RU2432642C2 - System with high-temperature fuel elements - Google Patents
System with high-temperature fuel elements Download PDFInfo
- Publication number
- RU2432642C2 RU2432642C2 RU2009123454/07A RU2009123454A RU2432642C2 RU 2432642 C2 RU2432642 C2 RU 2432642C2 RU 2009123454/07 A RU2009123454/07 A RU 2009123454/07A RU 2009123454 A RU2009123454 A RU 2009123454A RU 2432642 C2 RU2432642 C2 RU 2432642C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- air
- compressor
- fuel
- fuel cell
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к системе с множеством последовательно соединенных высокотемпературных топливных элементов, в частности топливных элементов типа твердотопливных элементов на основе оксида (ТТЭО), для генерирования, по меньшей мере, электрической энергии.The invention relates to a system with a plurality of high temperature fuel cells connected in series, in particular fuel cells, such as oxide-based solid fuel cells (TFEs), for generating at least electrical energy.
В известном уровне техники известно, что высокотемпературные топливные элементы пригодны для «крупномасштабного (децентрализованного) генерирования энергии». Топливные элементы этого типа, под которыми в настоящее время подразумеваются топливные элементы на основе расплавленного карбоната (ТЭРК), а также ТТЭО, имеют рабочую температуру выше 600°С, и в случае ТЭРК предпочтительно между 650-1000°С. Для подачи кислорода к топливному элементу используется воздух, и топливом, используемым для обеспечения водорода, может быть, например, природный газ или водород, который уже был произведен до этого.It is known in the prior art that high temperature fuel cells are suitable for “large-scale (decentralized) energy generation”. Fuel cells of this type, which currently refers to molten carbonate (TERC) fuel cells, as well as TFCs, have an operating temperature above 600 ° C, and in the case of TECs, preferably between 650-1000 ° C. Air is used to supply oxygen to the fuel cell, and the fuel used to provide hydrogen may, for example, be natural gas or hydrogen that has already been produced before.
Известные системы, которые включают в себя топливные элементы этого типа, не являются особенно удовлетворительными. Изобретение относится не к конструированию и производству топливных элементов этого типа, а скорее к способу их встраивания в систему для генерирования энергии.Known systems that include fuel cells of this type are not particularly satisfactory. The invention does not relate to the design and manufacture of fuel cells of this type, but rather to a method of incorporating them into a system for generating energy.
Целью настоящего изобретения является обеспечение системы, которая позволяет эффективно использовать высокотемпературные топливные элементы.An object of the present invention is to provide a system that enables efficient use of high temperature fuel cells.
Другой целью настоящего изобретения является предложить средства, которые ведут к улучшению системы.Another objective of the present invention is to provide tools that lead to the improvement of the system.
В частности целью изобретения является обеспечение более высокой эффективности, чем известные системы. Другой целью изобретения является предложить средства, которые позволяют оптимально использовать тепло отработанных газов из системы.In particular, the purpose of the invention is to provide higher efficiency than known systems. Another objective of the invention is to propose means that optimally use the heat of the exhaust gases from the system.
Еще одной целью является обеспечение системы с более низкими уровнями загрязняющих выбросов, чем известные системы.Another goal is to provide systems with lower levels of pollutant emissions than known systems.
Еще одной целью является обеспечение системы, в которой формируются оптимальные рабочие условия для одного или более компонентов системы, которые особенно предпочтительны для технического воплощения компонента (компонентов).Another goal is to provide a system in which optimal operating conditions are formed for one or more components of the system, which are particularly preferred for the technical implementation of the component (s).
Изобретение предусматривает систему согласно п.1 формулы изобретения. Например, топливные элементы предназначены для снабжения воздуха, которое обеспечивает воздух температурой приблизительно 900°С. Средства, определенные в данном пункте формулы изобретения, гарантируют, что поток, выходящий из выхода катода первого топливного элемента, который имеет температуру, например, около 1100°С, смешивается с «холодным воздухом», например, температурой приблизительно 600°С, так что температура воздуха, который подается ко второму топливному элементу, снова составляет 900°С. Это дает возможность объединить значительную мощность топливного элемента в систему, которая обеспечивает оптимальные условия для каждого элемента.The invention provides a system according to claim 1. For example, fuel cells are designed to supply air that provides air at a temperature of approximately 900 ° C. The means defined in this claim ensures that the stream exiting the cathode of the first fuel cell, which has a temperature of, for example, about 1100 ° C, is mixed with “cold air”, for example, a temperature of about 600 ° C, so that the temperature of the air that is supplied to the second fuel cell is again 900 ° C. This makes it possible to combine significant power of the fuel cell into a system that provides optimal conditions for each cell.
Ясно, что последовательность может также содержать более двух высокотемпературных топливных элементов, в этом случае «принцип пришивания воздуха» повторяется для каждого топливного элемента, и каждый топливный элемент, в свою очередь, получает воздух, подаваемый при подходящей температуре.It is clear that the sequence may also contain more than two high-temperature fuel cells, in which case the “air-sewing principle” is repeated for each fuel cell, and each fuel cell, in turn, receives air supplied at a suitable temperature.
Источник топлива предпочтительно соединен с входом анода первого топливного элемента, и выход анода первого топливного элемента предпочтительно соединен с входом анода второго топливного элемента, в результате формируется «последовательное соединение» в том, что касается способа, которым топливо подается к топливным элементам.The fuel source is preferably connected to the input of the anode of the first fuel cell, and the output of the anode of the first fuel cell is preferably connected to the input of the anode of the second fuel cell, resulting in a “series connection” with regard to the way the fuel is supplied to the fuel cells.
Между источником воздуха и входом катода первого топливного элемента система предпочтительно содержит устройство предварительного нагрева-сгорания для нагрева воздуха, поступающего от источника воздуха, так что к первому топливному элементу подается нагретый воздух. Данное устройство предварительного нагрева-сгорания может, в частности, быть полезно при запуске системы.Between the air source and the cathode inlet of the first fuel cell, the system preferably comprises a pre-heating-combustion device for heating the air coming from the air source, so that heated air is supplied to the first fuel cell. This pre-heating-combustion device may, in particular, be useful when starting the system.
В предпочтительном варианте воплощения устройство предварительного нагрева-сгорания соединено с выходом анода одного или более топливных элементов, предпочтительно первого топливного элемента последовательности.In a preferred embodiment, the pre-heating-combustion device is connected to the output of the anode of one or more fuel cells, preferably the first fuel cell of the sequence.
В предпочтительном варианте воплощения система содержит турбину, которая соединена с выходом катода последнего топливного элемента последовательности, так что энергия высокотемпературных газов, которые выходят из него, может быть использована для приведения в движение турбины.In a preferred embodiment, the system comprises a turbine that is connected to the cathode output of the last fuel cell in the sequence, so that the energy of the high-temperature gases that exit it can be used to drive the turbine.
