CN218480930U - 一种sofc系统的余热回收系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种SOFC系统的余热回收系统，包括SOFC尾气燃烧器、中压余热锅炉、低压余热锅炉和引风机；中压余热锅炉包括中压过热器，中压过热器包括换热管屏、进口集箱和出口集箱，换热管屏的表面设有导热层；低压余热锅炉连通供暖管道，中压余热锅炉上连接有蒸汽轮机；在中压余热锅炉上设置蒸汽轮机可以将烟气的热能最终转化为电能供外部利用，在低压余热锅炉上连通供暖管道，可以将烟气剩余的热能通入供暖管道供外部利用，实现固体氧化物燃料电池的余热再利用，减少热量损失，同时实现热电联供，提高固体氧化物燃料电池系统效率，提高燃料利用率。

Description

一种SOFC系统的余热回收系统

技术领域

本实用新型涉及SOFC系统余热回收技术领域，具体涉及一种SOFC系统的余热回收系统。

背景技术

固体氧化物燃料电池是一种直接将燃料(天然气、氢气、合成气、碳氢燃料等)和氧化剂中的化学能转变成电能的发电装置，相较于传统的发电技术，固体氧化物燃料电池工作温度高，燃烧后尾气洁净，不包含腐蚀性介质，且温度范围在800℃-900℃，具有较强的余热回收效益，如果尾气直接排放到大气环境中，会损失大量的热量，系统的热电供应效率也会大大降低。

实用新型内容

本实用新型的目的是设计一种SOFC系统的余热回收系统，避免换热管因持续受热发生破损的情况，从而提升整体余热回收的效率。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种SOFC系统的余热回收系统，包括SOFC尾气燃烧器、中压余热锅炉和低压余热锅炉，所述中压余热锅炉包括中压过热器，所述中压过热器包括换热管屏、进口集箱和出口集箱，所述换热管屏位于所述中压过热器的内部，所述换热管屏的表面设有导热层，所述进口集箱和所述出口集箱均设于所述中压过热器的外部，且所述进口集箱和所述出口集箱均与所述换热管屏连通；所述SOFC尾气燃烧器通过烟气管道依次连通所述中压过热器和所述低压余热锅炉，所述烟气管道靠近所述低压余热锅炉的一端连通有引风机，所述低压余热锅炉连通有供暖管道，所述中压过热器连通有蒸汽轮机。

进一步的，所述中压余热锅炉中还包括中压蒸发器、中压汽包、中压水预热器和中压给水泵，所述SOFC尾气燃烧器通过所述烟气管道依次连通所述中压过热器、所述中压蒸发器和所述中压水预热器；所述中压汽包上安装有中压液位计；所述中压汽包通过中压上升管和中压下降管与所述中压蒸发器连通；所述中压水预热器通过中压入水管连通有中压给水泵，还通过中压出水管与所述中压汽包连通；所述中压汽包通过中压蒸汽管与所述进口集箱连通，所述出口集箱连通有蒸汽轮机。

进一步的，所述中压蒸发器和所述中压水预热器均为翅片管换热器；所述中压过热器的材料为镍基合金，所述中压蒸发器的材料为奥氏体不锈钢，所述中压水预热器为常规碳钢材料。

进一步的，所述低压余热锅炉中设有低压过热器、低压蒸发器、低压汽包、低压水预热器和低压给水泵，所述中压余热锅炉通过所述烟气管道依次连通所述低压过热器、所述低压蒸发器和所述低压水预热器；所述低压汽包上安装有低压液位计，所述低压汽包通过低压上升管和低压下降管与所述低压蒸发器连通；所述低压水预热器通过低压入水管连通有低压给水泵，还通过低压出水管与所述低压汽包连通；所述低压过热器通过低压蒸汽管与所述低压汽包连通，所述低压过热器还与所述供暖管道连通。

