[实用新型]基于城市天然气的热电氢多联产系统

说明书

本实用新型公开了一种基于城市天然气的热电氢多联产系统，其包括天然气重整制氢子系统、微型燃气轮机发电子系统和固体氧化物燃料电池发电子系统，所述天然气重整制氢子系统包括依次连接的脱硫装置、射流器、重整器、水汽变换反应装置和钯膜提纯装置，所述微型燃气轮机发电子系统包括依次连接的压缩机、燃烧室、透平和发电机，所述固体氧化物燃料电池发电子系统包括固体氧化物燃料电池。其目的是为了提供一种基于城市天然气的热电氢多联产系统，其将天然气重整制氢技术、微型燃气轮机技术和固体氧化物燃料电池技术有机结合，提高了热能的整体利用效率。

技术领域

本实用新型属于固体氧化物燃料电池技术及氢能领域，是一种利用城市天然气进行供热、发电、制氢的多联产系统。

背景技术

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)是一种以陶瓷型氧化物为电解质的高温燃料电池，其工作温度在600℃～800℃。高温环境尽管带来了对材料等各方面更高的要求，但是也产生了较高的效率，SOFC本身的电效率可达50％～60％，若是结合热电联供，效率高达90％。同时，高品位的热能能够多次使用，这进一步促进了能量的梯级利用，提高了系统能效。SOFC的优点还包括：燃料选择灵活，非贵金属催化剂，相对高的功率密度等。

SOFC使用的燃料除了H₂之外，还包括CO、CH₄及其混合物，并且有可能实现碳氢化合物在燃料内部重整而产生氢气，进而用于发电。由于自身高温，高效的特点，SOFC能应用于住宅发电以及其他小型的固定电力装置，并且能和别的发电技术形成联合发电，例如GT(Gas Turbine)+SOFC联合循环系统。

在制氢方面，以天然气为核心的制氢方法包括甲烷水蒸气重整，甲烷部分氧化，甲烷自热重整等，其中甲烷水蒸气重整法(Steam Methane Reforming，SMR)是工业上最为成熟的知情技术，占世界制氢量的70％。

目前，尚未有将上述甲烷水蒸气重整制氢技术与固体氧化物燃料电池技术有机结合以提高热能利用效率的技术。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于城市天然气的热电氢多联产系统，其将天然气重整制氢技术、微型燃气轮机技术和固体氧化物燃料电池技术有机结合，提高了热能的整体利用效率。

本实用新型基于城市天然气的热电氢多联产系统，包括天然气重整制氢子系统、微型燃气轮机发电子系统和固体氧化物燃料电池发电子系统，所述天然气重整制氢子系统包括依次连接的脱硫装置、射流器、重整器、水汽变换反应装置和钯膜提纯装置，所述钯膜提纯装置设有输出高纯度氢气的第一出口和输出其他气体的第二出口，所述微型燃气轮机发电子系统包括依次连接的压缩机、燃烧室、透平和发电机，所述固体氧化物燃料电池发电子系统包括固体氧化物燃料电池，所述固体氧化物燃料电池的电流出口与DC/AC转换器连接，所述固体氧化物燃料电池的阴极入口与所述透平的出口连接，所述固体氧化物燃料电池的阴极出口与第一换热器的高温侧入口连接，所述第一换热器的高温侧出口与第二换热器的高温侧入口连接，所述钯膜提纯装置的第二出口与第一换热器的低温侧入口连接，所述第一换热器的低温侧出口与固体氧化物燃料电池的阳极入口连接，所述固体氧化物燃料电池的阳极出口与第三换热器的高温侧入口连接，所述第三换热器的高温侧出口与中温PSA分离装置连接，所述中温PSA分离装置与射流器连接，所述压缩机还与第二换热器的低温侧入口连接，所述第二换热器的低温侧出口与第三换热器的低温侧入口连接，所述第三换热器的低温侧出口与所述燃烧室连接，所述脱硫装置的出口还与燃烧室连接。

本实用新型基于城市天然气的热电氢多联产系统，其中所述第二换热器的高温侧出口与第四换热器的高温侧入口连接，所述第四换热器的低温侧连接水循环系统。

本实用新型基于城市天然气的热电氢多联产系统，其中所述固体氧化物燃料电池包括阳极、阴极和电解质隔膜，所述阳极和阴极分别位于电解质隔膜的两侧。