CN206144672U - 燃料电池、燃气轮机和有机朗肯循环复合*** - Google Patents
燃料电池、燃气轮机和有机朗肯循环复合*** Download PDFInfo
- Publication number
- CN206144672U CN206144672U CN201621194733.4U CN201621194733U CN206144672U CN 206144672 U CN206144672 U CN 206144672U CN 201621194733 U CN201621194733 U CN 201621194733U CN 206144672 U CN206144672 U CN 206144672U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fuel cell
- turbine
- gas turbine
- subsystem
- organic rankine
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种燃料电池、燃气轮机和有机朗肯循环复合***，该***显著提高了能源转化效率，减少了污染物排放，由于燃料电池和燃气轮机循环子***的高温排气仍有很高的温度等级，属于中低温余热，采用有机朗肯循环子***将这些中低温余热进行回收利用，可以大大提高了能源转换效率，减少了污染物向环境中的排放，此外，本实用新型通过***集成和流程改进实现能量的综合梯级转换与高效清洁利用，将原本的能源利用率提高了至少15％。
Description
技术领域
本实用新型涉及动力工程领域，特别是一种燃料电池、燃气轮机和有机朗肯循环复合***。
背景技术
以燃料电池、有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)、热电联产为代表的一系列新兴分布式能源技术逐渐成为国内外关注的焦点，其中，固体氧化物燃料电池-燃气轮机(solid oxide fuel cell-gas turbine,SOFC-GT)混合动力循环因其清洁、燃料多样、发电规模灵活等特点备受青睐，然而单一的燃料电池-燃气轮机混合动力循环的能源利用效率受限于乏汽的温度，因此并不能实现热量的高效利用，而有机朗肯循环(ORC)作为回收低品位热能的一种重要方式，也在工业余热发电及太阳能、地热、生物质能等低温发电领域得到了广泛应用，有机朗肯循环与料电池-燃气轮机混合动力循环互补应用可以有效地回收低品位热能。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种将上述两个循环体系进行耦合，既克服传统单一循环体系能源利用效率低的问题，又能达到高效率、低碳排、规模灵活、适合联产联供的燃料电池、燃气轮机和有机朗肯循环复合***。
本实用新型提供的技术方案如下：一种燃料电池、燃气轮机和有机朗肯循环复合***，包括燃料电池和燃气轮机循环子***、有机朗肯循环子***和功率输出子***，所述燃料电池和燃气轮机循环子***与功率输出子***之间通过第一耦合部件耦合在一起，所述燃料电池和燃气轮机循环子***与所述有机朗肯循环子***之间通过第二耦合部件耦合在一起，所述燃料电池和燃气轮机循环子***、有机朗肯循环子***和功率输出子***中分别包括第一工作介质、第二工作介质和第三工作介质，所述第一耦合部件用于接收第一工作介质，所述第二耦合部件用于接收第一工作介质和第二工作介质，所述有机朗肯循环子***中设置一合流装置与所述第二耦合部件连接。
在本实用新型的较佳实施例中，所述第一耦合部件设置为第三回热器，所述第二耦合部件设置为过热器和第一回热器。
在本实用新型的较佳实施例中，所述燃料电池和燃气轮机循环子***包括呈回路连接的燃料电池、燃烧室、第一透平、第一压缩机和处理装置，所述燃料电池包括正极和负极，可燃气体和空气分别由所述燃料电池正极和负极通入燃料电池进行反应，所述燃料电池中未反应的可燃气体送入所述燃烧器中燃烧从而产生高温高压气体推动所述第一透平做功，所述第一压缩机将空气压入所述燃料电池的正极，所述第一压缩机与所述第一透平同轴设置。
在本实用新型的较佳实施例中，所述燃料电池负极还连接一预热器用于接收可燃气体，所述预热器的入口还与所述第二耦合部件连接以用于接收所述第一工作介质。
在本实用新型的较佳实施例中，所述功率输出子***包括与所述第一耦合部件呈回路连接的第二压缩机和第三透平，所述第二压缩机接收外部空气后压缩送入所述第三透平做功。
在本实用新型的较佳实施例中，所述有机朗肯循环子***包括依次连接的第二透平、冷凝器、分流装置、第一流体泵、第二流体泵、第二回热器和合流装置，所述第二回热器与所述第二透平的出口连接，所述合流装置连接在所述过热器和第一回热器之间。
