[发明专利]采用氨水作为燃料的SOFC及其级联发电系统和操作方法

权利要求书

1.一种采用氨水作为燃料的SOFC级联发电系统，其特征在于，包括：第一换热器(2)、固体氧化物燃料电池(3)、燃烧室(5)、第二换热器(6)和燃气轮机(7)；

所述第一换热器(2)的冷流进口用于通入压缩后的氨水，所述第一换热器(2)的冷流出口与所述固体氧化物燃料电池(3)的阳极层的进口相连通，所述固体氧化物燃料电池(3)的阳极层的出口与所述燃烧室(5)的进口相连通；所述氨水中氨的质量浓度范围为0.65～0.85；

所述第二换热器(6)的冷流进口用于通入压缩后的空气，所述第二换热器(6)的冷流出口与所述固体氧化物燃料电池(3)的阴极层的进口相连通，所述固体氧化物燃料电池(3)的阴极层的出口与所述燃烧室(5)的进口相连通；

所述燃烧室(5)的出口与所述第二换热器(6)的热流进口相连通，所述第二换热器(6)的热流出口与所述第一换热器(2)的热流进口相连通，所述第一换热器(2)的热流出口与所述燃气轮机(7)的进口相连通；所述燃气轮机(7)用于带动发电机发电；

所述第一换热器(2)用于将氨水预热至750℃～850℃；

所述第二换热器(6)用于将空气预热至750℃～850℃；

还包括：逆变器(4)；所述逆变器(4)设置于所述固体氧化物燃料电池(3)，用于将所述固体氧化物燃料电池(3)产生的直流电转换为交流电进行输出；

还包括：氨水压缩机(1)、空气压缩机(10)、第三换热器(9)和第一发电机(8)；所述氨水压缩机(1)的进口用于通入待压缩的氨水，所述氨水压缩机(1)的出口与所述第一换热器(2)的冷流进口相连通；所述空气压缩机(10)的进口用于通入待压缩的空气，所述空气压缩机(10)的出口与所述第三换热器(9)的冷流进口相连通，所述第三换热器(9)的冷流出口与所述第二换热器(6)的冷流进口相连通；所述燃气轮机(7)的出口与所述第三换热器(9)的热流进口相连通；所述燃气轮机(7)用于带动所述第一发电机(8)发电；

还包括：底循环，用于回收所述第三换热器(9)的热流出口的排气余热；其中，所述底循环包括：蒸发器(11)、氨水透平(13)、第二发电机(14)、第一回热器(15)、第二回热器(16)、第一混合器(17)、第一冷凝器(18)、分流器(20)、第二混合器(21)、第二冷凝器(22)和氨水分离器(24)；所述蒸发器(11)的热流进口与所述第三换热器(9)的热流出口相连通；所述蒸发器(11)的冷流出口与所述氨水透平(13)的进口相连通，所述氨水透平(13)用于带动所述第二发电机(14)进行发电；所述氨水透平(13)的出口与所述第一回热器(15)的热流进口相连通；所述第一回热器(15)的热流出口与所述第二回热器(16)的热流进口相连通；所述第一回热器(15)的冷流出口与所述蒸发器(11)的冷流进口相连通；所述第二回热器(16)的热流出口依次经第一混合器(17)、第一冷凝器(18)、分流器(20)、第二混合器(21)、第二冷凝器(22)与所述第一回热器(15)的冷流进口相连通；所述分流器(20)的出口与第二回热器(16)的冷流进口相连通，第二回热器(16)的冷流出口与氨水分离器(24)的进口相连通；氨水分离器(24)的第一出口与所述第二混合器(21)相连通；氨水分离器(24)的第二出口与所述第一混合器(17)相连通。

2.一种权利要求1所述的采用氨水作为燃料的SOFC级联发电系统的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：

在第一换热器将氨水预热至750℃～850℃通入固体氧化物燃料电池的阳极层；在第二换热器将空气预热至750℃～850℃通入固体氧化物燃料电池的阴极层；其中，在固体氧化物燃料电池中，氨水中的氨气在固体氧化物燃料电池的阳极层中Ni-YSZ的催化作用下分解为氮气和氢气，阳极层中75％的氢气和阴极层中空气的氧气发生电化学反应产生水并产生直流电；

阳极层的出口气体和阴极层的出口气体均通入燃烧室中充分燃烧释放化学能，燃烧后的气流作为第一换热器预热氨水以及第二换热器预热空气的热源。