[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

权利要求书

1.一种回流式燃料电池发电系统，其特征是，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。

2.根据权利要求1所述的回流式燃料电池发电系统，其特征是，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。

3.根据权利要求1所述的回流式燃料电池发电系统，其特征是，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。

4.根据权利要求1所述的回流式燃料电池发电系统，其特征是，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。

5.根据权利要求2所述的回流式燃料电池发电系统，其特征是，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。

6.根据权利要求1所述的回流式燃料电池发电系统，其特征是，还包括余热回收系统，所述余热回收系统包括余热锅炉、第二透平机和回热器，所述余热锅炉与水蒸气加热器连接，经过水蒸气加热器的高温高压烟气进入余热锅炉；余热锅炉输出烟气进入第二透平机，第二透平机透平出来的烟气经过回热器再次进入余热锅炉。

7.根据权利要求1所述的回流式燃料电池发电系统，其特征是，还包括LNG冷能利用系统，所述LNG冷能利用系统包括LNG罐、冷凝器和第三换热器，所述LNG罐输出冷能经过第三工质泵进入冷凝器，所述冷凝器输出的冷能经过第二工质泵进入回热器，回热器还输出烟气至冷凝器；所述冷凝器输出的冷能还进入第三换热器进行热量交换，所述第三换热器输出冷能进入第二换热器冷却空气。

8.根据权利要求1所述的回流式燃料电池发电系统，其特征是，所述第二空气预热器还连接有第三透平机，所述第二空气换热器预热后的空气进入第三透平机透平做功。

9.如权利要求1至8中任一项所述的回流式燃料电池发电系统的工作方法，其特征是，该方法包括以下步骤：

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；燃料经过燃料压缩机加压、燃料预热器预热至给定参数后，进入混合器；水蒸气经过第一工质泵和水蒸气加热器加压预热至至给定参数后，进入混合器；经过混合器混合后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的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分为两部分，其中一部分高温高压烟气送入第二空气换热器加热空气；另一部分高温高压烟气进入燃气轮机，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，加热空气、燃料和水蒸气达到燃料电池内部反应温度，最后进入余热锅炉回收余热。

10.根据权利要求9所述的回流式燃料电池发电系统的工作方法，其特征是，还包括：

余热锅炉输出烟气进入第二透平机，第二透平机透平出来的烟气经过回热器再次送入余热锅炉，依次循环；

LNG罐输出冷能进入冷凝器，冷凝器输出冷能进入回热器，回热器输出烟气到冷凝器，依次循环；冷凝器输出冷能还进入第三换热器进行热量交换，第三换热器输出冷能进入第二换热器冷却空气。