进一步的，所述低压过热器、所述低压蒸发器和所述低压水预热器均为翅片管换热器；所述低压过热器、所述低压蒸发器和所述低压水预热器的材料均为常规碳钢材料。

进一步的，所述换热管屏由多层换热管构成，所述换热管为蛇形管。

进一步的，所述导热层的材质为氧化铝陶瓷。

本实用新型的有益效果在于：SOFC尾气在SOFC尾气燃烧器中转化成烟气，引风机驱动烟气通过烟气管道依次通过中压余热锅炉和低压余热锅炉，饱和蒸汽通过进口集箱均匀的进入换热管屏进行换热后生成过热蒸汽，过热蒸汽通过出口集箱排出，并驱动蒸汽轮机做功发电，将烟气的热能最终转化为电能供外部利用；在低压余热锅炉上连通供暖管道，可以将烟气剩余的热能通入供暖管道供外部利用，实现固体氧化物燃料电池的余热再利用，减少热量损失，同时实现热电联供，提高固体氧化物燃料电池系统效率，提高燃料利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型的整体结构图；

图2为本实用新型中中压过热器的整体结构图。

图中所标各个组件的名称如下：1、SOFC尾气燃烧器；2、中压过热器；3、中压蒸发器；4、中压水预热器；5、中压汽包；6、中压给水泵； 7、蒸汽轮机；8、低压汽包；9、低压过热器；10、低压蒸发器；11、低压水预热器；12、引风机；13、低压给水泵；14、供暖管道；15、换热管屏；16、进口集箱；17、出口集箱；18、烟气管道。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为实现预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

下面将结合附图来描述本实用新型的具体实施方式：

实施例：

请参考图1-2，一种SOFC系统的余热回收系统，包括SOFC尾气燃烧器1、中压余热锅炉和低压余热锅炉，中压余热锅炉包括中压过热器2，中压过热器2包括换热管屏15、进口集箱16和出口集箱17，换热管屏15位于中压过热器2的内部，换热管屏15的表面设有导热层，进口集箱16和出口集箱17 均设于中压余热锅炉的外部，且进口集箱16和出口集箱17均与换热管屏15 连通；SOFC尾气燃烧器1通过烟气管道18依次连通中压过热器2和低压余热锅炉，烟气管道靠近低压余热锅炉的一端连通有引风机12，低压余热锅炉连通有供暖管道14，中压过热器2连通有蒸汽轮机7；换热管屏15由多层换热管构成，换热管为蛇形管；烟气在通入中压余热锅炉后通过导热层与换热管屏15进行热交换，避免了烟气与换热管屏15的直接接触；如此设置可以使SOFC尾气燃烧生成的烟气持续流过中压余热锅炉的内部和低压余热锅炉的内部并通过与中压余热锅炉和低压余热锅炉进行热交换实现加热效果，并通过设置在烟气管道末端的引风机12持续为烟气的流动提供动能，在中压余热锅炉上设置蒸汽轮机7可以将烟气的热能最终转化为电能供外部利用，在低压余热锅炉上连通供暖管道，可以将烟气剩余的热能通入供暖管道供外部利用；将换热管的形状设置为蛇形管，便于换热管中的过热蒸汽互相进行充分热交换，避免过热蒸汽受热不均匀。

在本实施例中，中压余热锅炉还包括中压蒸发器3、中压汽包5、中压水预热器4和中压给水泵6，SOFC尾气燃烧器1通过烟气管道18依次连通中压过热器2、中压蒸发器3和中压水预热器4；中压汽包5上安装有中压液位计，且通过中压上升管和中压下降管与中压蒸发器3连通；中压水预热器4通过中压入水管连通有中压给水泵6，还通过中压出水管与中压汽包5连通；中压汽包5通过中压蒸汽管与进口集箱16连通，出口集箱17连通有蒸汽轮机 7；如此设置可以使烟气通过烟气管道依次流过中压过热器2、中压蒸发器3 和中压水预热器4，使烟气在中压过热器2进行热交换，并在与中压过热器2 热交换完毕后再依次与中压蒸发器3和中压水预热器4进行热交换，在此过程中经过三次热交换使烟气温度降低，为烟气通入低压余热锅炉创造温度条件；中压给水泵6通过中压入水管持续将水通入中压水预热器4中，中压水预热器4将汽、水混合物通过中压出水管持续通入中压汽包5中，中压汽包 5通过中压上升管和中压下降管与中压蒸发器3连通，汽、水混合物中的水通过中压蒸发器3循环加热，实现中压汽包5与中压蒸发器3中饱和蒸汽及水的内循环；中压汽包5上安装的液位计可用于实时观测中压汽包5中的液位；另外在中压汽包5内部生成的饱和蒸汽通过中压蒸汽管，从进口集箱16 处均匀地进入中压过热器2中进行加热生成过热蒸汽，过热蒸汽从出口集箱 17处排出，从而驱动蒸汽轮机7做功发电。

