[发明专利]基于双级ORC和LNG冷能利用的燃料电池联供发电系统

权利要求书

1.一种基于双级ORC及LNG冷能利用的燃料电池联供发电系统，其特征在于：包括SOFC系统、双级有机朗肯循环系统和LNG冷能利用系统；

所述SOFC系统，被配置为以空气以及燃料与水的混合物为原料发生电化学反应，对外输出电能；

所述SOFC系统，被配置为与燃气轮机连用，其阳极排放的未反应完的可燃气体与阴极排放的过剩空气经燃烧后被送入燃气轮机对外膨胀做功，产生排气，所述燃气轮机排气被依次用于预热空气、燃料和水，然后被送入第一换热器，用以驱动双级有机朗肯循环系统；

所述双级有机朗肯循环系统包括第一级有机朗肯循环系统和第二级有机朗肯循环系统，所述第一级有机朗肯循环系统，被配置为以燃气轮机排气为热源，以LNG为冷源，采用第一循环工质进行朗肯循环对外做功，所述第二级有机朗肯循环系统，被配置为以第一级有机朗肯循环系统的透平乏气为热源，以LNG为冷源，采用第二循环工质进行朗肯循环对外做功；其中，所述第一级有机朗肯循环的驱动热源温度高于第二级有机朗肯循环的驱动热源温度；

所述LNG冷能利用系统，被配置为采用LNG依次用于冷却第二循环工质、第一循环工质和空气，后一部分用作SOFC系统的电化学反应原料，一分部用于对外膨胀做功回收压力能；

所述第一级有机朗肯循环系统包括依次循环连接的第一换热器、第一透平、第二换热器、第一冷凝器和第二泵，所述第一循环工质饱和液经第二泵加压和第一换热器加热成过热状态后，在第一透平中膨胀做功，变为透平乏气，所述透平乏气在第二换热器中释放部分热量后，在第一冷凝器中被LNG冷凝成饱和液，进而完成整个循环；

所述第二级有机朗肯循环系统包括依次循环连接的第二换热器、第二透平、第二冷凝器和第三泵，所述第二循环工质饱和液经第三泵加压和第二换热器加热成过热状态后，在第二透平中膨胀做功，变为透平乏气，所述透平乏气在第二冷凝器中被LNG冷凝成饱和液，进而完成整个循环。

2.如权利要求1所述的一种基于双级ORC及LNG冷能利用的燃料电池联供发电系统，其特征在于：所述SOFC系统中，空气经第一空气压缩机一次压缩、间冷器LNG冷凝降温和第二空气压缩机二次压缩后升压至SOFC运行压力，然后经第一预热器预热后被送至SOFC阴极。

3.如权利要求1所述的一种基于双级ORC及LNG冷能利用的燃料电池联供发电系统，其特征在于：所述SOFC系统中，燃料经第二预热器加热后输送至混合器，水经第一泵加压至SOFC运行压力，经第三空气预热器加热后输送至混合器，与燃料混合后被送至SOFC阳极。

4.如权利要求1所述的一种基于双级ORC及LNG冷能利用的燃料电池联供发电系统，其特征在于：所述SOFC阳极排出的未反应完的可燃气体与SOFC阴极排出的过剩空气被一同送入后燃室进行燃烧，产生高温高压燃气，所述高温高压燃气被送入燃气轮机对外膨胀做功。

5.如权利要求1所述的一种基于双级ORC及LNG冷能利用的燃料电池联供发电系统，其特征在于：所述SOFC系统对外输出直流电，所述直流电经逆变器转换成交流电输出。

6.如权利要求1所述的一种基于双级ORC及LNG冷能利用的燃料电池联供发电系统，其特征在于：所述第一循环工质包括但不限于甲苯、苯、壬烷、辛烷、MDM和D4。

7.如权利要求1所述的一种基于双级ORC及LNG冷能利用的燃料电池联供发电系统，其特征在于：所述第二循环工质包括但不限于R600、R245fa、R123、R142b、R236ea和R600a。

8.如权利要求1所述的一种基于双级ORC及LNG冷能利用的燃料电池联供发电系统，其特征在于：所述LNG冷能利用系统包括依次连接的LNG储藏罐、第四泵、第二冷凝器、第一冷凝器、间冷器和第三透平，所述LNG被第四泵加压至SOFC系统运行压力后，依次流经第二冷凝器、第一冷凝器和间冷器，后部分LNG经第三透平对外膨胀做功。