В частности, если система содержит турбину, которая соединена с выходом катода последнего топливного элемента последовательности или одним или более других выходов катода последовательности, система предпочтительно содержит обходное воздушное соединение для воздуха между источником воздуха и выходом катода указанного топливного элемента (элементов) последовательности топливных элементов, который/которые соединены с турбиной. Этим способом, в свою очередь, возможно понизить температуру, например, до приблизительно 900°С, что является предпочтительным для конструкции и работы турбины этого типа.In particular, if the system comprises a turbine that is connected to the cathode output of the last fuel cell of the sequence or one or more other outputs of the cathode of the sequence, the system preferably comprises a bypass air connection for air between the air source and the cathode output of said fuel cell (s) of the fuel cell sequence, which / which are connected to the turbine. In this way, in turn, it is possible to lower the temperature, for example, to about 900 ° C, which is preferred for the design and operation of this type of turbine.
Система предпочтительно содержит сборку компрессора для сжатия воздуха, имеющую, по меньшей мере, один компрессор с входом для воздуха и выходом, который соединен с входом катода первого топливного элемента последовательности, так что сжатый воздух подается к последовательности топливных элементов.The system preferably comprises an air compressor compressor assembly having at least one compressor with an air inlet and an outlet that is connected to the cathode inlet of the first fuel cell in the sequence, so that compressed air is supplied to the fuel cell sequence.
Сборка компрессора предпочтительно содержит компрессор низкого давления с входом для воздуха и выходом, компрессор высокого давления с входом и выходом, причем выход компрессора низкого давления соединен через канал первичного воздуха с входом компрессора высокого давления.The compressor assembly preferably comprises a low pressure compressor with an air inlet and an outlet, a high pressure compressor with an inlet and an outlet, the outlet of the low pressure compressor being connected through the primary air channel to the inlet of the high pressure compressor.
Предпочтительно система содержит сборку турбины компрессора для приведения в движение сборки компрессора, причем сборка турбины компрессора содержит одну турбину компрессора или множество турбин компрессора, расположенных последовательно, и сборка турбины компрессора имеет вход и выход, причем вход соединен с выходом катода последнего топливного элемента последовательности.Preferably, the system comprises a compressor turbine assembly for driving the compressor assembly, wherein the compressor turbine assembly comprises one compressor turbine or a plurality of compressor turbines arranged in series, and the compressor turbine assembly has an input and an output, the input being connected to the cathode output of the last fuel cell in the sequence.
Генерирование энергии предпочтительно также выполняется посредством системы, также содержащей силовую турбину с вращающимся валом для выведения механической энергии, предпочтительно соединенную с электрическим генератором для генерирования электрической энергии.The energy generation is preferably also carried out by means of a system also comprising a power turbine with a rotating shaft for removing mechanical energy, preferably connected to an electric generator for generating electric energy.
Предпочтительно силовая турбина имеет вход, который соединен с выходом сборки турбины компрессора, и выход для отработанного газа.Preferably, the power turbine has an inlet that is connected to the outlet of the compressor turbine assembly and an outlet for exhaust gas.
В данной системе устройство сгорания может быть размещено между выходом сборки турбины компрессора и входом силовой турбины.In this system, a combustion device can be placed between the output of the compressor turbine assembly and the input of the power turbine.
Как вариант, один или более высокотемпературных топливных элементов, предпочтительно последовательность высокотемпературных топливных элементов, как описано выше, размещается между выходом сборки турбины компрессора и входом силовой турбины.Alternatively, one or more high temperature fuel cells, preferably a sequence of high temperature fuel cells, as described above, is located between the output of the compressor turbine assembly and the input of the power turbine.
Система, имеющая силовую турбину, предпочтительно содержит систему трубопровода для отработанного газа, входной конец которой соединен с выходом для отработанного газа силовой турбины.A system having a power turbine preferably comprises an exhaust gas pipe system whose inlet end is connected to an exhaust gas outlet of the power turbine.
Система, имеющая компрессор низкого давления и компрессор высокого давления, предпочтительно содержит канал вторичного воздуха, который на его входном конце присоединен между выходом компрессора низкого давления и входом компрессора высокого давления таким образом, что когда сжатый воздух выходит из выхода компрессора низкого давления, поток первичного воздуха проходит через канал первичного воздуха к компрессору высокого давления, и поток вторичного воздуха входит в канал вторичного воздуха, и предпочтительно в канале вторичного воздуха имеется средство впрыска воды для впрыска воды в поток вторичного воздуха, и канал вторичного воздуха на его выходном конце присоединен к соединению между выходом сборки турбины компрессора и входом силовой турбины.A system having a low-pressure compressor and a high-pressure compressor preferably comprises a secondary air channel that is connected at the inlet end between the output of the low-pressure compressor and the inlet of the high-pressure compressor so that when compressed air leaves the output of the low-pressure compressor, the primary air stream passes through the primary air channel to the high pressure compressor, and the secondary air stream enters the secondary air channel, and preferably in the secondary air channel zduha has water injection means for injecting water into the secondary airflow and the secondary air passage at its outlet end is connected to the connection between the outlet of the compressor turbine assembly and the inlet of the power turbine.
Канал вторичного воздуха может, если требуется, включать в себя вентилятор для увеличения давления потока вторичного воздуха.The secondary air duct may, if required, include a fan to increase the pressure of the secondary air flow.
Предпочтительно предварительный нагрев подаваемого воздуха выполняется (частично) с помощью теплообменника, который использует тепло отработанных газов системы, и который предусмотрен, например, между сборкой турбиной компрессора и последовательностью высокотемпературных топливных элементов.Preferably, the preheating of the supplied air is carried out (partially) by means of a heat exchanger that uses the heat of the exhaust gases of the system and which is provided, for example, between the assembly of the compressor turbine and the sequence of high temperature fuel cells.
Особенно предпочтительно система согласно изобретению содержит один или более генераторов пара для генерирования пара, и в этом случае генератор пара предпочтительно присоединяется к системе трубопровода для отработанного газа с целью использования тепла отработанных газов для создания пара, причем генератор пара имеет выход, который соединен с выходом анода одного или более топливных элементов, предпочтительно с отверстием для примешивания в соединении между выходом анода топливного элемента и входом анода топливного элемента. Это дает возможность поддерживать оптимальные рабочие условия также и на этом этапе.Particularly preferably, the system according to the invention comprises one or more steam generators for generating steam, in which case the steam generator is preferably connected to the exhaust gas pipe system in order to use the heat of the exhaust gases to generate steam, the steam generator having an output that is connected to the output of the anode one or more fuel cells, preferably with a mixing hole in the connection between the output of the anode of the fuel cell and the input of the anode of the fuel cell. This makes it possible to maintain optimal working conditions at this stage as well.
Ясно, что если множество топливных элементов соединены последовательно, примешивание пара этого типа может в каждом случае происходить между соединенными друг с другом выходом анода и входом анода.It is clear that if a plurality of fuel cells are connected in series, vapor mixing of this type can in each case occur between the anode output and the anode input connected to each other.
