[发明专利]可部分回收利用的固体氧化物燃料电池驱动冷热电联供系统

说明书

本发明公开了一种可部分回收利用的固体氧化物燃料电池驱动冷热电联供系统，该系统由燃料电池系统、有机朗肯动力子循环系统及氨吸收式制冷子循环系统构成，燃料电池系统发电后排烟先经余热锅炉释放热量驱动有机朗肯动力循环发电和供热，再驱动氨吸收制冷子循环系统及逆行制冷，以实现对燃料的充分高效利用。

技术领域

本发明涉及冷热电联供系统，尤其涉及一种可部分回收利用的固体氧化物燃料电池驱动冷热电联供系统。

背景技术

能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础，在当代社会的高速发展中，正大量的消耗煤炭、石油等化石能源。但是，化石能源不可再生，且随着消耗量的不断增加，化石能源已逐渐成为一种稀缺能源，开发和使用化石能源的成本日益飞涨。因此，寻求可持续、清洁能源成为世界各国迫切需求解决的重大课题。固体氧化物燃料电池(Solid Oxide FuelCell，SOFC)是一种将燃料具有的化学能直接转变为电能的高效发电装置，由于其不受卡诺循环的限制，能源转化效率达70％左右，且其反应的产物主要为水和二氧化碳(CO₂)，而水无污染，CO₂的排放也比一般方法低很多，因此是一种真正意义上的清洁能源。且在能源紧缺和环境污染严重的严峻形势下，燃料电池因其能量转化效率高、环境友好、噪声低且可连续工作等优势，应用在不断拓展。

固体氧化物燃料电池，由于其独特的内部结构，使得在转功的同时实现CO₂的富集，更有利于CO₂的低能耗回收。并且SOFC的废气温度较高，可以与其他循环整合成复合系统，回收废气能量，提升系统效率。一般的SOFC复合循环是将在电池堆中反应完之后从阴极和阳极出来的气体进行混合燃烧，进一步提升燃料电池的效率。但是在电池堆中完成电化学反应之后，阳极的CO₂浓度很高，有利于CO₂的回收，若将其与阴极的排气进行混合燃烧，虽然燃料电池的效率会提高，但是氧气、氮气、水和二氧化碳等多种气体进行混合，不利于CO₂回收。有研究采用SOFC的阴极和阳极不接触的办法，阳极排气未反应完全的混合气体通入一个后燃室，与纯氧进行混合燃烧。燃烧的产物只有CO₂和水，水通过降温分离，CO₂的浓度可以达到99％。而阴极只有氧气和氮气，完全不会对环境造成影响。这种办法能很好地回收CO₂，但相比一般的SOFC复合效率会低，而且后燃室进行纯氧燃烧，温度很高，对燃烧器的负荷较大。在此基础上，本文提出对阳极排气进行部分回收，与燃料混合后再次进入SOFC电池堆，以保证在较好的回收CO₂的基础上，不降低SOFC的复合效率。

有机朗肯循环系统(organic Rankine cycle,ORC)采用低沸点有机物作为运行工质，其较传统的动力循环在与中低温热源匹配方面更具优势，故已成为余热利用的有效方式之一。在不同的热源条件下，选用不同的有机朗肯循环结构以及运行工质对提升系统的热力性能有着重要意义。

鉴于从燃料电池出来的排气温度很高，为进一步提升燃料利用效率、热效率及效率，可将有机朗肯循环与燃料电池进行耦合，即排气通过余热锅炉驱动有机朗肯循环发电及供热，此后，由于排气温度仍然较高，为进一步回收烟气余热，可将从余热锅炉出来的烟气引入氨吸收式制冷循环系统中，从而实现冷热电联供，为燃料电池的高效运行提供新的解决途径。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种可部分回收利用的固体氧化物燃料电池驱动的冷热电联供系统，该系统由燃料电池系统、有机朗肯动力子循环系统及氨吸收式制冷子循环系统构成，燃料电池系统发电后排烟先经余热锅炉(HRVG)释放热量驱动有机朗肯动力循环发电和供热，再驱动氨吸收制冷子循环进行制冷，以实现对燃料的充分高效利用。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：