在本实施例中，低压余热锅炉中设有低压过热器9、低压蒸发器10、低压汽包8、低压水预热器11和低压给水泵13，中压余热锅炉通过烟气管道 18依次连通低压过热器9、低压蒸发器10和低压水预热器11；低压汽包 8上安装有低压液位计，低压汽包8通过低压上升管和低压下降管与低压蒸发器10连通；低压水预热器11通过低压入水管连通有低压给水泵13，还通过低压出水管与低压汽包8连通；低压过热器9通过低压蒸汽管与低压汽包 8连通，且低压过热器9还连通供暖管道；如此设置可以使烟气通过烟气管道依次流过低压过热器9、低压蒸发器10和低压水预热器11，使烟气在经过中压余热锅炉吸热后，第一时间与低压过热器9进行热交换，并在与低压过热器9热交换完毕后依次与低压蒸发器10和低压水预热器11进行热交换，在此过程中经过三次热交换使烟气温度降低；低压给水泵13通过低压入水管将水通入低压水预热器11中，低压水预热器11将汽、水混合物通过低压出水管持续通入低压汽包8中，低压汽包8通过低压上升管和低压下降管与低压蒸发器10连通，汽、水混合物中的水通过低压蒸发器10循环加热，实现低压汽包8与低压蒸发器10中饱和蒸汽及水的内循环；低压汽包8上安装的低压液位计可用于实时观测低压汽包8中的液位；另外在低压汽包8内部生成的饱和蒸汽通过低压蒸汽管进入低压过热器9中进行加热生成过热蒸汽，过热蒸汽通入供暖管道中供暖。

在本实施例中，中压蒸发器3、中压水预热器4、低压过热器9、低压蒸发器10和低压水预热器11均为翅片管换热器；中压过热器2的材料为镍基合金，中压蒸发器3的材料为奥氏体不锈钢，中压水预热器4、低压过热器9、低压蒸发器10和低压水预热器11的材料为常规碳钢材料；选用翅片管换热器可有效解决换热管束与壳体热膨胀差的问题；导热层的材质为氧化铝陶瓷；由于烟气的初始温度较高，故中压过热器2的材料选择在高温条件下具有高强度的镍基合金，中压蒸发器3的材料选择温度范围相对于镍基合金较低的奥氏体不锈钢；由于烟气到达中压水预热器4时温度已经与中压过热器2和中压蒸发器3完成热交换，烟气的温度适中，故采用常规碳钢材料即可，经过低压过热器9、低压蒸发器10的烟气温度低于中压水预热器4，且烟气中不含硫，不会出现露点腐蚀的情况，故中压水预热器4、低压过热器9、低压蒸发器10、低压水预热器11的材料为常规碳钢材料即可，具体可为20#钢；选用氧化铝陶瓷作为保护层，可以使保护层具有较好的导热性与耐久性。

工作原理：

使用时，先开启中压给水泵6和低压给水泵13缓慢进水，观察中压液位计和低压液位计，至中压汽包5和低压汽包8的水位到达中间水位线时启动 SOFC系统使SOFC尾气燃烧器1开始工作，SOFC尾气燃烧生成的烟气在烟气管道中依次通过中压过热器2、中压蒸发器3、中压水预热器4、低压蒸发器 10和低压水预热器11，并依次进行热交换，最终从引风机12处排出。