Изобретение предпочтительно также предусматривает решение, в котором система содержит генератор пара для генерирования пара, причем генератор пара предпочтительно соединен с системой трубопровода для отработанного газа для использования тепла отработанных газов для создания пара, и в котором генератор пара имеет выход, который соединен с выходом катода последнего топливного элемента в последовательности. В частности, предпочтительно, если указанный выход соединен с турбиной, и это решение может также быть применено, если один или более других выходов катодов последовательности соединены с турбиной.The invention preferably also provides a solution in which the system comprises a steam generator for generating steam, wherein the steam generator is preferably connected to an exhaust gas pipe system for using exhaust heat to generate steam, and in which the steam generator has an output that is connected to the output of the cathode of the latter fuel cell in sequence. In particular, it is preferable if said output is connected to the turbine, and this solution can also be applied if one or more other cathode outputs of the sequence are connected to the turbine.
В системе, имеющий компрессор низкого давления и компрессор высокого давления, оптимальные рабочие условия для компрессора высокого давления могут быть обеспечены путем разделения воздушного потока, выходящего из компрессора низкого давления на поток первичного воздуха и поток вторичного воздуха, при этом вода может также впрыскиваться в поток вторичного воздуха.In a system having a low-pressure compressor and a high-pressure compressor, optimal operating conditions for the high-pressure compressor can be achieved by dividing the air stream leaving the low-pressure compressor into a primary air stream and a secondary air stream, while water can also be injected into the secondary stream air.
В одном возможном варианте воплощения система содержит средство охлаждения, которое охлаждает поток первичного воздуха; причем это средство охлаждения может быть выполнено в виде средства впрыска воды, которое независимо от средства впрыска воды для потока вторичного воздуха.In one possible embodiment, the system comprises cooling means that cools the flow of primary air; moreover, this cooling means can be made in the form of water injection means, which is independent of the water injection means for the secondary air flow.
Предпочтительно поток первичного воздуха больше потока вторичного воздуха, например поток первичного воздуха составляет 70-90% и поток вторичного воздуха составляет 10-30% от общего воздушного потока, выводимого компрессором низкого давления.Preferably, the primary air stream is greater than the secondary air stream, for example, the primary air stream is 70-90% and the secondary air stream is 10-30% of the total air stream discharged by the low pressure compressor.
Поток вторичного воздуха может быть объединен с потоком первичного воздуха ниже по потоку относительно опциональной сборки турбины компрессора системы, так что в указанном потоке вторичного воздуха может поддерживаться относительно низкое давление. Если давление в точке, в которой два воздушных потока объединяются, выше, чем на выходе компрессора низкого давления, возможно предусмотреть вентилятор, вспомогательный компрессор, который увеличивает давление потока вторичного воздуха. Например, этот вентилятор представляет собой электрический вентилятор.The secondary air stream can be combined with the primary air stream downstream of the optional turbine assembly of the system compressor, so that a relatively low pressure can be maintained in said secondary air stream. If the pressure at the point at which the two air flows are combined is higher than the output of the low-pressure compressor, it is possible to provide a fan, an auxiliary compressor, which increases the pressure of the secondary air stream. For example, this fan is an electric fan.
Предпочтительно предусмотреть теплообменник, который осуществляет передачу тепла между отработанными газами в системе трубопровода для отработанных газов, с одной стороны, и потоком вторичного воздуха, с другой стороны, предпочтительно ниже по потоку относительно первого средства впрыска воды. Это дает возможность осуществить введение максимально возможного количества воды в поток вторичного воздуха и испарить эту воду, используя тепло от отработанных газов.It is preferable to provide a heat exchanger that transfers heat between the exhaust gases in the exhaust gas pipe system, on the one hand, and the secondary air stream, on the other hand, preferably downstream of the first water injection means. This makes it possible to introduce the maximum possible amount of water into the secondary air stream and evaporate this water using the heat from the exhaust gases.
Необходимо отметить, что термин «впрыск воды» в контексте настоящего изобретения содержит любой вид впрыска воды, т.е. включая распыление воды, вспрыск предварительно нагретой воды или пара и т.д.It should be noted that the term "water injection" in the context of the present invention contains any type of water injection, i.e. including spraying water, spraying preheated water or steam, etc.
Одной из возможных областей применения системы по изобретению является «децентрализованное генерирование энергии» для (технологической) установки (например, в нефтехимической промышленности) или для строительства жилых районов и т.д.One of the possible applications of the system according to the invention is "decentralized energy generation" for a (technological) installation (for example, in the petrochemical industry) or for the construction of residential areas, etc.
Согласно одному частному варианту изобретение предусматривает систему, которая будет размещена на месте добычи природного газа, вблизи одной или более газовых скважин, предпочтительно в пределах радиуса 10 км от скважин добычи природного газа этого типа, если она требуется непосредственно на скважине добычи природного газа. Например, таким образом возможно найти применение природному газу, подаваемому из скважин, который не (больше не) представляет интереса для производства природного газа, например, из-за того, что уровень давления был или становится слишком низким.According to one particular embodiment, the invention provides a system that will be located at a natural gas production site, near one or more gas wells, preferably within a radius of 10 km from this type of natural gas production wells, if required directly at the natural gas production well. For example, it is thus possible to find use for natural gas supplied from wells that is not (no longer) of interest for the production of natural gas, for example, because the pressure level was or becomes too low.
Дополнительные предпочтительные варианты воплощения системы согласно изобретению описываются в формуле изобретения и нижеследующем описании со ссылкой на чертежи, на которыхAdditional preferred embodiments of the system according to the invention are described in the claims and the following description with reference to the drawings, in which
Фиг. 1 показывает схему, иллюстрирующую неограничивающий примерный вариант воплощения системы согласно изобретению,FIG. 1 shows a diagram illustrating a non-limiting exemplary embodiment of a system according to the invention,
Фиг. 2 показывает часть последовательности высокотемпературных топливных элементов системы на фиг. 1.FIG. 2 shows a portion of the sequence of high temperature fuel cells of the system of FIG. one.
Фиг. 1 показывает систему для генерирования энергии согласно изобретению.FIG. 1 shows a system for generating energy according to the invention.
Система содержит источник 1 воздуха для воздуха, который будет сжигаться, в данном случае воздуха из окружающей среды. Если требуется, также возможно обеспечить другой источник для подачи кислорода.The system contains a source 1 of air for the air to be burned, in this case air from the environment. If required, it is also possible to provide another source for oxygen supply.
Система также содержит сборку компрессора для сжатия воздуха. В данном примере сборка компрессора содержит компрессор 2 низкого давления, имеющий вход 3 для воздуха и выход 4, компрессор 5 высокого давления, имеющий вход 6 и выход, причем выход 4 компрессора низкого давления соединен с входом 6 компрессора 5 высокого давления.The system also includes a compressor assembly for compressing air. In this example, the compressor assembly comprises a low pressure compressor 2 having an air input 3 and an output 4, a high pressure compressor 5 having an input 6 and an output, the output 4 of the low pressure compressor being connected to the input 6 of the high pressure compressor 5.
