基于LNG冷能利用的燃料电池和有机朗肯循环联合发电系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102628402A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102628402A(43)申请公布日2012.08.08(21)申请号201210112919.0H01M8/10(2006.01)(22)申请日2012.04.17(71)申请人西安交通大学地址710049陕西省西安市咸宁西路28号(72)发明人王江峰阎哲泉赵攀戴义平王漫李茂庆(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200代理人田洲(51)Int.Cl.F02C6/18(2006.01)F02C6/00(2006.01)F01K23/10(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书44页页附图附图22页(54)发明名称基于LNG冷能利用的燃料电池和有机朗肯循环联合发电系统(57)摘要本发明公开了一种基于LNG冷能利用的燃料电池和有机朗肯循环联合发电系统，包括：固体氧化物燃料电池和燃气轮机的联合循环系统、有机朗肯循环系统和LNG冷能源；SOFC中未反应完的燃料和空气在后燃室中继续燃烧，产生高温高压的燃气，进入燃气轮机做功输出电能，燃气轮机的高温排气依次预热空气、燃料和水；有机朗肯循环系统将经预热空气、燃料和水后的中低温烟气余热进行回收利用，转换为电能输出，实现能量的梯级利用；LNG冷能源作为有机朗肯循环的冷源冷凝有机工质透平的排气，使有机工质透平的背压显著降低，增加有机朗肯循环的功率输出，同时回收利用了LNG的冷能。本发明系统可以显著提高了能源转化效率，减少了污染物排放，改善系统的性能。CN102684ACN102628402A权利要求书1/1页1.一种基于LNG冷能利用的燃料电池和有机朗肯循环联合发电系统，其特征在于：包括固体氧化物燃料电池和燃气轮机的联合循环系统、有机朗肯循环系统和LNG冷能源；固体氧化物燃料电池和燃气轮机的联合循环系统，其中，空气经一级空气压缩机(1)升压后，进入间冷器(2)进行冷却降温，然后进入二级空气压气机(3)，接着经第一加热器(6)预热后进入固体氧化物燃料电池(10)的阴极电极板；燃料经间冷器(2)升温后，依次经过压气机(4)和第二加热器(7)；水经水泵(5)加压后，通过第三加热器(8)加热后，与预热后的燃料在混合器(9)中充分混合，最后一同进入固体氧化物燃料电池(10)的阳极电极板；固体氧化物燃料电池(10)阴极排放的未反应的氧气与阳极未反应完全的可燃气体一同进入与之连接的后燃室(11)进行完全燃烧，产生高温高压燃气，燃气轮机(12)与后燃室(11)相连接；燃气轮机(12)的高温排气依次被送入第一加热器(6)、第二加热器(7)、第三加热器(8)，依次预热空气、燃料和水；有机朗肯循环系统，包括依次连接的余热锅炉(15)、有机工质透平(16)、冷凝器(18)、增压泵(19)，其中，所述增压泵(19)的一端与冷凝器(18)相连，另一端与余热锅炉(15)相连，所述余热锅炉(15)的余热来自燃气轮机(12)的高温排气依次预热空气、燃料和水后排出的中低温气体；LNG冷能源，其存储于LNG存储罐(22)中，与有机朗肯循环系统的冷凝器(18)相连，用来冷凝有机工质透平(16)的排气，然后通过冷库换热器(20)释放冷能，最后，一部分进入间冷器(2)作为燃料供给燃料电池，多余部分供给燃气管网(21)。2.根据权利要求1所述的基于LNG冷能利用的燃料电池和有机朗肯循环联合发电系统，其特征在于：后燃室(11)产生高温高压燃气进入燃气轮机(12)中做功，驱动与燃气轮机(12)连接的第一发电机(13)发电。3.根据权利要求1所述的基于LNG冷能利用的燃料电池和有机朗肯循环联合发电系统，其特征在于：燃气轮机(12)的高温排气依次预热空气、燃料和水后排出的中低温气体进入余热锅炉(15)，将能量传递给有机工质，使有机工质达到饱和状态或者过热状态，之后进入有机工质透平(16)中做功，驱动与有机工质透平(16)同轴连接的第二发电机(7)发电。4.根据权利要求1所述的基于LNG冷能利用的燃料电池和有机朗肯循环联合发电系统，其特征在于：燃料和氧气在固体氧化物燃料电池(10)内发生化学反应后对外输出直流电，经过与固体氧化物燃料电池(10)连接的逆变器(14)转换为交流电输出。5.根据权利要求1所述的基于LNG冷能利用的燃料电池和有机朗肯循环联合发电系统，其特征在于：有机朗肯循环系统可运行于亚临界工况下，采用R123、R245fa、R600、R134a、异戊烷、正戊烷、R113、R11、R152a、R236fa、R236ea或R141b制冷剂作为系统运行的工质。6.根据权利要求1所述的基于LNG冷能利用的燃料电池和有机朗肯循环联合发电系统，其特征在于：有机朗肯循环系统可运行于超临界工况下，采用二氧化碳、R12