[发明专利]一种基于天然气重整制氢和燃料电池的复合联供系统

权利要求书

1.一种基于天然气重整制氢和燃料电池的复合联供系统，其特征在于，包括天然气制氢系统、吸收式制冷系统、布雷顿循环系统、燃料电池、有机朗肯循环系统和供能系统；

所述的天然气制氢系统包括天然气储罐(21)、脱硫罐(11)、储水罐(5)、压气机(1)、重整反应器(2)、水蒸气发生器(3)、转换反应器(4)、回热器(6)、氢气分离器(7)、氢气储罐(8)；

所述天然气储罐(21)的一个出口与脱硫罐(11)进口连接，脱硫罐(11)的一个出口与压气机(1)进口连接，压气机(1)的出口与重整反应器(2)的一个进口相连，重整反应器(2)的出口和水蒸气发生器(3)热端进口相连，水蒸气发生器(3)热端的出口与转换反应器(4)的进料口相连，转换反应器(4)的出料口和回热器(6)热端进口连接，回热器(6)热端出口和氢气分离器(7)的进料口相连，氢气分离器(7)的氢气出口和氢气储罐相连；

所述储水罐(5)和水蒸气发生器(3)的冷端进口连接，从水蒸气发生器(3)的冷端出口同时连接了重整反应器(2)的水蒸气入口和固体氧化物燃料电池(29)的水蒸气入口；

所述的吸收式制冷系统包括依次连接并形成一个循环的吸收器(14)、溶液热交换器(13)、发生器(10)、冷凝器(9)、溶液截止阀(15)、蒸发器(16)；

采用的溶液是溴化锂；

所述的布雷顿循环系统包括依次连接的空气压缩机(20)、燃烧器(12)、燃气轮机(18)、发电机(19)，从燃烧器(12)的另一个出口出来的尾气依次经重整反应器(2)、转换反应器(4)和发生器(10)后排空；

所述的空气压缩机(20)和燃气轮机(18)同轴布置；

所述的燃料电池包括依次连接的燃料-空气预热器(22)、固体氧化物燃料电池(29)和蓄电池(30)；

所述的燃料-空气预热器(22)的燃料管路和燃气轮机尾气管路设有旁路；

所述的有机朗肯循环系统包括依次连接并形成的一个循环的高温尾气回热器(31)、分液器(28)、汽轮机(24)、凝汽器(25)、集液器(27)、增压泵(32)；

所述分液器(28)液相出口和集液器(27)相连；

凝汽器(25)的另一个出口依次连接了吸收器(14)、冷凝器(9)、中温尾气回热器(26)和集液器(27)的另一个进口；

采用丁烷、戊烷或R123有机工质对燃料电池废气和燃气轮机的尾气里的余热进行回收；

所述的供能系统包括给用户(17)提供冷能和热能的供能循环；

所述的重整反应器(2)里主要进行的是甲烷和水反应生成一氧化碳和氢气的化学反应过程，其反应所需要的温度在1000K至1200K；

所述的转换反应器(4)里进行一氧化碳和水反应生成氢气和二氧化碳的化学反应过程，其反应所需要的温度范围是470～820K；

所述的燃料-空气预热器(22)采用的三通道换热器，热端通道走的燃气轮机的高温尾气，两个冷端通道分别走的是需要预热的天然气和空气；

所述的中温尾气回热器(26)采用的三通道换热器，其中两个热端通道分别走的是燃气轮机的中温尾气和往回走的吸收式制冷系统冷凝工质，冷端走的是供热回水。

2.如权利要求1所述的基于天然气重整制氢和燃料电池的复合联供系统，其特征在于，所述的压气机(1)和空气压缩机(20)低圧缩比离心式高转速压缩机；

所述的汽轮机(24)采用轴流式耐高温应力、具有高转速的透平；所述的燃气轮机(18)采用的是联合循环燃气轮机；

所述的水蒸气发生器(3)采用的是耐高温高压的管壳式换热器；

凝汽器(25)、高温尾气回热器(31)和回热器(6)采用的是耐高温高压的板式换热器。

3.如权利要求1或2所述的基于天然气重整制氢和燃料电池的复合联供系统，其特征在于，其整个系统的运行分为三部分：

第一部分是从天然气储罐(21)出口一出来天然气经压气机(1)压缩后，和从储水罐(5)出来的液态水经水蒸气发生器(3)升温后变成水蒸气一起依次进入重整反应器(2)和转换反应器(4)进行反应，反应生成的氢气被氢气分离器(7)送至氢气储罐(8)，剩余产物经回热器(6)再热后送回至燃烧器继续燃烧，而从天然气储罐(21)出口二出来的天然气和经空气压缩机(20)压缩后的空气一起通入到燃烧器(12)燃烧释放出热量，其中燃烧器尾气的一股依次通过重整反应器(2)和转换反应器(4)提供天然气重整制氢所需要的热量，之后其余热用来加热发生器(10)以驱动吸收式制冷系统运行，第一部分的运行实现了整个系统的制氢和供冷；

第二部分是燃烧器尾气的另一股通入到燃气轮机(18)中做功，做功后的高温燃气轮机尾气通过燃料-空气预热器(22)的热端通道释放一部分热量后，再通入到高温尾气回热器(31)中放出大量热量驱动有机朗肯循环的运行发电，最后经中温尾气回热器(26)回收余热以给用户供热后排空，有机朗肯循环冷凝完的有机工质有一部分送至吸收式制冷系统，依次经过吸收器(14)和冷凝器(9)，用做辅助冷凝工质进行辅助冷凝后回到集液器，第二部分的运行实现了整个系统的供热和发电；

第三部分是从天然气储罐(21)出口三出来的天然气和空气两者经燃料-空气预热器后进入到固体氧化物燃料电池(29)中发生反应，产生的电能储存在蓄电池(30)中，而生成的高温废气则和燃气轮机高温尾气混合后，依次在高温尾气回热器(31)和中温尾气回热器(26)放热，为有机朗肯循环和用户提供热源，第三部分实现了电能的储蓄。