Дополнительно иллюстрируемая система содержит сборку турбины компрессора для приведения в движение компрессора 2 низкого давления и компрессора 5 высокого давления, причем сборка турбины компрессора в этом случае содержит одну турбину 8 компрессора, и сборка турбины компрессора имеет вход 9 и выход 10.The system further illustrated comprises an assembly of a compressor turbine for driving a low pressure compressor 2 and a high pressure compressor 5, the compressor turbine assembly in this case comprising one compressor turbine 8, and the compressor turbine assembly having an input 9 and an
В настоящем примере воздушные компрессоры 4, 5 и турбина 8 компрессора установлены на одном общем валу 11.In the present example, air compressors 4, 5 and compressor turbine 8 are mounted on one common shaft 11.
Между выходом 4 и входом 6 идет канал 12 первичного воздуха, через который проходит поток первичного воздуха от компрессора 2 низкого давления к компрессору 5 высокого давления. На входном конце канал 13 вторичного воздуха соединен с указанным каналом 12 первичного воздуха таким образом, что когда сжатый воздух выходит из выхода 4 компрессора 2 низкого давления, поток первичного воздуха проходит к компрессору 5 высокого давления, и поток вторичного воздуха проходит в канал 13 вторичного воздуха.Between the outlet 4 and the inlet 6 there is a primary air channel 12, through which a stream of primary air passes from the low pressure compressor 2 to the high pressure compressor 5. At the inlet end, the secondary air channel 13 is connected to said primary air channel 12 so that when compressed air leaves the outlet 4 of the low pressure compressor 2, the primary air stream flows to the high pressure compressor 5 and the secondary air stream passes to the secondary air channel 13 .
Предпочтительно воздушный поток из компрессора 2 низкого давления разделяется таким образом, что поток первичного воздуха больше потока вторичного воздуха, например, поток первичного воздуха составляет 85% и поток вторичного воздуха составляет 15% от общего воздушного потока. Соотношение между двумя воздушными потоками может быть постоянным, например, за счет канала вторичного воздуха, имеющего особое поперечное сечение прохода относительно поперечного сечения прохода канала 12 первичного воздуха. Если требуется, возможно обеспечить средство управления, например средство вентиля, предпочтительно в канале 13 вторичного воздуха, для открывания/закрывания и/или управления размером поперечного сечения прохода канала 13 вторичного воздуха относительно канала 12 первичного воздуха.Preferably, the air stream from the low pressure compressor 2 is separated so that the primary air stream is larger than the secondary air stream, for example, the primary air stream is 85% and the secondary air stream is 15% of the total air stream. The ratio between the two air flows can be constant, for example, due to the secondary air channel having a special cross section of the passage relative to the cross section of the passage of the primary air channel 12. If desired, it is possible to provide control means, for example, valve means, preferably in the secondary air channel 13, for opening / closing and / or controlling the cross-sectional size of the passage of the secondary air channel 13 relative to the primary air channel 12.
В канале 13 вторичного воздуха имеется первое средство 15 впрыска воды для впрыска воды в поток вторичного воздуха.In the secondary air channel 13, there is a first water injection means 15 for injecting water into the secondary air stream.
Средство охлаждения, в данном случае содержащие теплообменник 17, предусмотрено для охлаждения потока первичного воздуха в канале 12 первичного воздуха.A cooling means, in this case containing a heat exchanger 17, is provided for cooling the flow of primary air in the primary air duct 12.
Как известно, впрыск воды, как бы она не осуществлялась, выполняется для охлаждения воздуха и увеличения массового расхода в системе, что дает различные преимущества.As you know, water injection, no matter how it is carried out, is performed to cool the air and increase the mass flow in the system, which gives various advantages.
Вверху по потоку относительно первого средства 15 впрыска воды возможно предусмотреть вентилятор в канале 13 вторичного воздуха для осуществления ограниченного увеличения давления потока вторичного воздуха. Этот вентилятор может иметь низкую мощность и может, если требуется, иметь электрический привод.Upstream of the first water injection means 15, it is possible to provide a fan in the secondary air channel 13 to effect a limited increase in the pressure of the secondary air stream. This fan may have low power and may, if required, have an electric drive.
Система содержит теплообменник (или рекуператор) 20, который нагревает воздух, выходящий из выхода сборки компрессора, используя тепло, которое выделяется из отработанных газов системы, как будет пояснено ниже.The system comprises a heat exchanger (or recuperator) 20, which heats the air leaving the outlet of the compressor assembly using heat that is released from the exhaust gases of the system, as will be explained below.
Между сборкой компрессора, в этом случае ниже по потоку относительно теплообменника 20, с одной стороны, и турбиной 8 компрессора, с другой стороны, система содержит размещение топливных элементов, которое иллюстрируется более подробно на фиг. 2.Between the compressor assembly, in this case downstream of the heat exchanger 20, on the one hand, and the compressor turbine 8, on the other hand, the system comprises a fuel cell arrangement, which is illustrated in more detail in FIG. 2.
Система содержит источник 21 топлива для топлива, в данном примере для натурального газа или как вариант водорода.The system comprises a
Размещение топливных элементов содержит множество высокотемпературных топливных элементов, соединенных последовательно, для генерирования, по меньшей мере, электрической энергии, в частности твердотопливных элементов на основе оксидов (ТТЭО).The arrangement of fuel cells comprises a plurality of high temperature fuel cells connected in series to generate at least electrical energy, in particular solid oxide-based fuel cells (TFEOs).
В показанном примере изображены первый, второй и третий высокотемпературные топливные элементы, которые соответственно обозначены ссылочными позициями 30, 40 и 50.In the example shown, the first, second and third high temperature fuel cells are depicted, which are respectively indicated by
Эти топливные элементы 30, 40, 50 соединены последовательно предпочтительным образом, описанным ниже.These
Каждый из топливных элементов 30, 40, 50 имеет соответствующий вход (а) анода для топлива, например природного газа, и выход (b) анода, а также вход (с) катода для воздуха, и выход (d) катода, а также электрическое соединение для выведения электрической энергии (е), которая была сгенерирована.Each of the
Иллюстрируемая часть содержит устройство 60 предварительного нагрева-сгорания для нагрева сжатого воздуха, выходящего из сборки компрессора, который в этом случае уже был предварительно нагрет теплообменником 20, так что к первому топливному элементу 30 подается сжатый нагретый воздух. Например, этот воздух находится под давлением приблизительно 9 бар и имеет температуру 900°С.The illustrated part comprises a pre-heating-combustion device 60 for heating the compressed air leaving the compressor assembly, which in this case has already been pre-heated by the heat exchanger 20, so that compressed heated air is supplied to the
Пример, представленный на фиг.1 и 2, показывает, что вход (с) катода первого топливного элемента 30 соединен с устройством 60 предварительного нагрева-сгорания.The example shown in FIGS. 1 and 2 shows that the input (c) of the cathode of the
Выход (d) катода первого топливного элемента 30 соединен с входом (с) катода второго топливного элемента 40, и выход (d) катода второго топливного элемента 40 в этом случае соединен с входом (с) катода третьего и в этом случае последнего топливного элемента 50 в последовательности.The output (d) of the cathode of the
Дополнительно в данном предпочтительном размещении вход (а) анода первого топливного элемента 30 соединен с источником 21 топлива. Выход (b) анода первого топливного элемента 30 соединен с входом (а) анода второго топливного элемента 40, и выход (b) анода второго топливного элемента 40 соединен с входом (а) анода третьего топливного элемента 50.Additionally, in this preferred arrangement, the anode inlet (a) of the
В данном примере выход (b) анода третьего топливного элемента соединен с устройством 60 предварительного нагрева-сгорания для подачи топлива к указанному устройству сгорания.In this example, the output (b) of the anode of the third fuel cell is connected to a pre-heating-combustion device 60 for supplying fuel to said combustion device.