在此过程中，中压水预热器4中的水在烟气的持续加热下生成汽、水混合物并通过中压出水管持续通入中压汽包5中，中压蒸发器3在烟气持续的加热下与中压汽包5实现饱和蒸汽与水的内循环，饱和蒸汽通过中压蒸汽管从进口集箱16处进入中压过热器2的换热管屏15中，换热管屏15外部的导热层在烟气的持续加热下，将热量传递给换热管屏15中的饱和蒸汽，将其加热为过热蒸汽，过热蒸汽通过出口集箱17处排出，从而驱动蒸汽轮机7做功发电；

在此过程中，低压水预热器11中的水在烟气的持续加热下生成汽、水混合物并通过低压出水管持续通入低压汽包8中，低压蒸发器10在烟气持续的加热下与低压汽包8实现饱和蒸汽与水的内循环，饱和蒸汽通过低压蒸汽管进入低压过热器9中，低压过热器9在烟气的持续加热下将饱和蒸汽加热为过热蒸汽，过热蒸汽通过低压蒸汽管连通供暖管道供暖。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”以及类似的表述只是为了说明的目的。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种SOFC系统的余热回收系统，包括SOFC尾气燃烧器(1)、中压余热锅炉和低压余热锅炉，其特征在于，所述中压余热锅炉包括中压过热器(2)，所述中压过热器(2)包括换热管屏(15)、进口集箱(16)和出口集箱(17)，所述换热管屏(15)位于所述中压过热器(2)的内部，所述换热管屏(15)的表面设有导热层，所述进口集箱(16)和所述出口集箱(17)均设于所述中压过热器(2)的外部，且所述进口集箱(16)和所述出口集箱(17)均与所述换热管屏(15)连通；所述SOFC尾气燃烧器(1)通过烟气管道(18)依次连通所述中压过热器(2)和所述低压余热锅炉，所述烟气管道(18)靠近所述低压余热锅炉的一端连通有引风机(12)，所述低压余热锅炉连通有供暖管道(14)，所述中压过热器(2)连通有蒸汽轮机(7)。

2.根据权利要求1所述的SOFC系统的余热回收系统，其特征在于，所述中压余热锅炉中还包括中压蒸发器(3)、中压汽包(5)、中压水预热器(4)和中压给水泵(6)，所述SOFC尾气燃烧器(1)通过所述烟气管道(18)依次连通所述中压过热器(2)、所述中压蒸发器(3)和所述中压水预热器(4)；所述中压汽包(5)上安装有中压液位计；所述中压汽包(5)通过中压上升管和中压下降管与所述中压蒸发器(3)连通；所述中压水预热器(4)通过中压入水管连通有中压给水泵(6)，还通过中压出水管与所述中压汽包(5)连通；所述中压汽包(5)通过中压蒸汽管与所述进口集箱(16)连通，所述出口集箱(17)连通有蒸汽轮机(7)。

3.根据权利要求2所述的SOFC系统的余热回收系统，其特征在于，所述中压蒸发器(3)和所述中压水预热器(4)均为翅片管换热器。

4.根据权利要求1所述的SOFC系统的余热回收系统，其特征在于，所述低压余热锅炉中设有低压过热器(9)、低压蒸发器(10)、低压汽包(8)、低压水预热器(11)和低压给水泵(13)，所述中压余热锅炉通过所述烟气管道(18)依次连通所述低压过热器(9)、所述低压蒸发器(10)和所述低压水预热器(11)；所述低压汽包(8)上安装有低压液位计，所述低压汽包(8)通过低压上升管和低压下降管与所述低压蒸发器(10)连通；所述低压水预热器(11)通过低压入水管连通有低压给水泵(13)，还通过低压出水管与所述低压汽包(8)连通；所述低压过热器(9)通过低压蒸汽管与所述低压汽包(8)连通，所述低压过热器(9)还与所述供暖管道(14)连通。

5.根据权利要求4所述的SOFC系统的余热回收系统，其特征在于，所述低压过热器(9)、所述低压蒸发器(10)和所述低压水预热器(11)均为翅片管换热器。

6.根据权利要求1所述的SOFC系统的余热回收系统，其特征在于，所述换热管屏(15)由多层换热管构成，所述换热管为蛇形管。

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