[发明专利]质子交换膜燃料电池与燃气轮机联合供应蒸汽和热水的系统及方法

说明书

本发明涉及一种质子交换膜燃料电池与燃气轮机联合供应蒸汽和热水的系统及方法。目前质子交换膜燃料电池和燃气轮机组合式系统的余热利用环节尚未充分挖掘。本发明包括燃气轮机，其特点是：还包括余热锅炉、烟气热交换器、冷凝式热交换器、溴化锂吸收式热泵、质子交换膜燃料电池、汽水闪蒸器，燃气轮机烟气出口与余热锅炉烟气进口连接，余热锅炉烟气出口与烟气热交换器烟气进口连接，烟气热交换器烟气出口与冷凝式热交换器烟气进口连接，烟气热交换器水侧出口与溴化锂吸收式热泵制热进口连接，冷凝式热交换器水侧出口与溴化锂吸收式热泵低温热源水侧进口连接。本发明的能源利用效率高，经济效益好，消除热污染的同时还提升了系统的收益。

技术领域

本发明涉及一种质子交换膜燃料电池与燃气轮机联合供应蒸汽和热水的系统及方法，是一种能够回收余热供应蒸汽和热水的系统，属于余热回收利用技术领域。

背景技术

分布式能源站能够供应冷、热、电、蒸汽等多种形式的能量，调节灵活，适应性强。能源站内的主机种类较多，如燃气轮机、内燃机、微燃机等，也有示范性电站将燃料电池用作电源。分布式电站的发展日趋成熟，但是针对分布式能源站内各环节余热的利用研究还不充分，存在着可利用的余热未被有效利用的现象。

燃气轮机是一种通过燃烧天然气产生高温高压气体，带动叶轮旋转发电的热力发动机，具有体积小、重量轻、启动快等特点，在发电的同时产生大量的中低温烟气，温度一般在400—600℃，配合使用余热锅炉可以制备大量蒸汽，但是余热锅炉排出的中低温烟气的热量往往得不到充分有效的利用。

余热锅炉制备蒸汽后向外供汽，损失的水需要及时补充，补水温度的提高对提升机组的经济效益是有意义的。传统的燃煤发电锅炉，提高锅炉补水温度，可以减少燃料耗量，对余热锅炉来说，供应同等的废热烟气，补水温度的提高使得余热锅炉能生产更多的蒸汽或热水供用户使用，使得余热锅炉的经济效益得到了提升。

质子交换膜燃料电池是一种能够将工质化学能转化为电能的发电装置，具有高效环保等优点。在质子交换膜燃料电池工作时，需要向外散热，以保持电池工作在合理的温度区间，一般以60—80℃之间为宜。针对质子交换膜燃料电池的余热利用研究还不充分，利用方式也比较简单。

吸收式热泵广泛应用于余热回收领域，尤其适用于200℃以下的废热回收。根据回收目的不同，分为升温型和增热型两大类，可以回收余热制备采暖热水、生活热水、高温热水，配合汽水闪蒸器便可以制备低压蒸汽，因此广泛应用于分布式能源站系统中。

现在也有将质子交换膜燃料电池和燃气轮机组合使用的技术，如公开日为2017年09月19日，公开号为CN107178424A的中国专利中，公开了一种飞机用质子交换膜燃料电池燃气轮机联合发电系统，采用质子交换膜燃料电池作为飞机的电力能源，质子交换膜燃料电池为飞机提供电力，且燃料电池剩余尾气在内未利用的能量通过燃烧室为涡轮做功提供动力，另外涡轮所连同轴压气机压比与燃料电池压比相匹配，整体通过质子交换膜燃料电池与燃气轮机的混合动力，该系统的适用面较窄，且该系统各环节的余热难以得到充分利用。目前质子交换膜燃料电池和燃气轮机组合式系统的余热利用环节尚未充分挖掘，系统的能源利用效率尚需进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种进一步挖掘利用质子交换膜燃料电池和燃气轮机组合式系统各环节余热，提升能源利用效率，增加经济收益，减少废热污染的质子交换膜燃料电池与燃气轮机联合供应蒸汽和热水的系统及方法。