[发明专利]一种燃料电池与热机混合发电系统及其工作方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池与热机混合发电系统，该发电系统的容量为1～100兆瓦，包括重整装置、磷酸燃料电池、固体氧化物燃料电池、燃烧室、压缩机、低温回热器、低温换热器、冷却介质泵、高温回热器、高温换热器、透平和预冷器。本发明能够对磷酸燃料电池余热和固体氧化物燃料电池的余热进行高效的利用，将磷酸燃料电池余热和固体氧化物燃料电池的余热提供给超临界二氧化碳循环作为热机的发电系统，系统总的发电效率可达60％以上。

技术领域

本发明涉及发电技术领域，特别涉及到一种燃料电池与热机混合发电系统及其工作方法。

背景技术

随着氢能产业的不断推进，燃料电池技术也日益发展和成熟。在各种类型的燃料电池中，最引人注目的是质子交换膜燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池。由于质子交换膜燃料电池能够在合理的工作温度(约80℃)下提供高功率密度，因此主要针对运输领域的应用需求。由于磷酸燃料电池和熔融碳酸盐燃料电池的功率密度低于质子交换膜燃料电池，它们主要是为固定应用而开发的。

目前，固体氧化物燃料电池的效率可达50％以上，正被开发用于固定应用和运输应用，但是其运行温度高达800-1000℃，固定应用更加合适。磷酸燃料电池是所有燃料电池中技术最成熟的一种，可以制造出从几十千瓦至几十兆瓦的多种规格的发电装置，是交通运输领域以外应用量最大的燃料电池产品，出货量逐年递增。磷酸燃料电池的效率约40-50％，运行温度约200℃，运行过程中需要将产生的余热排出并加以利用，可用于供热或者余热发电，以提高能量利用率。固体氧化物燃料电池的工作温度高，其排放的废气温度可高达800℃，将残余燃料在后燃室燃烧后尾气温度可达1000℃以上，所以固体氧化物燃料电池的余热品位非常高，可采用热机发电来高效利用余热。由于磷酸燃料电池和固体氧化物燃料电池的余热温度较高，热量大，更加充分、高效地利用将带来可观的经济效率。

近年来超临界二氧化碳循环技术不断发展和成熟，其潜在优势也不断显现。二氧化碳化学性质稳定、密度高、无毒性、低成本，循环系统简单、结构紧凑、效率高、可空冷，超临界二氧化碳循环可以与各种热源组合成发电系统，因此具有非常广泛和多样的应用场景，包括大型集中式发电厂和小型分布式发电厂。在简单回热布置方式的超临界二氧化碳循环中，由于压缩机出口工质比热大，温度较低，可以利用200℃以下低品位热源作为热源的组成部分，磷酸燃料电池恰好有此温度的余热排出，固体氧化物燃料电池的余热温度高，适合作为超临界二氧化碳循环的高温热源，所以基于超临界二氧化碳循环系统可以为磷酸燃料电池余热和固体氧化物燃料电池余热高效利用提供新的出路。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明目的提供了一种设计合理、结构简单、控制简易、能够对磷酸燃料电池余热和固体氧化物燃料电池的余热进行高效的利用，将磷酸燃料电池余热和固体氧化物燃料电池的余热提供给超临界二氧化碳循环作为热机的发电系统，系统总的发电效率可达60％以上的燃料电池与热机混合发电系统。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案来实现的：

一种燃料电池与热机混合发电系统，其特征在于，包括

一用于对燃料与水进行重整反应制氢的重整装置，所述重整装置的一进口与水源相连通，所述重整装置的另一进口与燃料源相连通；

一用于进行发电的磷酸燃料电池，所述磷酸燃料电池的空气进口与空气相连通，所述磷酸燃料电池的燃料进口与重整装置的富氢气体产物出口相连通；

一用于进行发电的固体氧化物燃料电池，所述固体氧化物燃料电池的空气进口与空气相连通，所述固体氧化物燃料电池的燃料进口与重整装置的富氢气体产物出口相连通；

一用于对固体氧化物燃料电池排出的尾气进行燃烧处理的燃烧室，所述燃烧室的进口与固体氧化物燃料电池的尾气出口相连通；

一用于对二氧化碳工质进行压缩的压缩机；