[发明专利]一种热电比可调的SOFC热电联供系统及其调控方法

说明书

本发明公开了一种热电比可调的SOFC热电联供系统，包括固体氧化物燃料电池发电系统、余热回收换热器、热水型吸收式热泵以及烟气调控装置；固体氧化物燃料电池发电系统包括固体氧化物燃料电池、空气预热器、燃料预热器和水预热器；固体氧化物燃料电池发电系统用于进行电化学反应和未完全反应气体燃烧，对外输出电能并产生高温烟气；烟气流动控制系统用于调节固体氧化物燃料电池发电系统产生的高温烟气流过余热回收换热器、空气预热器、燃料预热器、水预热器的先后顺序，进而改变固体氧化物燃料电池的发电量和热水型吸收式热泵的供热量比值。本发明在余热梯级利用的基础上，充分利用了燃料电池的高温废气，实现了供能端热电比的部分可调。

技术领域

本发明涉及能源技术应用领域中的一种热电联供系统，尤其涉及一种热电比可调的固体氧化物燃料电池热电联供系统及其调控方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,简称SOFC)作为新一代燃料电池，在高温(500～1000℃)下可以将储存在燃料和氧化剂中的化学能转化为电能，具有发电效率高、燃料选择范围宽、废热温度高、模块化结构和安装灵活等优势，被认为是未来热电联供系统最佳的原动机选择。

固体氧化物池发电系统的排气温度高，如果直接排放到环境当中，会造成大量的能量损失，造成系统的热利用率低。为充分利用固体氧化物燃料电池发电系统的高温排气，将其与吸收式热泵组成热电联供系统，大大提高了系统效率。但是，固体氧化物燃料电池高温排气的一部分热量用来加热自身运行所需的空气和燃料，另一部分用来驱动吸收式热泵，这一原因使得固体氧化物燃料电池驱动的热电联供系统热电输出耦合性极强，且输出热电比固定。现有的固体氧化物燃料电池热电联供系统均先将后燃烧室出口的高温烟气对空气、燃料和水预热后，再作为吸收式热泵的热源进行供热，因此仅能实现一种热电比的能量输出，导致联供系统的热电比与需求侧热电比匹配性变差。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种热电比可调的SOFC热电联供系统及其调控方法，实现固体氧化物燃料电池发电量和吸收式热泵供热量比例的部分可调，对固体氧化物燃料电池产生的热量进行有效利用，并提高了系统的灵活性。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种热电比可调的SOFC热电联供系统，包括固体氧化物燃料电池发电系统、余热回收换热器、热水型吸收式热泵以及烟气调控装置；所述固体氧化物燃料电池发电系统包括固体氧化物燃料电池、空气压缩机、燃料压缩机、水泵、空气预热器、燃料预热器、水预热器、混合器和后燃烧室；所述固体氧化物燃料电池发电系统用于进行电化学反应和未完全反应气体燃烧，对外输出电能并产生高温烟气；所述烟气流动控制系统用于调节所述固体氧化物燃料电池发电系统产生的高温烟气流过所述余热回收换热器、空气预热器、燃料预热器、水预热器的先后顺序；所述固体氧化物燃料电池发电系统产生的高温烟气进入所述余热回收换热器产生高温循环水，用于驱动所述热水型吸收式热泵对热网回水进行加热，从而实现为热网中的用户供热。

进一步讲，本发明所述的热电比可调的SOFC热电联供系统，所述固体氧化物燃料电池发电系统中，空气经所述空气压缩机压缩后，流经空气预热器进行预热，预热后的高温空气进入所述固体氧化物燃料电池的阴极；燃料经所述燃料压缩机压缩后，再经所述燃料预热器预热；水经水泵加压后，再经水预热器预热；加压预热后的燃料和水在所述混合器内充分混合后通入所述固体氧化物燃料电池的阳极；进入所述固体氧化物燃料电池阴极的空气和阳极进气在所述固体氧化物燃料电池内部发生电化学反应后输出电能；所述固体氧化物燃料电池的阴极排气和阳极排气在所述后燃烧室燃烧后形成高温烟气。

所述热水型吸收式热泵包括发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、溶液泵、减压阀和节流阀，所述发生器内的溶液经所述余热回收换热器内的高温循环水加热后分为两路，一路是：浓溶液经过膨胀阀进入所述吸收器，另一路是：溶剂水蒸发后进入所述冷凝器冷凝，产生的冷凝水通过节流阀进入所述蒸发器内蒸发，随后进入所述吸收器与其中的浓溶液混合，再经溶液泵送至发生器，从而完成一个循环过程；与此同时，热网回水依次流经热水型吸收式热泵的吸收器和冷凝器，分别实现热网水的一次升温和二次升温。