在本实用新型的较佳实施例中，所述燃料电池为固体氧化物燃料电池。
在本实用新型的较佳实施例中，所述燃料电池和燃气轮机循环子***中还包括第一发电机，所述第一发电机与所述第一透平连接使所述第一透平膨胀做功时驱动所述第一发电机发电。
在本实用新型的较佳实施例中，所述功率输出子***中还包括第三发电机，所述第三发电机与所述第三透平连接使所述第三透平膨胀做功时驱动所述第三发电机发电。
在本实用新型的较佳实施例中，所述有机朗肯循环子***中还包括第二发电机，所述第二发电机与所述第二透平连接使所述第二透平膨胀做功时驱动所述第二发电机发电。
由上述对本实用新型的描述可知，与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：显著提高了能源转化效率，减少了污染物排放，由于燃料电池和燃气轮机循环子***的高温排气仍有很高的温度等级，属于中低温余热，采用有机朗肯循环子***将这些中低温余热进行回收利用，可以大大提高了能源转换效率，减少了污染物向环境中的排放，此外，本实用新型通过***集成和流程改进实现能量的综合梯级转换与高效清洁利用，将原本的能源利用率提高了至少15％。
附图说明
图1是本实用新型中的燃料电池、燃气轮机和有机朗肯循环复合***的***图。
具体实施方式
如图1所示，该燃料电池、燃气轮机和有机朗肯循环复合***包括燃料电池和燃气轮机循环子***10、有机朗肯循环子***20和功率输出子***30，燃料电池和燃气轮机循环子***10由固体氧化物燃料电池11、第一回热器16、第三回热器31、燃烧室12、第一透平13、过热器14、预热器15、第一压缩机17、处理装置(图未示)以及第一工作介质18构成。有机朗肯循环子***20由冷凝器22、分流装置23、合流装置26、第一工质泵24、第二工质泵25、第一回热器16、第二回热器28、过热器14、第二透平21以及第二工作介质27构成。功率输出子***30由第二压缩机32、第三回热器31、第三透平33和第三工作介质34构成，燃料电池和燃气轮机循环子***10和有机朗肯循环子***20之间通过第一回热器16和过热器14耦合在一起。
燃料电池和燃气轮机循环子***10中，第一压缩机17接收外部空气，并且产生压力更高的空气。在实施例中空气的压力与流量可由压缩机进行合理的控制。预热器15起两部分作用：1)接收可燃气体，并产生温度较高的可燃气体；2)接收第一工作介质，并产生温度较低的第一工作介质。在实施例中，可燃气体的流量可根据所需进行更改。燃料电池11起三部分作用：1)正极接收空气，并产生氧气含量减少的空气；2)负极接收可燃气体，并产生可燃气体；3)输出电量。燃烧室12接收可燃气体和空气，并产生高温高压的第一工作介质。与第一压缩机17同轴的第一透平13接收第一工作介质，输出功率，产生温度与压力都减少的第一工作介质。第三回热器31起两部分作用：1)接收空气，并产生温度较高的空气；2)接收第一工作介质，并产生温度较低的第一工作介质。过热器14起两部分作用：1)接收第一工作介质，并产生温度较低的第一工作介质；2)接收第二工作介质，并产生温度较高的第二工作介质。第一回热器16起两部分作用：1)接收第一工作介质，并产生温度较低的第一工作介质；2)接收第二工作介质，并产生温度较高的第二工作介质。处理装置构成接收第一工作介质，无污染低废热的第一工作介质。
本实施例中燃料电池11产生的电都源自氢气的电化学反应、甲烷通过水煤气反应生成一氧化碳并进一步转换成二氧化碳和氢气，可燃气体也可以选自一氧化碳、甲烷、煤气、液化气、生物质气体中的一种或几种混合。
在有机朗肯循环子***20中，过热器14起两部分作用：1)接收第一工作介质，并产生温度较低的第一工作介质；2)接收第二工作介质，并产生温度较高的第二工作介质。第二透平21接收第二工作介质，输出功率，产生温度与压力都减少的第一工作介质。第二回热器28起两部分作用：1)接收由第二透平21流出的第二工作介质，并且产生温度更低的第二工作介质；2)接收经分流装置23分流后的第二工作介质，并且产生温度较高的第二工作介质；冷凝器22构成接收第二工作介质，并产生温度降低的第二工作介质。分流装置23接收第二工作介质，并分出二路工作介质。第一工质泵24接收第二工作介质，并产生流量与压力较大的第二工作介质。第二工质泵25接收第二工作介质，并产生流量与压力较大的第二工作介质。合流装置26接收流经第一回热器的第二工作介质和流经第二回热器的第二工作介质，并产生第二工作介质。
在功率输出子***30中，第二压缩机32接收外部空气，并且产生压力更高的空气。在实施例中空气的压力与流量可由压缩机进行合理的控制。第三回热器31起两部分作用：1)接收空气，并产生温度较高的空气；2)接收第一工作介质，并产生温度较低的第一工作介质。第三透平33接收空气，输出功率，产生温度与压力都减少的空气。