Также на чертежах показано обходное воздушное соединение 31 для воздуха, которое предусмотрено между источником 1 воздуха, с одной стороны, в этом случае ниже по потоку относительно сборки компрессора и теплообменника 20, и, с другой стороны, отверстием 32 для примешивания между выходом (d) катода первого топливного элемента 30 и входом (с) катода второго топливного элемента 40.The drawings also show a bypass air connection 31 for air, which is provided between the air source 1, on the one hand, in this case downstream of the compressor and heat exchanger assembly 20, and, on the other hand, with a mixing
Обходное воздушное соединение 41 подобного типа также предусмотрено между источником 1 воздуха, в этом случае ниже по потоку относительно сборки компрессора и теплообменника 20, и отверстием 42 для примешивания между выходом (d) катода второго топливного элемента 40 и входом (с) катода третьего топливного элемента 50.A similar
В настоящем примере дополнительное обходное воздушное соединение 51 предусмотрено между источником 1 воздуха, в этом случае ниже по потоку относительно сборки компрессора и теплообменника 20, и отверстием 52 для примешивания на выходе (d) катода третьего и в этом случае последнего топливного элемента 50 в последовательности.In the present example, an additional
В результате получают последовательное соединение множества высокотемпературных топливных элементов, в котором вход катода каждого топливного элемента соединен с выходом катода предыдущего топливного элемента, если смотреть в направлении подачи воздуха, и в котором имеется обходное воздушное соединение между источником воздуха и отверстием для примешивания между соединенными друг с другом выходом катода и входом катода смежных топливных элементов.The result is a series connection of a plurality of high temperature fuel cells, in which the cathode input of each fuel cell is connected to the cathode output of the previous fuel cell when viewed in the air supply direction, and in which there is a bypass air connection between the air source and the mixing hole between connected to each other another cathode output and cathode input of adjacent fuel cells.
Система также содержит силовую турбину 70, в этом случае с вращающимся валом 71 для выведения механической энергии, например для приведения в движение электрического генератора 72.The system also includes a power turbine 70, in this case with a rotating shaft 71 for removing mechanical energy, for example to drive an electric generator 72.
Силовая турбина 70 имеет вход 73, который в этом случае соединен с выходом турбины 8 компрессора.The power turbine 70 has an input 73, which in this case is connected to the output of the compressor turbine 8.
Между указанной турбиной 8 компрессора и силовой турбиной 70 имеется в этом случае дополнительная последовательность высокотемпературных топливных элементов (100), предпочтительно имеющая такую же структуру, что и изложенная выше. Альтернативно возможно предусмотреть устройство сгорания низкого давления.Between said compressor turbine 8 and power turbine 70, there is in this case an additional sequence of high temperature fuel cells (100), preferably having the same structure as described above. Alternatively, it is possible to provide a low pressure combustion device.
Силовая турбина 70 также имеет выход 75 для отработанного газа.The power turbine 70 also has an exhaust gas outlet 75.
Установка также имеет систему трубопровода для отработанного газа, входной конец 80 которой соединен с выходом 75 для отработанного газа силовой турбины 70. На схеме это проиллюстрировано в двух местах для большей ясности.The installation also has an exhaust gas pipeline system, the inlet end 80 of which is connected to the exhaust gas outlet 75 of the power turbine 70. This diagram is illustrated in two places for greater clarity.
В настоящем примере выходной конец 13b канала 13 вторичного воздуха присоединен к соединению между выходом 10 турбины 8 компрессора и входом размещения 100 высокотемпературных топливных элементов или опционального устройства сгорания низкого давления в этой же позиции.In the present example, the output end 13b of the secondary air duct 13 is connected to the connection between the
Система трубопровода для отработанного газа содержит канал 82 первичного отработанного газа и канал 81 вторичного отработанного газа, причем оба канала 81, 82 соединены с выходом 75 силовой турбины 70, так что поток первичного отработанного газа входит в канал 82 первичного отработанного газа, и поток вторичного отработанного газа входит в канал 81 вторичного отработанного газа.The exhaust gas pipe system comprises a primary exhaust gas channel 82 and a secondary exhaust gas channel 81, both channels 81, 82 being connected to an outlet 75 of a power turbine 70, so that the primary exhaust gas stream enters the primary exhaust gas channel 82 and the secondary exhaust stream gas enters the channel 81 of the secondary exhaust gas.
Предпочтительно поток первичного отработанного газа больше потока вторичного отработанного газа, например соотношение между потоками отработанного газа приблизительно такое же, что и соотношение между потоком первичного воздуха и потоком вторичного воздуха.Preferably, the primary exhaust gas stream is larger than the secondary exhaust gas flow, for example, the ratio between the exhaust gas flows is approximately the same as the ratio between the primary air flow and the secondary air flow.
Теплообменник 90 потока вторичного воздуха передает тепло между отработанными газами в системе трубопровода для отработанного газа и потоком вторичного воздуха, предпочтительно ниже по потоку относительно средства 15 впрыска воды.The secondary air stream heat exchanger 90 transfers heat between the exhaust gases in the exhaust gas pipe system and the secondary air stream, preferably downstream of the water injection means 15.
Теплообменник 91 нагрева топлива передает тепло между потоком отработанного газа и топливом, которое подается к размещению высокотемпературных топливных элементов. Указанный теплообменник 91 предпочтительно встроен в поток вторичного отработанного газа.The fuel heat exchanger 91 transfers heat between the exhaust gas stream and the fuel, which is fed to the placement of high temperature fuel cells. Said heat exchanger 91 is preferably integrated in the secondary exhaust gas stream.
Теплообменник 20 (также называемый рекуператор) передает тепло между потоком первичного отработанного газа в канале 82 потока первичного отработанного газа, с одной стороны, и воздушным потоком, идущим к последовательности топливных элементов, в этом случае выше по потоку устройства 60 предварительного нагрева-сгорания.A heat exchanger 20 (also called a recuperator) transfers heat between the primary exhaust gas stream in the primary exhaust gas stream channel 82, on the one hand, and the air stream going to the fuel cell sequence, in this case, upstream of the preheater-combustion device 60.
