CN218568897U - 一种基于固体氧化物燃料电池与燃气轮机的综合利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于固体氧化物燃料电池与燃气轮机的综合利用系统，属于发电技术领域，包括固体氧化物燃料电池、燃气轮机、换热器和烟气余热回收换热器。通过在燃气轮机排烟处安装换热器来回收所排高温烟气的热能完成对燃料电池内所输送空气的初步加热实现了回热循环。再利用烟气余热回收换热器再次对烟气余热进行回收，实现了能源的多级利用。本实用新型结构科学严谨，有多种工作模式，固体氧化物燃料电池与微型燃气轮机结合，并将燃气轮机排气余热加以利用，提高能源综合利用效率，在综合能源领域具有广阔的应用前景。

Description

一种基于固体氧化物燃料电池与燃气轮机的综合利用系统

技术领域

本实用新型涉及发电技术领域，尤其是一种基于固体氧化物燃料电池与微型燃气轮机结合的综合能源利用系统。

背景技术

发展与能源和环境息息相关，解决能源问题的管件在于提高效率与降低排放。

固体氧化物燃料电池，是一种在高温下将燃料和氧化物的化学能转化成电能的高效的发电装置，原理与其他燃料电池相同，相当于水电解的逆反应。能量密度较高、无污染、对多种燃料具有广泛的适应性。固体氧化物燃料电池工作温度较高常要求在几百度到一千度不等。微型燃气轮机，是一种小型热力发电机组，通过压缩机压缩空气和燃料气混合燃烧为高温燃气，流入燃气涡轮中膨胀做工，产生机械能，在用配套设置发动机利用机械能发电。微型燃气轮机排放水平低、噪音水平低、燃料消耗率低、适用于多种燃料。单一能源模式效率低，功耗水平高，能源利用效率较低。工作时会造成高温，所排烟气温度很高，直接排放会造成较大的资源浪费。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题是提供一种基于固体氧化物燃料电池与燃气轮机的综合利用系统，提高发电效率，回收所排烟气的热能，实现能源高效的多级利用。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种基于固体氧化物燃料电池与燃气轮机的综合利用系统，包括固体氧化物燃料电池发电模块、燃气轮机发电模块和回热与余热利用模块；

固体氧化物燃料电池发电模块：包括固体氧化物燃料电池，输送燃料气的气体管道连接在固体氧化物燃料电池的阳极上，输送空气的气体管道连接在固体氧化物燃料电池的阴极上，固体氧化物燃料电池上连接有逆变器和发电机A；

燃气轮机发电模块：包括压缩机和燃烧室，压缩机入口与大气相连，压缩机出口连接有空气输送管道，燃烧室的输入端上连接有空气输送管道和燃料气输送管道，燃烧室的输出端连接有燃气涡轮，燃气涡轮上连接有发电机B；

回热与余热利用模块：包括换热器，燃气涡轮的排气端接有烟气输送管道，烟气输送管道连接在换热器上，压缩机出口的空气输送管道也连接在换热器上，空气输送管道经过换热器后，分别通往连接固体氧化物燃料电池的阳极空气输送管道上和燃烧室输入端的空气输送管道上形成回热循环，烟气输送管道经过换热器后连接设置有烟气余热回收换热器。

本实用新型技术方案的进一步改进在于：所述烟气余热回收换热器上的烟气输送管道上连接设置有烟囱。

本实用新型技术方案的进一步改进在于： 在固体氧化物燃料电池连接的空气输送管道和燃料气输送管道及燃烧室输入端的空气输送管道和燃料气输送管道上均设置有切换阀门，以实现各个模块单独运行及联合运行。

由于采用了上述技术方案，本实用新型取得的技术进步是：通过使固体氧化物燃料电池和燃气轮机结合使用，构成联合发电系统，和单独使用相比，提高了发电效率。通过设置回热模块的换热器，使所排烟气的热能对输入端的燃料气和空气进行加热，形成了回热循环，有效利用了所排烟气的热能，使发电工作时，高温的环境易于达成，提高了发电效率，能量使用效率。通过设置烟气余热回收换热器，对已经被换热利用过的烟气，再次利用，可将剩余热用来提供热水或供暖，真正实现了能量的多级阶梯式利用，能量使用效率提升。在多个空气输送管道和燃料气输送管道上设置切换阀门，可控制固体氧化物燃料电池和燃气轮机彼此之间的单独或联合使用，多种工作模式能够有效应对多种情景，根据不同工作需求，选取不同工作模式，达到资源的最有效使用。

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是基于固体氧化物燃料电池与燃气轮机的综合利用系统示意图；

其中，1、固体氧化物燃料电池，2、逆变器，3、发电机A，4、燃烧室，5、压缩机，6、燃气涡轮，7、发电机B，8、换热器，9、烟气余热回收换热器，10、烟囱。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步详细说明：

实施例一

如图1所示，为基于固体氧化物燃料电池和燃气轮机的综合利用系统示意图，包括固体氧化物燃料电池发电模块、燃气轮机发电模块和回热与余热利用模块。

其中，固体氧化物燃料电池发电模块，主体为固体氧化物燃料电池1，固体氧化物燃料电池1的阳极上连接有燃料气输送管道，阴极上连接有空气输送管道。固体氧化物燃料电池1上连接设置有逆变器2和发电机A3。工作时，固体氧化物燃料电池1内部发生化学反应，安全有效的将燃料气和氧化剂中的化学能转换为电能。 再通过逆变器2和发电机A3，将直流电能转化为交流电能进行使用。