本实施例提供了一种改进后的联合***，该***将固体氧化物燃料电池-燃气轮机混合动力循环***的尾气先用于加热压缩过的空气，再进入新加入的透平部件推动燃气轮机做功，输出电能，随后尾气经由联合发电***的联合设备驱动有机朗肯循环子***20运行。该***可以尽量多地将高温余热用于驱动透平做功，温度降低之后再用于驱动有机朗肯循环，更加充分地提高余热利用率。
综上所述，该燃料电池、燃气轮机和有机朗肯循环复合***显著提高了能源转化效率，减少了污染物排放，由于燃料电池和燃气轮机循环子***的高温排气仍有很高的温度等级，属于中低温余热，采用有机朗肯循环子***将这些中低温余热进行回收利用，可以大大提高了能源转换效率，减少了污染物向环境中的排放，此外，本实用新型通过***集成和流程改进实现能量的综合梯级转换与高效清洁利用，将原本的能源利用率提高了至少15％。
本文公开的所有范围均包括端点，并且端点可彼此组合。如本文所用，用语“第一”、“第二”等不表示任何顺序、数量或重要性，而是相反，它们用来将元素彼此区分开。在描述本实用新型的语境(尤其是在所附权利要求的语境中)中所使用的用语“一个”和“一种”与“该”以及“所述”和类似的对象应理解为覆盖单数和复数两者，除非本文另有说明或语境有抵触。
虽然结合了许多实施例来详细地描述本实用新型，但是本实用新型不限于这样的公开的实施例。相反，可修改本实用新型，以结合此前未描述的但与本实用新型的范围相当的任何数量的变型、变化、替代或等效布置。另外，虽然描述了本实用新型的多种实施例，但是应当理解，本实用新型的各方面可包括所描述的实施例中的仅一些。因此，本实用新型不应视为由前面的描述限制，而是仅由所附权利要求的范围限制。
Claims (10)
1.一种燃料电池、燃气轮机和有机朗肯循环复合***，其特征在于：包括燃料电池和燃气轮机循环子***、有机朗肯循环子***和功率输出子***，所述燃料电池和燃气轮机循环子***与功率输出子***之间通过第一耦合部件耦合在一起，所述燃料电池和燃气轮机循环子***与所述有机朗肯循环子***之间通过第二耦合部件耦合在一起，所述燃料电池和燃气轮机循环子***、有机朗肯循环子***和功率输出子***中分别包括第一工作介质、第二工作介质和第三工作介质，所述第一耦合部件用于接收第一工作介质，所述第二耦合部件用于接收第一工作介质和第二工作介质，所述有机朗肯循环子***中设置一合流装置与所述第二耦合部件连接。
2.根据权利要求1所述的燃料电池、燃气轮机和有机朗肯循环复合***，其特征在于：所述第一耦合部件设置为第三回热器，所述第二耦合部件设置为过热器和第一回热器。
3.根据权利要求1所述的燃料电池、燃气轮机和有机朗肯循环复合***，其特征在于：所述燃料电池和燃气轮机循环子***包括呈回路连接的燃料电池、燃烧室、第一透平、第一压缩机和处理装置，所述燃料电池包括正极和负极，可燃气体和空气分别由所述燃料电池正极和负极通入燃料电池进行反应，所述燃料电池中未反应的可燃气体送入所述燃烧器中燃烧从而产生高温高压气体推动所述第一透平做功，所述第一压缩机将空气压入所述燃料电池的正极，所述第一压缩机与所述第一透平同轴设置。
4.根据权利要求3所述的燃料电池、燃气轮机和有机朗肯循环复合***，其特征在于：所述燃料电池负极还连接一预热器用于接收可燃气体，所述预热器的入口还与所述第二耦合部件连接以用于接收所述第一工作介质。
5.根据权利要求1所述的燃料电池、燃气轮机和有机朗肯循环复合***，其特征在于：所述功率输出子***包括与所述第一耦合部件呈回路连接的第二压缩机和第三透平，所述第二压缩机接收外部空气后压缩送入所述第三透平做功。
6.根据权利要求2所述的燃料电池、燃气轮机和有机朗肯循环复合***，其特征在于：所述有机朗肯循环子***包括依次连接的第二透平、冷凝器、分流装置、第一流体泵、第二流体泵、第二回热器和合流装置，所述第二回热器与所述第二透平的出口连接，所述合流装置连接在所述过热器和第一回热器之间。
7.根据权利要求1所述的燃料电池、燃气轮机和有机朗肯循环复合***，其特征在于：所述燃料电池为固体氧化物燃料电池。
8.根据权利要求3所述的燃料电池、燃气轮机和有机朗肯循环复合***，其特征在于：所述燃料电池和燃气轮机循环子***中还包括第一发电机，所述第一发电机与所述第一透平连接使所述第一透平膨胀做功时驱动所述第一发电机发电。
9.根据权利要求5所述的燃料电池、燃气轮机和有机朗肯循环复合***，其特征在于：所述功率输出子***中还包括第三发电机，所述第三发电机与所述第三透平连接使所述第三透平膨胀做功时驱动所述第三发电机发电。