Теплообменники предпочтительно предназначены извлекать максимально возможное тепло из отработанных газов до того, как эти отработанные газы будут удалены. Как можно увидеть в точке, обозначенной номером 63, все потоки отработанных газов сходятся в ней.The heat exchangers are preferably designed to extract the maximum possible heat from the exhaust gases before these exhaust gases are removed. As can be seen at the point indicated by number 63, all exhaust gas flows converge at it.
В показанной системе также осуществляется передача тепла между потоком отработанного газа и потоком вторичного воздуха в месте расположения или в непосредственной близости средства 15 впрыска воды, в данном случае с помощью теплообменника 64.In the system shown, heat is also transferred between the exhaust gas stream and the secondary air stream at the location or in the immediate vicinity of the water injection means 15, in this case using a heat exchanger 64.
Если требуется, впрыскиваемая вода может быть восстановлена путем впрыска воды вблизи выхода системы трубопровода для отработанного газа, которая затем собирается вместе с водой, впрыснутой ранее.If required, the injected water can be recovered by injecting water near the outlet of the exhaust gas piping system, which is then collected together with the water injected earlier.
В предпочтительном варианте воплощения отработанные газы проходят через конденсатор предпочтительно таким образом, что отработанные газы проходят через одну или более завес охлаждающей воды. Это ведет к восстановлению впрыснутой воды и пара, и также очищает отработанные газы, так что система фактически функционирует без каких-либо вредных выбросов.In a preferred embodiment, the exhaust gases pass through a condenser, preferably such that the exhaust gases pass through one or more curtains of cooling water. This leads to the recovery of the injected water and steam, and also purifies the exhaust gases, so that the system actually functions without any harmful emissions.
Как вариант, в канале 13 вторичного воздуха может быть размещено устройство сгорания низкого давления для сжигания подходящей смеси потока вторичного воздуха и топлива.Alternatively, a low pressure combustion device may be placed in the secondary air channel 13 to burn a suitable mixture of the secondary air stream and fuel.
Показанная на чертежах установка также иллюстрирует первый и опционально второй генераторы 110, 120 пара, которые обеспечивают пар. Генерирование пара осуществляется частично или полностью, что является предпочтительным, путем извлечения тепла из отработанных газов. В этом случае, что предпочтительно, это извлечение имеет место ниже по потоку относительно потока отработанного газа с помощью рекуператора 20, в этом случае из канала первичного отработанного газа.The installation shown in the drawings also illustrates the first and optionally second steam generators 110, 120 that provide steam. Steam generation is carried out partially or completely, which is preferred by extracting heat from the exhaust gases. In this case, which is preferred, this extraction takes place downstream of the exhaust gas stream by means of a recuperator 20, in this case from the primary exhaust gas channel.
Пар, полученный с помощью одного или более генераторов 110, 120 пара системы в этом случае, подается через выход указанного генератора пара и через паровую линию, которая не показана, к выходному потоку из выхода (b) анода одного или более тепловых элементов в системе. Это позволяет охлаждать указанный выходной поток, а также позволяет распределять мощность внутри системы, что увеличивает эффективность.The steam obtained using one or more steam generators 110, 120 of the system in this case is supplied through the output of the specified steam generator and through a steam line, which is not shown, to the output stream from the output (b) of the anode of one or more thermal elements in the system. This allows you to cool the specified output stream, and also allows you to distribute the power inside the system, which increases efficiency.
На чертежах также показаны отверстия 111, 112 для примешивания (см. в частности фиг. 2) в соединении между выходом анода топливного элемента и входом анода следующего в последовательности топливного элемента. Также на чертежах показано отверстие 113 для примешивания для пара на выходе (b) анода последнего топливного элемента 50 в последовательности.The drawings also show mixing openings 111, 112 (see, in particular, FIG. 2) in the connection between the output of the anode of the fuel cell and the input of the anode of the next in the fuel cell sequence. The drawings also show a
Генератор пара предпочтительно соединен с выходом (d) катода последнего топливного элемента 50 в последовательности предпочтительно, если турбина 8 также соединена с указанным выходом, как в настоящем примере. В этом случае предпочтительно предусмотреть средство управления температурой, что позволяет управлять подачей пара, чтобы установить, по существу, постоянную температуру подачи к указанной турбине 8. В настоящем примере для этого предусмотрено отверстие 114 для примешивания пара.The steam generator is preferably connected to the output (d) of the cathode of the
Как вариант, здесь может быть обеспечено множество турбин компрессора, а не одна турбина компрессора, например, таким образом, что одна турбина компрессора приводит в движение компрессор низкого давления, и другая турбина компрессора приводит в движение компрессор высокого давления.Alternatively, a plurality of compressor turbines may be provided here, rather than one compressor turbine, for example, such that one compressor turbine drives a low pressure compressor, and another compressor turbine drives a high pressure compressor.
В еще одном варианте возможно, чтобы турбина компрессора приводила в движение электрический генератор и были предусмотрены электрические приводные двигатели, связанные с электрическим генератором, для приведения в движение одного или более компрессоров сборки компрессора.In yet another embodiment, it is possible for the compressor turbine to drive an electric generator and provide electric drive motors coupled to the electric generator to drive one or more compressors of the compressor assembly.
Впрыск воды в поток вторичного воздуха и подача тепла, извлеченного из отработанных газов, к указанному потоку вторичного воздуха может также осуществляться различными способами, отличающимися от показанного на чертеже. Например, один или более теплообменников могут быть размещены выше по потоку относительно средства впрыска воды, или средство впрыска воды может быть размещено в том же месте, что и теплообменник, или альтернативно средство впрыска воды может быть размещено между теплообменниками.The injection of water into the secondary air stream and the supply of heat extracted from the exhaust gases to the specified secondary air stream can also be carried out in various ways, different from those shown in the drawing. For example, one or more heat exchangers may be located upstream of the water injection means, or the water injection means may be located in the same place as the heat exchanger, or alternatively, the water injection means may be placed between the heat exchangers.
Как уже было упомянуто выше, впрыск воды может осуществляться различными способами, в зависимости от конкретной ситуации, например, в виде распыленной воды, пара. В данном контексте можно указать на то, что, хотя это менее предпочтительно, также возможно, чтобы впрыск воды осуществлялся в местах впрыска пара, описанных выше.As mentioned above, water injection can be carried out in various ways, depending on the specific situation, for example, in the form of sprayed water, steam. In this context, it can be pointed out that, although it is less preferable, it is also possible that the injection of water was carried out at the injection sites of steam described above.
Для неограничивающего примера ниже приводится перечень температур, которые могут присутствовать в установке, показанной на фиг. 1For a non-limiting example, the following is a list of temperatures that may be present in the apparatus shown in FIG. one
- Воздух, выходящий из компрессора 2 низкого давления, 125°C.- Air leaving compressor 2 low pressure, 125 ° C.
- Воздушный поток, ниже по потоку относительно рекуператора, 20-640°C при 9 бар.- Airflow, downstream of the recuperator, 20-640 ° C at 9 bar.
