳极腔室的出口与阴极气体产生装置之间分离装置的设置，实现了二氧化碳和未反应的合成气的分离，分离后的合成气再次参与燃烧反应，实现了循环利用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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为本实用新型提供的熔融碳酸盐燃料电池发电系统的示意图。

附图标记说明：

1、生物质垃圾；2、合成气产生装置；3、灰；4、空气；5、氮气；6、助燃气产生装置；7、氧气；8、加压装置；9、第二换热器；10、合成气；11、阴极气体产生装置；12、二氧化碳；13、第一换热器；14、低温二氧化碳；15、第二发电装置；16、燃料气；17、阳极气体产生装置；18、第一混合罐；19、阴极腔室；20、阳极腔室；21、分离装置；22、液态二氧化碳；23、未反应的合成气；24、富集的二氧化碳；25、第一发电装置。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1所示的熔融碳酸盐燃料电池发电系统的一种具体实施方式，以城市生活生物质垃圾为燃料，氧气为助燃气，包括合成气产生装置2、助燃气产生装置6、阴极气体产生装置11、阴极腔室19、第一发电装置25、第二发电装置15、阳极气体产生装置17和阳极腔室20。

合成气产生装置为气化炉，气化炉具有生物质垃圾进口、氧气进口、合成气出口、反应物出口。

助燃气产生装置为空气分离器，具有空气进口、氧气出口和氮气出口，氧气出口与气化炉的氧气进口连通。

阴极气体产生装置为燃烧室，具有合成气进口、助燃气进口、第一反应气出口和第二反应气出口，合成气进口与气化炉的合成气出口连通，助燃气进口与空气分离器的氧气出口连通，且在氧气出口和助燃气进口之间依次设有作为加压装置8的压缩机以及第二换热器9。所述第一反应气出口连接至第一发电装置，所述第一发电装置为燃气轮机，第二反应气出口连接至阴极腔室，在第二反应气出口与阴极腔室的进口之间还设有第一混合罐18，第一混合罐的进口连接有第一换热器13，空气经第一换热器换热后进入阴极腔室。

所述阴极腔室的出口与所述第一换热器连通，以将反应后的尾气与空气进行换热，对其预热，换热后的气体进入与所述第一换热器连接的第二发电装置中，产生额外电力，第二发电装置为有机朗肯循环系统。换热后的空气进入第一混合罐中，与燃烧室中产生的二氧化碳混合后，再进入阴极腔室发生反应。

阳极气体产生装置具有燃料气进口、循环气进口和第三反应气出口，所述第三反应气出口连接至阳极腔室。阳极气体产生装置为第二混合罐，阳极腔室富集的二氧化碳经第三反应气出口流出后，一部分再经循环气进口进入第二混合罐中参与阳极反应，另一部分经第二换热器换热后，再与进入燃烧室的氧气换热，另一部分则直接进入分离装置21，分离装置为低温二氧化碳分离装置，采用膜分离或化学吸附分离装置，分离为液态二氧化碳和未反应的合成气，未反应的合成气再次进入燃烧室参与反应。

城市生活生物质垃圾1进入气化炉中，空气4进入空气分离器中，分离为氧气7和氮气5等，氮气等气体通过空气分离器的氮气出口直接排出，氧气则依次经氧气出口和氧气进口进入气化炉中，与城市生活生物质垃圾反应生成合成气10(氢气和一氧化碳)和灰3，气化炉的温度为800℃，灰经反应物出口直接排出，合成气则依次经合成气出口和合成气进口进入燃烧室中。同时从空气分离器中分离的氧气依次经压缩机和第二换热器后进入燃烧室中与合成气发生反应，带动燃气轮机产生电力；反应生成的二氧化碳12则进入第一混合罐中。空气经过第一换热器预热后也进入第一混合罐中，与二氧化碳混合后进入阴极腔室中，阴极腔室反应后的尾气进入第一换热器中，对空气进行预热，换热后的低温二氧化碳14则进入有机朗肯循环系统产生额外的电力。燃料气16直接进入第二混合罐中，与阳极腔室反应后的二氧化碳混合后，再进入阳极腔室与阴极腔室中的气体发生电化学反应，产生电力；阳极腔室富集的二氧化碳24经第三反应气出口流出后，一部分再经循环气进口进入第二混合罐中参与阳极反应，另一部分经第二换热器换热后，再与进入燃烧室的氧气换热，另一部分则直接进入分离装置，分离为液态二氧化碳22和未反应的合成气23，未反应的合成气再次进入燃烧室参与反应。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种熔融碳酸盐燃料电池发电系统，其特征在于，包括：

阴极气体产生装置，具有合成气进口、助燃气进口、第一反应气出口和第二反应气出口，所述第一反应气出口连接至第一发电装置，第二反应气出口连接至阴极腔室；

阳极气体产生装置，具有燃料气进口、循环气进口和第三反应气出口，所述第三反应气出口连接至阳极腔室；

其中，所述阳极腔室的出口同时与阴极气体产生装置和阳极气体产生装置连通。

2.根据权利要求1所述的熔融碳酸盐燃料电池发电系统，其特征在于，还包括合成气产生装置和助燃气产生装置，所述合成气产生装置的出口与所述阴极气体产生装置的合成气进口连通，所述助燃气产生装置同时与所述合成气产生装置以及所述助燃气进口连通。

3.根据权利要求2所述的熔融碳酸盐燃料电池发电系统，其特征在于，所述合成气产生装置的燃料为生物质垃圾。

4.根据权利要求2所述的熔融碳酸盐燃料电池发电系统，其特征在于，所述助燃气产生装置还与所述阴极腔室连通。

5.根据权利要求1－4任一项所述的熔融碳酸盐燃料电池发电系统，其特征在于，在所述阴极腔室的进口还设有第一换热器，所述阴极腔室的出口与所述第一换热器连通，所述第一换热器还与第二发电装置连接。

6.根据权利要求5所述的熔融碳酸盐燃料电池发电系统，其特征在于，所述第一发电装置为燃气轮机，第二发电装置为有机朗肯循环系统。

7.根据权利要求5所述的熔融碳酸盐燃料电池发电系统，其特征在于，所述第一换热器还设有空气进口。

8.根据权利要求1－4任一项所述的熔融碳酸盐燃料电池发电系统，其特征在于，还包括设于所述阳极腔室的出口与阴极气体产生装置之间的分离装置。

9.根据权利要求8所述的熔融碳酸盐燃料电池发电系统，其特征在于，所述阳极腔室的出口与所述分离装置之间还设有第二换热器，所述第二换热器还与所述助燃气进口连通。

10.根据权利要求9所述的熔融碳酸盐燃料电池发电系统，其特征在于，还包括设于所述第二换热器进口的加压装置。

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