[发明专利]基于固体氧化物燃料电池余热回收的有机郎肯循环发电系统

摘要

本发明公开了一种固体氧化物燃料电池余热回收的有机郎肯循环发电系统，属于能源技术领域，该系统先将燃料电池的高温废气，预热燃料电池的燃料气体、空气和供水；之后的中温废气进入有机郎肯循环系统，由有机制冷剂吸热沸腾，进入膨胀机做功从而驱动发电机产生电能；在有机郎肯循环系统中布置预热器对燃料电池燃料气体、空气和供水进行预热。这种系统的优点是充分利用固体氧化物燃料电池的废热来加热燃料电池反应燃料气体，同时利用有机郎肯循环可以回收低品位能量的特点，由中温废气驱动膨胀机发电，大大提高了整个系统的能量利用效率，减少了温室气体排放。

主权项

基于固体氧化物燃料电池余热回收的有机郎肯循环发电系统，包括空气压缩机(1)、空气预热器(4)、废热空气加热器(7)、燃料气体压缩机(2)、燃料预热器(5)、废热燃料加热器(8)、水泵(3)、供水预热器(6)、废热供水加热器(9)、固体氧化物燃料电池反应堆(10)、废气燃烧器(11)、变频器(12)、废热蒸发器(13)、膨胀机(14)，发电机(17)、冷凝器(15)，循环泵(16)和外部冷却水/气系统(18)，其特征在于：环境空气先经过空气压缩机(1)压缩至一定的压力后进入空气预热器(4)的冷侧进行预热；预热后的空气进入废热空气加热器(7)的冷侧加热后进入固体氧化物燃料电池反应堆(10)；燃料气体先经过燃料气体压缩机(2)压缩至一定压力后进入燃料预热器(5)的冷侧进行预热；预热后的燃料气体进入废热燃料加热器8的冷侧加热后进入固体氧化物燃料电池反应堆(10)；供水先经过水泵(3)，然后进入供水预热器(6)的冷侧进行预热；预热后的供水进入废热供水加热器(9)的冷侧加热后进入固体氧化物燃料电池反应堆(10)；上述加热后的空气、燃料气体和供水进入固体氧化物燃料电池反应堆(10)，产生直流电，经过变频器(12)，将直流电转化为交流电；同时固体氧化物燃料电池反应堆(10)反应完成后产生的废气经过废气燃烧器(11)，产生可以回收利用的高温废气；所述的高温废气依次经过废热空气加热器(7)的热侧、废热燃料加热器(8)的热侧和废热供水加热器9的热侧后变成中温废气，该中温废气进入蒸发器(13)的热侧；制冷剂经过蒸发器(13)的冷侧，吸收中温废气热量，使得制冷剂沸腾汽化为高温高压的过热状态，该高温高压的过热制冷剂进入膨胀机(14)，推动膨胀机做功，从而带动发电机(17)发电；经过膨胀机(14)后的制冷剂变为低压、中温的过热制冷剂，先经过供水预热器(6)的热侧，预热来自于水泵(3)的供水，再经过燃料预热器(5)的热侧，预热来自于燃料压缩机(2)的燃料，再经过空气预热器(4)的热侧，预热来自于空气压缩机(1)的空气，此时制冷剂为低压、低温的两相流状态，接着进入冷凝器(15)，采用外部风冷/水冷系统(18)，将制冷剂冷却为低温低压的过冷制冷剂；接着进入循环泵(16)，将制冷剂加压进入蒸发器(13)，重新吸收来自于燃料电池的中温废气热量，如此周而复始完成循环。