[发明专利]利用LNG冷能的回流式燃料电池发电系统及其工作方法

说明书

本公开提供了一种利用LNG冷能的回流式燃料电池发电系统及其工作方法，提高了燃料电池工作效率，提高了系统的适用性。该系统包括燃料电池与燃气轮机混合发电系统、余热回收系统以及LNG冷能利用系统，空气经过空气压缩系统加压预热后进入燃料电池的阴极侧，燃料经过燃料压缩系统加压预热、水蒸气经过水蒸气压缩系统加压预热后分别进入混合器混合，混合后的燃气进入燃料电池的阳极侧；空气和燃料在燃料电池内发生电化学反应，燃料电池的阴极侧和阳极侧剩余未反应气体分别进入后燃烧室燃烧，后燃烧室产生的高温高压烟气进入燃气轮机透平做功；燃气轮机透平输出的烟气依次进入第一空气预热器、燃料预热器、水蒸气加热器和余热锅炉。

技术领域

本公开涉及燃料电池发电领域，具体涉及一种利用LNG冷能的回流式燃料电池发电系统及其工作方法。

背景技术

当前能源环境形势十分严峻，随着人口的增长，电能需求也急剧增加。传统的发电方式受困于卡诺循环热效率之下，且排放的尾气对环境存在很大的伤害。燃料电池技术与传统发电装置相比更加清洁高效，是一种新型的发电途径。这其中，固体氧化物燃料电池(SOFC)相比于其他种类的燃料电池，具有转换效率高以及燃料匹配性更广的特点。SOFC的工作温度在400-1000℃之间，发电的同时会释放出大量的高品位废热，因此在SOFC系统之后匹配适宜的底循环也是主要的研究方向。

发明人在研发过程中发现，现有的燃料电池发电系统，设定参数较少，限制工作约束区间，降低了系统的适用性；传统系统的底循环多采用ORC(有机朗肯循环)，对循环工质的选择需要根据燃料电池参数改变，不具有一般性和推广性；除此之外，燃料电池的发电效率还有很大的提升空间。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本公开提供了一种利用LNG冷能的回流式燃料电池发电系统及其工作方法，提高了燃料电池发电效率，提高了系统的适用性。

本公开所采用的技术方案是：

一种回流式燃料电池发电系统，该系统包括燃料电池与燃气轮机混合发电系统，所述燃料电池与燃气轮机混合发电系统包括空气压缩系统、燃料压缩系统、水蒸气压缩系统、混合器、燃料电池、后燃烧室和燃气轮机；

空气经过空气压缩系统加压预热后进入燃料电池的阴极侧，燃料经过燃料压缩系统加压预热、水蒸气经过水蒸气压缩系统加压预热后分别进入混合器混合，混合后的燃气进入燃料电池的阳极侧；

空气和燃料在燃料电池内发生电化学反应，燃料电池的阴极侧和阳极侧剩余未反应气体分别进入后燃烧室燃烧，后燃烧室产生的高温高压烟气进入燃气轮机透平做功。

作为本公开的进一步技术方案，所述空气压缩系统包括依次连接的第一空气压缩机、第一换热器、第二换热器、第二空气压缩机和第一空气预热器和第二空气预热器；

空气依次经过第一空气压缩机、第一换热器、第二换热器、第二空气压缩机、第一空气预热器和第二空气预热器加压预热后进入燃料电池的阴极侧。

作为本公开的进一步技术方案，所述燃料压缩系统包括燃料压缩机和燃料预热器，燃料经过燃料压缩机加压、燃料预热器预热后，进入混合器混合。

作为本公开的进一步技术方案，所述水蒸气压缩系统包括第一工质泵和水蒸气加热器，水蒸气经过第一工质泵和水蒸气加热器加热并预热至给定参数后，进入混合器混合。

作为本公开的进一步技术方案，所述后燃烧室的输出端还与第二空气预热器连接，后燃烧室产生的高温高压烟气还送入第二空气预热器加热空气；

所述燃气轮机的烟气输出端依次连接第一空气预热器、燃料预热器和水蒸气加热器，燃气轮机输出烟气至依次进入第一空气预热器、燃料预热器和水蒸气加热器，加热空气、燃料和水蒸气达到燃料电池内部反应温度。