- Воздушный поток после устройства 60 предварительного нагрева-сгорания - 900°C.- The air flow after the device 60 pre-heating-combustion - 900 ° C.
- Воздушный поток на выходе (d) анода каждого топливного элемента - 1100°C.- The air flow at the outlet (d) of the anode of each fuel cell is 1100 ° C.
- Воздушный поток после примешивания обходного воздуха в точках 32, 42, 52 - 900°C.- Air flow after mixing by-pass air at
- Поток отработанного газа на выходе силовой турбины - 640°C.- The flow of exhaust gas at the outlet of the power turbine is 640 ° C.
Электрическая мощность топливного элемента 30-210 кВт.The electric power of the fuel cell is 30-210 kW.
Электрическая мощность топливного элемента 40-380 кВт.The electric power of the fuel cell is 40-380 kW.
Электрическая мощность топливного элемента 50-690 кВт.The electric power of the fuel cell is 50-690 kW.
Claims (13)
источник воздуха для воздуха;
источник топлива для топлива, например природного газа;
по меньшей мере, первый и второй высокотемпературный топливный элемент, соединенные последовательно, причем каждый топливный элемент содержит вход анода для топлива и выход анода, а также вход катода для воздуха и выход катода, а также электрическое соединение для вывода сгенерированной электрической энергии;
вход катода первого топливного элемента, соединенный с источником воздуха;
вход анода каждого топливного элемента, соединенный с источником топлива;
выход катода первого топливного элемента, соединенный с входом катода второго топливного элемента; и
обходное воздушное соединение для воздуха, обеспеченное между источником воздуха, с одной стороны, и, с другой стороны, отверстием для примешивания между выходом катода первого топливного элемента и входом катода второго топливного элемента,
причем система содержит один или более дополнительных последовательно соединенных высокотемпературных топливных элементов, причем вход катода топливного элемента соединен с выходом катода предыдущего топливного элемента согласно направлению подачи воздуха, при этом для каждого дополнительного топливного элемента имеется обходное воздушное соединение, обеспеченное между источником воздуха и отверстием для примешивания между выходом катода предыдущего топливного элемента и входом катода дополнительного топливного элемента, и
система содержит компрессорную сборку для сжатия воздуха, имеющую, по меньшей мере, один компрессор с входом для воздуха и выходом для воздуха, причем указанный выход для воздуха соединен с входом катода первого топливного элемента последовательности, так что сжатый воздух подается к первому топливному элементу и одному или более обходных воздушных соединений и соответствующим им отверстиям для примешивания указанной последовательности топливных элементов,
а теплообменник установлен в линии между выходом, по меньшей мере, одного компрессора и входом катода первого топливного элемента из последовательности топливных элементов,
отличающаяся тем, что
упомянутый теплообменник также установлен в линии между выходом, по меньшей мере, одного компрессора и одним или более из обходных воздушных соединений и соответствующим им отверстиям для примешивания последовательности топливных элементов, и
система содержит турбинную сборку компрессора для приведения в движение компрессорной сборки, причем турбинная сборка компрессора содержит одну или более турбин компрессора, причем турбинная сборка компрессора имеет вход и выход, вход турбинной сборки компрессора соединен с выходом катода последнего топливного элемента последовательности, и
система содержит силовую турбину для выведения механической энергии, при этом силовая турбина имеет вход, который соединен с выходом турбинной сборки компрессора, и выход для отработанного газа, а система содержит также систему трубопроводов для отработанного газа, входной конец которой соединен с выходом для отработанного газа силовой турбины, и
выход для отработанного газа силовой турбины соединен с теплообменником, выполненным между выходом одного или более компрессоров, с одной стороны, и входом катода первого топливного элемента последовательности, а также одним или более из обходных воздушных соединений и соответствующих отверстий для примешивания последовательности топливных элементов, с другой стороны.1. A system having a plurality of high temperature fuel cells connected in series to generate at least electrical energy, in particular having solid oxide-based fuel cells (TFEO), comprising
air source for air;
a fuel source for a fuel, for example natural gas;
at least a first and second high temperature fuel cell connected in series, each fuel cell comprising an anode input for fuel and an anode output, as well as an air cathode input and a cathode output, as well as an electrical connection for outputting generated electrical energy;
the cathode inlet of the first fuel cell connected to an air source;
anode input of each fuel cell connected to a fuel source;
an output of a cathode of a first fuel cell connected to an input of a cathode of a second fuel cell; and
a bypass air connection for air provided between the air source, on the one hand, and, on the other hand, a mixing hole between the output of the cathode of the first fuel element and the input of the cathode of the second fuel element,
moreover, the system contains one or more additional series-connected high-temperature fuel cells, and the input of the cathode of the fuel element is connected to the output of the cathode of the previous fuel element according to the air supply direction, while for each additional fuel element there is a bypass air connection provided between the air source and the mixing hole between the cathode output of the previous fuel cell and the cathode input of the additional fuel cell, and
the system comprises a compressor assembly for compressing air, having at least one compressor with an air inlet and an air outlet, said air outlet being connected to the cathode inlet of the first fuel cell in the sequence, so that compressed air is supplied to the first fuel cell and one or more bypass air connections and their corresponding holes for mixing the specified sequence of fuel cells,
and the heat exchanger is installed in a line between the output of at least one compressor and the cathode input of the first fuel cell from the sequence of fuel cells,
characterized in that
said heat exchanger is also installed in a line between the outlet of the at least one compressor and one or more of the bypass air connections and the corresponding holes for mixing the sequence of fuel cells, and
the system comprises a compressor turbine assembly for driving the compressor assembly, the compressor turbine assembly comprising one or more compressor turbines, the compressor turbine assembly having an input and an output, the compressor turbine assembly input being connected to the cathode output of the last fuel cell in the sequence, and
the system contains a power turbine for removing mechanical energy, while the power turbine has an inlet that is connected to the output of the compressor turbine assembly and an outlet for exhaust gas, and the system also includes a piping system for exhaust gas, the inlet end of which is connected to the exhaust gas output of the power turbines, and
the exhaust gas outlet of the power turbine is connected to a heat exchanger made between the outlet of one or more compressors, on the one hand, and the cathode inlet of the first fuel cell of the sequence, as well as one or more bypass air connections and corresponding holes for mixing the sequence of fuel cells, on the other side.
