[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

说明书

本发明公开了一种采用氨水作为燃料的SOFC及其级联发电系统和操作方法，所述采用氨水作为燃料的SOFC包括：阳极层、电解质层、隔离层和阴极层；所述阳极通入压缩后的氨水；所述氨水的质量浓度范围优选为0.65～0.85，SOFC中氨气分解产生的氢气的利用率为75％。在SOFC的燃料方面，除了传统燃料如氢气、天然气等，近年来氨被认为是一种新颖且有前途的燃料，氨燃料具有不排放二氧化碳、功率密度高以及易于液化和运输的特点。本发明中，使用氨水作为SOFC的燃料，与现有使用的氨气相比本发明使用的氨水具有生产工艺成熟、毒性相对较小、不易燃、易于液化和运输和安全性更高的优点。

技术领域

本发明属于能源发电技术领域，特别涉及一种采用氨水作为燃料的SOFC及其级联发电系统和操作方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)具有电效率高和灵活性好的特点，能有效降低二氧化碳的排放量。SOFC已广泛应用于飞机、电动汽车、发电和分布式能源等领域。SOFC可以在600～1000℃的高温下发电，为了利用SOFC的热量，通常将燃气轮机(Gas Turbine，GT)与SOFC组合在一起以形成SOFC-GT级联发电系统。

在现有的SOFC-GT级联发电系统中，SOFC中通常使用传统燃料(如天然气、碳氢化合物等)，这会造成较为严重的二氧化碳排放问题；而氢气和氨气由于不排放二氧化碳的特点，也逐步得到研究人员的重视，但是氢气和氨气易燃，且不便于运输和储存。

综上，亟需一种新的采用氨水作为燃料的SOFC及其级联发电系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用氨水作为燃料的SOFC及其级联发电系统和操作方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明中，使用氨水作为SOFC的燃料，氨水具有生产工艺成熟、毒性相对较小、功率密度高、不易燃、易于液化和运输的优点。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种采用氨水作为燃料的SOFC，包括：阳极层、电解质层、隔离层和阴极层；所述阳极层通入压缩后的氨水。

本发明的进一步改进在于，所述氨水中氨的质量浓度范围为0.65～0.85。

本发明的一种采用氨水作为燃料的SOFC级联发电系统，包括：第一换热器、固体氧化物燃料电池、燃烧室、第二换热器和燃气轮机；

所述第一换热器的冷流进口用于通入压缩后的氨水，所述第一换热器的冷流出口与所述固体氧化物燃料电池的阳极的进口相连通，所述固体氧化物燃料电池的阳极的出口与所述燃烧室的进口相连通；

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

所述燃烧室的出口与所述第二换热器的热流进口相连通，所述第二换热器的热流出口与所述第一换热器的热流进口相连通，所述第一换热器的热流出口与所述燃气轮机的进口相连通；所述燃气轮机用于带动发电机发电。

本发明的进一步改进在于，还包括：逆变器；

所述逆变器设置于所述固体氧化物燃料电池，用于将所述固体氧化物燃料电池产生的直流电转换为交流电进行输出。

本发明的进一步改进在于，所述第一换热器用于将氨水预热至750℃～850℃；所述第二换热器用于将空气预热至750℃～850℃。

本发明的进一步改进在于，还包括：氨水压缩机、空气压缩机、第三换热器和第一发电机；

所述氨水压缩机的进口用于通入待压缩的氨水，所述氨水压缩机的出口与所述第一换热器的冷流进口相连通；