[发明专利]一种质子交换膜燃料电池热电联产系统及方法

权利要求书

1.一种质子交换膜燃料电池热电联产系统，其特征在于，包括：天然气自热重整制氢模块、质子交换膜燃料电池模块、热水循环模块，所述天然气自热重整制氢模块连接天然气管网制取氢气提供给所述质子交换膜燃料电池模块；

所述天然气自热重整制氢模块包括多级换热器，冷却水分两路，一路参与重整反应制氢，另一路分多支分别与多级换热器进行热交换后进入所述热水循环模块，所述热水循环模块用于对燃料电池阴极侧出口尾气预热或为用户供热。

2.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池热电联产系统，其特征在于，所述天然气自热重整制氢模块包括燃烧器、集成换热器和自热重整器；

所述燃烧器与集成换热器连接为集成换热器提供热量，所述集成换热器入口分别与冷却水管道、天然气管道和空气管道连接，重整原料在所述集成换热器预热后经第二管路进入自热重整器进行重整反应，所述自热重整器产生的高温合成气通过第四管路与集成换热器进行热交换，预热进入集成换热器的重整原料；其中，所述重整原料包括CH₄、O₂、水蒸气。

3.如权利要求2所述的质子交换膜燃料电池热电联产系统，其特征在于，所述天然气自热重整制氢模块还包括通过管路依次连接的一级换热器、高温气体变换器、二级换热器、低温气体变换器、三级换热器、CO优先氧化反应器、四级换热器；

所述集成换热器出口的合成气通过第三管路与一级换热器进行热交换后依次通入高温气体变换器、二级换热器、低温气体变换器、三级换热器、CO优先氧化反应器、四级换热器，所述另一路冷却水分成四支分别经一级换热器、二级换热器、三级换热器、四级换热器换热后进入热水循环模块。

4.如权利要求2所述的质子交换膜燃料电池热电联产系统，其特征在于，所述天然气管道上设置有脱硫器，用于脱除天然气中的杂质。

5.如权利要求2所述的质子交换膜燃料电池热电联产系统，其特征在于，所述冷却水管路上设置有冷却水泵，所述天然气管道设置有第一压缩机，所述空气管道设置有第二压缩机。

6.如权利要求2所述的质子交换膜燃料电池热电联产系统，其特征在于，所述质子交换膜燃料电池模块包括质子交换膜燃料电池和加湿器，所述质子交换膜燃料电池阴极侧燃料入口与加湿器连接，所述加湿器连接将阴极侧出口尾气加湿后通入阴极侧燃料入口。

7.如权利要求6所述的质子交换膜燃料电池热电联产系统，其特征在于，所述质子交换膜燃料电池阳极侧出口尾气通过管路连通到天然气自热重整制氢模块的燃烧器作为重整热源循环使用。

8.如权利要求6所述的质子交换膜燃料电池热电联产系统，其特征在于，所述热水循环模块包括热水换热器、热水箱、循环水泵；

所述质子交换膜燃料电池阴极侧出口与所述热水换热器连接，所述热水换热器与所述加湿器连接，热水箱通过循环水泵与热水换热器连接。

9.如权利要求3所述的质子交换膜燃料电池热电联产系统，其特征在于，所述一级换热器、二级换热器、三级换热器或四级换热器为单级换热器、双级换热器或多级换热器中的一种。

10.一种质子交换膜燃料电池热电联产方法，其特征在于，天然气一部分燃烧作为重整热源，一部分进行重整反应；空气一路与天然气充分燃烧提供自热，二路进行重整反应，三路参与燃料电池反应；冷却水一路进行重整反应，另一路分多支分别进行热交换后用于对燃料电池原料预热或为用户供热。