источник воздуха для воздуха;
источник топлива для топлива;
по меньшей мере, первый и второй высокотемпературный топливный элемент, соединенные последовательно, причем каждый топливный элемент содержит вход анода для топлива и выход анода, а также вход катода для воздуха и выход катода, а также электрическое соединение для вывода сгенерированной электрической энергии;
вход катода первого топливного элемента, соединенный с источником воздуха;
вход анода каждого топливного элемента, соединенный с источником топлива;
выход катода первого топливного элемента, соединенный с входом катода второго топливного элемента; и
обходное воздушное соединение для воздуха, обеспеченное между источником воздуха, с одной стороны, и, с другой стороны, отверстием для примешивания между выходом катода первого топливного элемента и входом катода второго топливного элемента,
причем система содержит один или более дополнительных последовательно соединенных высокотемпературных топливных элементов, причем вход катода топливного элемента соединен с выходом катода предыдущего топливного элемента, согласно направлению подачи воздуха, при этом для каждого дополнительного топливного элемента имеется обходное воздушное соединение, обеспеченное между источником воздуха и отверстием для примешивания между выходом катода предыдущего топливного элемента и входом катода дополнительного топливного элемента,
причем система содержит компрессорную сборку для сжатия воздуха, имеющую, по меньшей мере, один компрессор с входом для воздуха и выходом для воздуха, который соединен с входом катода первого топливного элемента последовательности, так что сжатый воздух подается к упомянутому топливному элементу и одному или более из обходных воздушных соединений и соответствующим им отверстиям для примешивания последовательности топливных элементов, и
теплообменник установлен в линии между выходом, по меньшей мере, одного компрессора и входом катода первого топливного элемента из последовательности топливных элементов,
отличающаяся тем, что
упомянутый теплообменник также установлен в линии между выходом, по меньшей мере, одного компрессора и одним или более из обходных воздушных соединений и соответствующим им отверстиям для примешивания последовательности топливных элементов, и
устройство предварительного нагрева-сгорания предусмотрено в линии между теплообменником и входом катода первого топливного элемента последовательности топливных элементов, причем выход анода одного или более топливных элементов соединен с устройством предварительного нагрева-сгорания для подачи топлива к упомянутому устройству предварительного нагрева-сгорания.12. A system having a plurality of high temperature fuel cells connected in series to generate at least electrical energy, comprising
air source for air;
fuel source for fuel;
at least a first and second high temperature fuel cell connected in series, each fuel cell comprising an anode input for fuel and an anode output, as well as an air cathode input and a cathode output, as well as an electrical connection for outputting generated electrical energy;
the cathode inlet of the first fuel cell connected to an air source;
anode input of each fuel cell connected to a fuel source;
an output of a cathode of a first fuel cell connected to an input of a cathode of a second fuel cell; and
a bypass air connection for air provided between the air source, on the one hand, and, on the other hand, a mixing hole between the output of the cathode of the first fuel element and the input of the cathode of the second fuel element,
moreover, the system contains one or more additional series-connected high-temperature fuel cells, and the input of the cathode of the fuel element is connected to the output of the cathode of the previous fuel element, according to the air supply direction, while for each additional fuel element there is a bypass air connection provided between the air source and the hole for mixing between the cathode output of the previous fuel cell and the cathode input of the additional fuel cell,
moreover, the system comprises a compressor assembly for compressing air, having at least one compressor with an air inlet and an air outlet, which is connected to the cathode inlet of the first fuel cell sequence, so that the compressed air is supplied to the said fuel cell and one or more of bypass air connections and their corresponding holes for mixing the sequence of fuel cells, and
a heat exchanger is installed in a line between the output of at least one compressor and the cathode input of the first fuel cell from the sequence of fuel cells,
characterized in that
said heat exchanger is also installed in a line between the outlet of the at least one compressor and one or more of the bypass air connections and the corresponding holes for mixing the sequence of fuel cells, and
a pre-heating-combustion device is provided in a line between the heat exchanger and the cathode inlet of the first fuel cell of a sequence of fuel cells, the anode output of one or more fuel cells being connected to a pre-heating-combustion device for supplying fuel to said pre-heating-combustion device.
система содержит турбинную сборку компрессора для приведения в движение компрессорной сборки, причем турбинная сборка компрессора содержит одну или более турбин компрессора, причем турбинная сборка компрессора имеет вход и выход, причем вход турбинной сборки компрессора соединен с выходом катода последнего топливного элемента последовательности. 13. The system according to item 12, in which the heat exchanger is also made in connection between the output of at least one compressor and one or more of the bypass air connections and the corresponding holes for mixing the sequence of fuel cells,
the system comprises a compressor turbine assembly for driving the compressor assembly, the compressor turbine assembly comprising one or more compressor turbines, the compressor turbine assembly having an input and an output, the compressor turbine assembly being connected to the cathode output of the last fuel cell in the sequence.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009123454/07A RU2432642C2 (en) | 2006-11-20 | 2006-11-20 | System with high-temperature fuel elements |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009123454/07A RU2432642C2 (en) | 2006-11-20 | 2006-11-20 | System with high-temperature fuel elements |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009123454A RU2009123454A (en) | 2010-12-27 |
| RU2432642C2 true RU2432642C2 (en) | 2011-10-27 |
Family
ID=44055313
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009123454/07A RU2432642C2 (en) | 2006-11-20 | 2006-11-20 | System with high-temperature fuel elements |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2432642C2 (en) |
-
2006
- 2006-11-20 RU RU2009123454/07A patent/RU2432642C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009123454A (en) | 2010-12-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7861526B2 (en) | Steam generation plant and method for operation and retrofitting of a steam generation plant | |
| JP4705018B2 (en) | Operation method of gas turbine assembly | |
| US20100062301A1 (en) | System having high-temperature fuel cells | |
| US8505309B2 (en) | Systems and methods for improving the efficiency of a combined cycle power plant | |
| EP1860300B1 (en) | High humidity gas turbine equipment | |
| US20070256424A1 (en) | Heat recovery gas turbine in combined brayton cycle power generation | |
| US20110239650A1 (en) | Power plant comprising a turbine unit and a generator | |
| JP2007032568A (en) | Combined cycle power generation plant | |
| US20100031660A1 (en) | System and assemblies for pre-heating fuel in a combined cycle power plant | |
| US20110016870A1 (en) | Method and apparatus for improved gas turbine efficiency and augmented power output | |
| CN103244275A (en) | System and method for gas turbine nox emission improvement | |
| EP2513477B1 (en) | Solar power plant with integrated gas turbine | |
| JPH05209502A (en) | Gas turbine device equipped with tube nest combustion type combustor | |
| RU2293859C2 (en) | Power generating installation | |
| CA2962125C (en) | A heat recovery unit and power plant | |
| RU2432642C2 (en) | System with high-temperature fuel elements | |
| DE102010056516A1 (en) | Organic rankline cycle evaporator system for biomass firings, cools flue gas prior to entry into heat exchanger, and mixing a portion of cooled flue gases | |
| JP2009097389A (en) | Decompression installation provided with energy recovery function | |
| JP2006009574A (en) | Thermal power plant | |
| JP2007092721A (en) | Multiple-axle combined cycle power generation facility | |
| JP2009180101A (en) | Decompression arrangement equipped with energy recovery capability | |
| RU2139430C1 (en) | Combined-cycle plant | |
| NL1030478C1 (en) | System functions with several high temperature solid oxide fuel cells in series for stimulation of at least electrical energy | |
| RU2740670C1 (en) | Method of operation of steam-gas plant of power plant | |
| WO2024042917A1 (en) | Steam turbine power generation facility using oxygen-hydrogen combustion |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121121 |