[发明专利]基于燃料电池余热的生物质炭化装置及工作方法

说明书

本发明公开了一种基于燃料电池余热的生物质炭化装置及工作方法。所述生物质炭化装置包括以下结构：炭化炉、与炭化炉连接的蒸发器、与所述蒸发器连接的换热器以及与所述换热器连接的水箱；所述炭化炉内部设置有用于生物质碳化的螺旋炭化室；所述螺旋炭化室中间设置有中空的中心轴，所述中心轴的外壁之间设置有水蒸气通气孔；所述炭化炉四周分别布置若干燃料电池组，所述燃料电池组由若干层单电池组成，每层单电池之前设置有连接体，所述连接体内设置有水蒸气通道，所述水蒸汽通道与所述中心轴下方连通。本发明对SOFC的余热进行多级利用，通过SOFC与生物质炭化设备的巧妙设计，从而提高了整个系统的能量利用率。

技术领域

本发明涉及燃料电池余热利用领域，具体涉及一种基于燃料电池余热的生物质炭化装置及工作方法。

背景技术

燃料电池是一种能直接将燃料的化学能转化为电能的能量转化装置，具有效率高、污染小、无噪音、安全可靠等优点，被广泛认可为最具前景的下一代能源技术之一。其中，固体氧化物燃料电池(SOFC)因其能量转化效率高、燃料选择灵活、固态电解质稳定和功率密度相对较高等优点而备受青睐。

SOFC的发电效率一般在43％-55％之间，其余能量均以热量的形式散发。且SOFC由于工作温度高(600℃-1000℃)，所以其产生的废热具有很高的利用价值，可以将其充分利用起来，从而进一步提高能源的利用率，减少排放。

生物质能是世界第四大能源，仅次于煤炭、石油和天然气。且是可再生资源，随着化石燃料的逐渐枯竭和日益严峻的环境问题，开发利用可再生的生物质资源是解决环境问题和实现可持续发展的重要途经之一。其中利用生物质能的最重要的方式之一就是生物质炭化，即在无氧或者缺氧条件下，温度低于700℃时，热解得到炭质材料和少量的生物油以及不可冷凝的燃气。

生物质炭化所需温度与SOFC的工作温度比较符合，因此，可以利用SOFC产生的废热为生物质炭化提供热量。以最大程度的提高能量利用率。现在也有很多对SOFC余热进行利用的方法，如公开号为CN102324538A的中国专利中，公开的一种基于固体氧化物燃料电池余热回收利用的有机朗肯循环发电系统。先将SOFC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朗肯循环系统，由有机制冷剂吸收沸腾，进入膨胀剂做功从而驱动发动机产生电能。公开号为CN108005742A的中国专利中，公开的可部分回收利用的固体氧化物燃料电池驱动冷热电联供系统。将SOFC发电后排烟先经余热锅炉释放热量驱动有机朗肯动力循环发电和供热，再驱动氨吸收式制冷子循环系统及逆行制冷，以实现对燃料的充分高效利用。公开号为CN108599350A的中国专利中，公开的一种固体氧化物燃料电池汽车能量回收系统。运用半导体温差发电原理，将原本SOFC产生的废气经过燃烧室充分燃烧后为温差发电模块提供热源，冷却装置为温差发电模块提供冷源。产生的电能用来为蓄电池充电，提高燃料电池汽车的续航里程。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种SOFC的余热进行生物质炭化的装置，使SOFC产生的高品质热能得以利用，从而提高系统的能源利用率。

技术方案：本发明所述的一种基于燃料电池余热的生物质炭化装置，包括以下结构：炭化炉、与炭化炉连接的蒸发器、与所述蒸发器连接的换热器以及与所述换热器连接的水箱；

所述炭化炉内部设置有用于生物质碳化的螺旋炭化室；所述螺旋炭化室中间设置有中空的中心轴，所述中心轴的外壁设置有水蒸气通气孔；

所述炭化炉四周分别布置若干燃料电池组，所述燃料电池组由若干层单电池组成，每层单电池之间设置有连接体，所述连接体内设置有水蒸气通道，所述水蒸汽通道与所述中心轴下方连通。

所述水箱通过水泵将冷却水压入换热器内，再进入蒸发器蒸发成低温水蒸气，然后通入燃料电池组连接体中设置的水蒸气通道，生成高温水蒸气后从下方通入炭化炉的中心轴中。

所述水箱分别连接有用于向燃料电池组送入氢气的第一送气系统以及向燃料电池组送入空气的第二送气系统。