[发明专利]一种等离子体辅助制氢-燃料电池的分布式生物质发电系统及发电方法

说明书

本发明公开了一种等离子体辅助制氢‑燃料电池的分布式生物质发电系统及发电方法，该系统包含空气泵、喂料机、等离子反应炉、回热换热器、集灰装置、水汽转化反应器、高温燃料电池和若干管路；其中，所述的空气泵、喂料机、等离子反应炉、集灰装置、水汽转化反应器、高温燃料电池依次经管路连通；所述的回热换热器进口端通过管路与空气泵连通，所述的回热换热器出口端通过管路与高温燃料电池连通；所述的等离子反应炉与所述的回热换热器通过管路连通，并形成回路。本发明可以实现较高的生物质‑氢气转换效率，并通过余热利用，降低了系统的能耗，提高了能源利用效率。

技术领域

本发明涉及生物质制氢与燃料电池技术领域，具体涉及等离子体重整制氢与高温质子交换膜燃料电池领域。

背景技术

能源与环境问题迫使人类社会的能源供给由传统化石能源向可再生能源转换。同时，提高能源转化与利用的效率也是人类面临的重要问题之一。作为一种可再生能源，生物质受到了广泛的关注。据统计，目前生物质占了世界能源总量的10-14％。对于木质纤维素与固体生物质而言，产生燃料与能量的常见方式包括燃烧、裂解和催化。由于气体产物易于储运，生物质重整产物中的气体产物是一种极具吸引力的产品，其中尤以氢气为最。目前应用较多的是生物质气化-燃料电池分布式发电系统，传统的生物质气化过程存在转化效率低、产气速度慢等缺陷，进而导致发电系统不能连续工作，性能较差。

发明内容

本发明的目的是解决传统的生物质气化过程存在转化效率低、产气速度慢，进而导致发电系统不能连续工作，性能较差的缺陷，并且减少能源浪费。

燃料电池是一种先进高效的能源转换装置，其通过电化学反应可将燃料中的化学能转换为电能与热能。其运行过程几乎无污染，是一种清洁的能源转换过程。在诸多燃料电池类型中，高温质子交换膜燃料电池在耐一氧化碳毒化方面有着独特的优势。而且该类型燃料电池的操作较为简单，被认为具有广阔的应用前景。

对于复杂的能源转化系统而言，利用较高品质的热源，通过合适的耦合方式，可以满足系统中其他部位的热负荷。这些原本需要通过电加热等方式才能满足的热负荷通过系统内部的热源便可以得到满足，如此便可起到降低系统寄生能耗的作用。

为了达到上述目的，本发明提供了一种等离子体辅助制氢-燃料电池的分布式生物质发电系统，该系统包含空气泵、喂料机、等离子反应炉、回热换热器、集灰装置、水汽转化反应器、高温燃料电池和若干管路；其中，所述的空气泵、喂料机、等离子反应炉、集灰装置、水汽转化反应器、高温燃料电池依次经管路连通；所述的回热换热器进口端通过管路与空气泵连通，所述的回热换热器出口端通过管路与高温燃料电池连通；所述的等离子反应炉与所述的回热换热器通过管路连通，并形成回路。

较佳地，该系统还包含高压电源，所述高压电源作用于等离子反应炉以产生等离子体。

较佳地，所述的高温燃料电池还设有散热器。

较佳地，所述的高温燃料电池选取高温质子交换膜燃料电池，用于防止被一氧化碳毒化。

此外，本发明还公开了一种利用所述的等离子体辅助制氢-燃料电池的分布式生物质发电系统的发电方法，该发电方法的步骤包含：

步骤1，外部空气在所述的空气泵的驱动下进入系统后，在管路中分流为第一路空气和第二路空气；

步骤2，第一路空气依次通过所述的喂料机与生物质混合、进入所述的等离子反应炉发生裂解反应生成氢气和一氧化碳、通过所述的集灰装置除去固体杂质、通过所述的水汽转化反应器除去一氧化碳，最终得到的氢气作为所述的高温燃料电池的阳极燃料；

步骤3，第二路空气通过所述的回热换热器预热后作为所述的高温燃料电池的阴极反应物，从而实现发电；所述回热换热器中，热流体为等离子反应炉的冷却液，所述热流体在所述回路中流动，实现循环冷却和加热。

较佳地，所述的高温燃料电池的操作温度为160-200℃。