[发明专利]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

权利要求书

1.一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，其特征在于：包括天然气自热重整模块，质子交换膜燃料电池模块，自热重整尾气热利用模块，燃料电池余热利用模块，连接管路；系统输入天然气、空气及工质水，输出电力与多级热力，实现高效率的热电联产。

2.根据权利要求1所述的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，所述天然气自热重整模块，包括天然气增压机、空压机、自热重整器、燃烧器、高温变换反应器、低温变换反应器、CO氧化反应器、#1-#4换热器、#5集成换热器，天然气管道、空气管道、工质水管道、合成气管道，其特征在于：所述天然气增压机的天然气出口分成两路，一路与所述燃烧器的进口连接，另一路与所述#5集成换热器的天然气进口连接；所述空压机的空气出口分成四路，其中一路空气出口与所述燃烧器的空气进口连接，一路空气出口与所述CO氧化反应器的空气进口连接，另一路空气出口与所述#5集成换热器的空气进口连接；所述#5集成换热器的天然气出口、空气出口、水蒸气出口合并后与所述自热重整器的进口连接，所述自热重整器的合成气出口与#5集成换热器的合成气进口连接，所述高温变换反应器的进口与所述#4换热器的合成气出口连接，所述高温变换反应器的出口与所述#3换热器的合成气进口连接，所述低温变换反应器进口与所述#3换热器的合成气出口连接，所述低温变换反应器的出口与所述#2换热器的合成气进口连接，所述#2换热器的合成气出口与所述CO氧化反应器的合成气进口连接，所述CO氧化反应器的出口与所述#1换热器的合成气进口连接；所述工质水管道与所述#1换热器的工质水进口连接，所述#1换热器的工质水出口与所述#2换热器的工质水进口连接，所述#2换热器的工质水出口与所述#3换热器的工质水进口连接，所述#3换热器的工质水出口与所述#4换热器的工质水进口连接，所述#4换热器的工质水出口与所述#5集成换热器的工质水进口连接，所述#5集成换热器的工质水出口与所述自热重整器的混合气入口连接。

3.根据权利要求2所述的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，所述质子交换膜燃料电池模块，包括质子交换膜燃料电池本体、所述空压机、空冷器、增湿器、逆变器、空气管道、冷却水管道，其特征在于：所述质子交换膜燃料电池本体的阳极氢气进口与所述#1换热器的合成气出口连接，所述质子交换膜燃料电池本体的阴极空气进口与所述增湿器的空气出口连接，所述空压机的其中一路空气出口与所述空冷器的空气进口连接，所述空冷器的空气出口与所述增湿器的空气进口连接，所述质子交换膜燃料电池本体产生的电力通过所述逆变器输出。

4.根据权利要求3所述的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，所述自热重整尾气热利用模块，包括#6热水换热器、温升型热泵机组、所述空冷器、尾气管道、冷却水管道、热水管道、热力管道，其特征在于：天然气和空气在所述燃烧器燃烧后产生的尾气在所述#6热水换热器加热冷却水供热；所述冷却水管道分成两路，一路与所述空冷器的冷却水进口连接，另一路与所述温升型热泵机组的冷却水进口连接，所述温升型热泵机组的冷却水出口与所述#6热水换热器的冷却水进口连接，所述空冷器的冷却水出口与所述#6热水换热器的冷却水进口连接；所述#6热水换热器的冷却水出口分为两路，一路与所述热水管道连接直接向用户提供热水，另一路与所述温升型热泵机组的热水进口连接；所述温升型热泵机组通过所述热力管道向用户提供热力产品。

5.根据权利要求4所述的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，所述燃料电池余热利用模块，包括所述质子交换膜燃料电池本体、所述温升型热泵机组、所述增湿器、循环水泵，其特征在于：所述质子交换膜燃料电池本体的冷却水出口与所述温升型热泵机组的驱动热源进口连接，所述温升型热泵机组的驱动热源出口与所述循环水泵的进口连接，所述循环水泵的出口与所述质子交换膜燃料电池本体的冷却水进口连接，所述质子交换膜燃料电池本体的阴极水蒸气出口与所述增湿器的水蒸气进口连接，所述质子交换膜燃料电池本体的阳极氢气出口与所述燃烧器的天然气进口连接。

6.根据权利要求3所述的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，所述质子交换膜燃料电池模块，其特征还在于：所述增湿器为多孔碳板增湿器。