[发明专利]基于分馏冷凝氨动力/制冷循环和SOFC/GT的联供系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种由SOFC/GT和中低温余热回收系统耦合构成的冷热电联供系统，具体涉及一种基于分馏冷凝氨动力/制冷循环和SOFC/GT的联供系统。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种新型的高温电化学发电装置。它通过电化学反应将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电和热，由于其不需要经过燃烧过程，也不受卡诺循环效率的限制，因而具有发电效率高、清洁、余热利用价值大等优点，具有非常广阔的发展应用前景。如图2所示，由SOFC和燃气轮机(GT)构成的SOFC/GT混合发电系统被认为是实现Vision21计划目标的最关键技术。由于现有SOFC/GT系统的排气温度较高，可与中低温余热回收系统构建成联合系统，从而实现能量的综合梯级利用。已有的中低温余热回收技术中，以氨水为工质的功冷联供系统能够根据实际负荷需要改变氨水浓度来实现电能和冷量的可调节供应。但由于受氨水浓度和环境温度的影响，现有氨水功冷联供系统的直接冷凝过程存在冷凝压力较高、系统热效率较低的不足。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种基于分馏冷凝氨动力/制冷循环和SOFC/GT的联供系统。该系统以现有的SOFC/GT混合发电系统为基准系统，通过引入基于分馏冷凝子系统的氨动力/制冷复合循环为其底循环，从而构成一个由SOFC/GT和分馏冷凝子系统的氨动力/制冷复合循环耦合构成的功冷联供系统，可以实现系统能量的高效梯级利用和根据用户需要有效调节功冷联供负荷。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于分馏冷凝氨动力/制冷循环和SOFC/GT的联供系统，包括SOFC/GT混合发电系统和设有分馏冷凝子系统氨动力/制冷的复合底循环回收系统，所述SOFC/GT混合发电系统的第二混合器依次与余热锅炉、再沸器和烟气回热器相连接；

所述复合底循环回收系统包括精馏塔，精馏塔顶部串联高氨冷凝器、过冷器、第一节流阀和蒸发器后接入第四混合器；精馏塔底部串联再沸器和第二节流阀后分成两路：一路接入第四混合器，另一路接入第三混合器；第四混合器与第五混合器相连接；第五混合器串联低压冷凝器和低压泵后分成两路：一路串联分离器母液回热器和排汽回热器后接入气液分离器，另一路接入第六混合器；气液分离器底部串联分离器母液回热器和第三节流阀后接入第五混合器；气液分离器顶部串联富氨蒸气回热器后接入第六混合器，第六混合器依次串联高压冷凝器、高压泵、富氨蒸气回热器、余热锅炉和透平后接入第三混合器；第三混合器依次串联排汽回热器、排汽冷凝器、中压泵和烟气回热器后接入蒸馏塔。

将第四混合器接入第五混合器进入分馏冷凝子系统进行分级冷凝和升压可使第四混合器前的蒸发压力维持在较低值，使得蒸发器的制冷量提高，这是因为第四混合器流出的溶液浓度高于进入精馏塔前的溶液浓度，若直接冷凝所需冷凝压力高。

第三混合器与排汽回热器相连接，排汽回热器与气液分离器相连接，即利用透平排汽和第二节流阀的部分溶液的热量为气液分离提供动力。

所述SOFC/GT混合发电系统包括空气压气机，空气压气机与第一预热器串联后接入SOFC的阴极；燃料压气机与第一混合器相连接，第一泵与第三预热器串联后接入第一混合器，第一混合器与第二预热器相连后接入SOFC的阳极；SOFC电池堆的输出端与直流/交流换流器相连接；SOFC的阴极排气和阳极排气接入后燃室，后燃室出口接入燃气轮机；燃气轮机排气分两路：一路与第一预热器和第三预热器串联后接入第二混合器，另一路与第二预热器串联后接入第二混合器。

SOFC/GT混合发电系统的顶循环中，环境温度、环境压力下的空气经空气压气机升压至SOFC工作压力，然后进入第一预热器被加热至设定的SOFC进口温度送入SOFC阴极；

环境温度、环境压力下的燃料甲烷经燃料压气机升压至SOFC工作压力后进入第一混合器；

环境温度、环境压力下的水经第一泵升压后进入第三预热器预热至燃料升压后的温度，然后进入第一混合器与燃料混合；

燃料和水的混合物进入第二预热器被加热至设定的SOFC进口温度后进入SOFC阳极；

在SOFC阳极相继发生重整反应、置换反应和电化学反应，电化学反应的能量一部分用于输出SOFC的发电量，一部分用于维持重整反应和置换反应的进行，另一部分用于加热SOFC的高温排气；

SOFC阳极排气中的可燃物，主要为CO和H₂，在后燃烧室内与SOFC阴极排出的过量空气进行充分燃烧生成高温烟气；