燃气轮机发电模块主体为燃气轮机，包括压缩机5、燃烧室4、燃气涡轮6和发电机B7，其中压缩机5入口与大气相连，空气通过压缩机5做工后从压缩机5出口排出，压缩机5出口连接设置有空气输送管道，用于将压缩后的空气送往燃烧室4，燃烧室4的输入端上连接有空气输送管道和燃料气输送管道，通过将输送的燃料气和空气在燃烧室4中进行燃烧，生成高温燃气。燃烧室4的输出端连接设置有燃气涡轮6，燃烧生成的高温燃气进入到燃气涡轮6中进行膨胀做工，带动涡轮叶旋转，产生大量机械能。燃气涡轮6上连接设置有发电机B7,通过发电机B7将机械能转化为电能进行发电。

回热与余热利用模块，包括换热器8和烟气余热回收换热器9。燃气涡轮6的排气端连接设置有烟气输送管道，烟气输送管道连接在换热器8上，同时压缩机5出口的空气输送管道也经过连接换热器8。燃气涡轮6排出的高温烟气进入换热器8中与压缩机5排出的空气进行换热，空气输送管道中的空气温度升高。空气输送管道经过换热器8后，分别通往连接固体氧化物燃料电池1的阳极空气输送管道上和燃烧室4的输入端上形成回热循环。高温的空气一定程度满足了燃料电池和燃气轮机的高温工作条件，节省了需要从低温加热到高温工作条件的能源，有效回收了燃气轮机6排出的高温烟气的热能。烟气输送管道经过换热器8后连接设置有烟气余热回收换热器9，以降低过一次温度的烟气在烟气余热回收换热器9中再次与冷水进行换热，冷水烟气的余热温度提高，换热后的热水可用于生活用水或集中供暖，实现了能量的多级阶梯式利用，极大程度回收利用了能量，提高能量使用效率。烟气余热回收换热器9通过烟气输送管道连接设置有烟囱10，经过多次换热冷却后的烟气通过烟囱10排至大气。

实施例二

在上述实施例的基础上，进一步地，在固体氧化物燃料电池1本身的空气输送管道和燃料气输送管道上设置有控制开关的切换阀门。在经过换热器8后连接到固体燃料电池1的空气输送管道上设置阀门。在燃烧室4输入端的空气输送管道和燃料气输送管道上也设置有控制开关的切换阀门。通过设置开关阀门，即可控制燃料电池模块和燃气轮机模块单独或联合运行，在这基础上可实现三种工作模式。

当单独开启固体氧化物燃料电池1本身的空气输送管道和燃料气输送管道时，固体氧化物燃料电池发电模块单独工作，回热循环不开启。当单独开启燃烧室4输入单的空气输送管道和燃料气输送管道时，燃气轮机发电模块单独工作且回热循环开启。当所有空气输送管道和燃料气输送管道均开启时，固体氧化物燃料电池发电模块、燃气轮机发电模块和回热与余热利用模块联合运行，有效提升了能量转换率，且系统运行简单可靠，实现了能源的多级利用，综合利用效率高，适用于分布式综合能源项目。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于固体氧化物燃料电池与燃气轮机的综合利用系统，其特征在于：包括固体氧化物燃料电池发电模块、燃气轮机发电模块和回热与余热利用模块；

固体氧化物燃料电池发电模块：包括固体氧化物燃料电池（1），燃料气输送管道连接在固体氧化物燃料电池（1）的阳极上，空气输送管道连接在固体氧化物燃料电池（1）的阴极上，固体氧化物燃料电池（1）上连接设置有逆变器（2）和发电机A（3）；

燃气轮机发电模块：包括压缩机（5）和燃烧室（4），压缩机（5）入口与大气相连，压缩机（5）出口连接有空气输送管道，燃烧室（4）的输入端上连接有空气输送管道和燃料气输送管道，燃烧室（4）的输出端连接有燃气涡轮（6），燃气涡轮（6）上连接有发电机B（7）；

回热与余热利用模块：包括换热器（8），燃气涡轮（6）的排气端通过烟气输送管道连接在换热器（8）上，压缩机（5）出口的空气输送管道连接在换热器（8）上，压缩机（5）出口的空气输送管道经过换热器（8）后，分别连接固体氧化物燃料电池（1）的阳极空气输送管道和燃烧室（4）的输入端形成回热循环，烟气输送管道经过换热器（8）后连接设置有烟气余热回收换热器（9）。

2.根据权利要求1所述的一种基于固体氧化物燃料电池与燃气轮机的综合利用系统，其特征在于：所述烟气余热回收换热器（9）通过烟气输送管道连接设置有烟囱（10）。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于固体氧化物燃料电池与燃气轮机的综合利用系统，其特征在于：在固体氧化物燃料电池（1）连接的空气输送管道和燃料气输送管道以及燃烧室（4）输入端的空气输送管道和燃料气输送管道上均设置有切换阀门，以实现各个模块单独运行及联合运行。

Images