[发明专利]基于重整制氢装置与燃料电池的热电联供系统

说明书

本发明公开了一种基于重整制氢装置与燃料电池的热电联供系统，包括：重整制氢装置和燃料电池堆，重整气输送至供热热交换器，供热热交换器向外提供热量，燃料电池堆的电能通过电能转换器输出；重整制氢装置内设置有重整电加热器和重整热交换器；重整电加热器与电能转换器连接，重整制氢装置和燃料电池堆启动所需的电力均由外来电力源提供；重整电加热器为重整制氢装置制氢提供热能；燃料电池堆输出的尾气被输送至催化加热器中或被输送至带压缩机的碳捕捉器中。本发明的优点在于：发电效率高、能源利用率高，氮氧化物和碳氧化物排放量低。

技术领域

本发明涉及热电联供系统技术领域。

背景技术

热电联供系统能很好地服务于生活和生产，满足生活与生产中的照明、设备用电、采暖、热水等需求。传统的热电联供系统，有基于燃气内燃机的分布式热电联供系统、基于燃气外燃机的分布式热电联供系统、基于微型燃气轮机的分布式热电联供系统等等。但是目前的电联供系统的缺陷在于：发电效率低，二氧化碳以及有害物质如CO、NO_X排放量高。

重整制氢装置是将含氢的化合物转化成含氢气的重整气。重整制氢的原料可以是天然气、汽油、柴油等烃类，也可以采用甲醇、酒精等醇类。传统的重整制氢过程中所需的热量主要通过燃料催化燃烧获得，在催化燃烧过程中有以下几种方式都会产生NO_X ：一、燃烧用空气中所含的N₂在高温下氧化生成； 二、碳化氢系燃料在燃烧时分解, 其分解的中间产物与空气中的N₂反应而生成；三、燃料中的有机氮化合物在燃烧过程中氧化所生成。因此目前的重整制氢装置也存在二氧化碳以及有害物质如CO、NO_X排放量高的问题。

发明内容

本发明的目的是：提供一种基于重整制氢装置与燃料电池的热电联供系统，其氮氧化物以及碳氧化物的排放量低，发电供热效率高。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：基于重整制氢装置与燃料电池的热电联供系统，包括：重整制氢装置和燃料电池堆，还包括：电能转换器、催化加热器、带压缩机的碳捕捉器以及供热热交换器；

重整制氢装置输出的富含氢气的重整气输送至供热热交换器中释放热量后再输送至燃料电池堆发电使用，供热热交换器向外提供热量；燃料电池堆产生的电能通过电能转换器输出，电能转换器还与外来电力源连接；

重整制氢装置内设置有重整电加热器和重整热交换器，重整电加热器与电能转换器连接，重整制氢装置启动所需的初始电力均由外来电力源通过电能转换器提供；重整电加热器为重整制氢装置提供热能；

燃料电池堆的尾气输出端分别与催化加热器和带压缩机的碳捕捉器连接，催化加热器与带压缩机的碳捕捉器连接；燃料电池堆尾气输出端输出的尾气被输送至催化加热器中或被输送至带压缩机的碳捕捉器中；

如燃料电池堆输出的尾气被输入至催化加热器中时，尾气在催化加热器内催化放热反应产生的高温气体进入至重整器热交换器中，重整器热交换器中的释放了热能后的气体进入至带压缩机的碳捕捉器中进行碳氧化物的去除，之后从带压缩机的碳捕捉器中直接向外排出；如燃料电池堆输出的尾气被输送至带压缩机的碳捕捉器中，带压缩机的碳捕捉器对尾气进行碳氧化物去除，去除了碳氧化物的气体回送至燃料电池堆内发电使用。

进一步地，前述的基于重整制氢装置与燃料电池的热电联供系统，其中，当燃料电池堆为中温型燃料电池堆或高温型燃料电池堆时，燃料电池堆内设置有电堆电加热器和电堆热交换器，电堆电加热器与电能转换器连接，电堆电加热器为燃料电池堆启动提供初始热能；

催化加热器内催化放热反应产生的高温气体进入至重整器热交换器和/或电堆热交换器中，电堆热交换器中释放了热量的气体进入带压缩机的碳捕捉器中进行碳氧化物的去除，之后从带压缩机的碳捕捉器中直接向外排出。