[发明专利]一种固体氧化物燃料电池分布式热电联产系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种分布式发电系统，尤其涉及一种以天然气为燃料的固体氧化物燃料电池(简称SOFC)分布式热电联产系统。

背景技术

目前，电能生产、输送和分配的主要方式是大容量高参数机组的中心电站、超高压远距离输电、大电网互联集中供电方式。但是它在适应负荷变化的灵活性与供电安全性方面都存在一些弊端。在近年来屡屡发生的能源危机、电力危机与大面积停电事故中，已暴露出现有的庞大电力系统存在“笨拙”而又“脆弱”的缺点。

由于严峻的环境问题(例如温室效应、SO₂、NO_x的排放)、未来能源的安全供应(能源资源的匮乏)和电力体制的改革(电力放松管制等)等等，促使人们追求高效的能量转换、降低有害物质的排放、寻找替代燃料和就地采用能实施能源梯级利用的小规模的分布式发电系统来适应上述要求。经济与科学技术的发展，自动化和电力电子技术的高度发达，一些新型、清洁、高效的发电装置问世与新型储能装置的发展，使得这些要求得以实现，这就是分布式发电产生的背景。

分布式发电是将发电机组按需要安装在用户的一旁就近供电，最大的优点是不需远距离配电设备，显著减少输电损失，可按需要方便地利用排气热量实现热电联供，提高能量利用率。当今的分布式供电主要包括内燃机、微型燃气轮机以及燃料电池三种方案。其中，燃料电池因其高效、环保的能源利用方式，具有十分广阔的发展前景。

燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能，直接转化为电能的发电装置。燃料电池的能量转换过程不受卡诺循环的限制，因此能量的利用率非常高。其中，固体氧化物燃料电池因其较高的电流密度和功率密度、广泛的燃料适应性、没有融盐腐蚀以及无需使用贵金属催化剂等优点，极大地受到人们关注。

目前，已经公布了一些固体氧化物燃料电池发电系统的专利，如CN1379494A，CN1674335A，CN101053105A，CN1708872A，CN1685552A，CN2819489Y等，其中大部分专利针对大功率场合下的混合应用系统。针对小功率的分布式热电联供系统，唯一发现的相关专利是CN101005144A，但两者具有明显不同的特征。与CN101005144A相比，本系统的优势在于：本系统以天然气作为燃料，对燃料进行外部重整，提高了燃料的利用率和电池堆的寿命；设计了启动系统；设计了余热回收系统，回收热量优先提供重整器进行重整，剩余热量梯次利用，分别加热重整气、空气及冷水，最大限度提高了热量的利用率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有大电网集中供电的缺点及能量利用率低等问题，提供一种实用的固体氧化物燃料电池分布式热电联产系统，该系统能为独立用户供电供热，能量利用率高，具有十分广阔的经济前景。

本实发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种固体氧化物燃料电池分布式热电联产系统，其包括固体氧化物燃料电池、燃料供给系统、空气供给系统、余热回收系统、控制系统和电能输出系统，在控制系统控制下，燃料供给系统和空气供给系统至少需要输送连接到固体氧化物燃料电池进行发电，固体氧化物燃料电池产生电能连接输送到电能输出系统对外供电，同时，余热系统连接固定氧化物燃料电池对废热进行回收利用，其特征在于：燃料系统分出一路燃料管路与蒸汽发生器通过管路输送过来的水蒸汽在汽水混合室混合合流后，再一起输送连接到催化重整器进行重整，从重整器出来的混合气连接输送到固体氧化物燃料的电池堆阳极。

所述的燃料系统分出另一路与空气供给系统分出的第三路通过各自的管路输送连接到启动燃烧室进行燃烧，燃烧后的气体通过管道输送连接到催化重整器对催化重整器进行供热。

所述的余热回收系统包括有尾气燃烧室，经过燃料电池堆阳极的尾气作为一路，经过固体氧化物燃料电池中电池堆的阴极后剩余空气作为另一路，空气供给系统分出的第一路，及经过启动燃烧室、催化重整器的高温混合气体，输送连接到尾气燃烧室进行燃烧，燃烧后尾气通过管路依次连接催化重整器、燃料系统分出一路上的换热器、空气供给系统中的第三路和第二路上的换热器、水箱循环水管过来一路上的热交换器，对它们进行加热，逐级利用废气中的能量，进行余热回收。