10.根据权利要求6所述的燃料电池、燃气轮机和有机朗肯循环复合***，其特征在于：所述有机朗肯循环子***中还包括第二发电机，所述第二发电机与所述第二透平连接使所述第二透平膨胀做功时驱动所述第二发电机发电。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201621194733.4U CN206144672U (zh) | 2016-11-04 | 2016-11-04 | 燃料电池、燃气轮机和有机朗肯循环复合*** |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201621194733.4U CN206144672U (zh) | 2016-11-04 | 2016-11-04 | 燃料电池、燃气轮机和有机朗肯循环复合*** |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN206144672U true CN206144672U (zh) | 2017-05-03 |
Family
ID=58625239
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201621194733.4U Expired - Fee Related CN206144672U (zh) | 2016-11-04 | 2016-11-04 | 燃料电池、燃气轮机和有机朗肯循环复合*** |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN206144672U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113540504A (zh) * | 2021-07-16 | 2021-10-22 | 中国科学院上海应用物理研究所 | 热泵式-氢能复合储能发电方法及装置 |
-
2016
- 2016-11-04 CN CN201621194733.4U patent/CN206144672U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113540504A (zh) * | 2021-07-16 | 2021-10-22 | 中国科学院上海应用物理研究所 | 热泵式-氢能复合储能发电方法及装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113446757B (zh) | 基于氢能的风-火耦合冷热电联供*** | |
| CN109148919B (zh) | 一种利用煤气高温显热的整体煤气化燃料电池发电***及方法 | |
| CN111799819B (zh) | 一种煤气化固体氧化物燃料电池混合储能发电*** | |
| CN106499454A (zh) | 动力产生方法和电力产生方法 | |
| Yan et al. | Performance of hydrogen and power co-generation system based on chemical looping hydrogen generation of coal | |
| CN111200138A (zh) | 一种基于燃料电池联合发电的弛放气利用***及方法 | |
| CN104282924B (zh) | 燃烧焦炉煤气的高效燃料电池联合循环工艺*** | |
| CN111075566A (zh) | 一种生物质燃气与天然气耦合发电装置 | |
| CN113623033A (zh) | 一种采用空气气化的igcc***及其工作方法 | |
| CN1151574C (zh) | 熔融碳酸盐燃料电池蒸汽轮机联合发电*** | |
| CN206144672U (zh) | 燃料电池、燃气轮机和有机朗肯循环复合*** | |
| CN206144671U (zh) | 燃料电池和燃气轮机与超临界有机朗肯循环耦合的联合*** | |
| CN211789285U (zh) | 一种基于燃料电池联合发电的弛放气利用*** | |
| Hai et al. | Innovative proposal of energy scheme based on biogas from digester for producing clean and sustainable electricity, cooling and heating: Proposal and multi-criteria optimization | |
| CN113340008B (zh) | 一种基于太阳能和生物质能的多联供*** | |
| CN115000454A (zh) | 一种集成燃料电池与太阳能的联合循环冷热电联供*** | |
| CN204702703U (zh) | 一种生物质能高温常压气化联合循环发电*** | |
| CN109386439B (zh) | 一种基于氧化还原反应的太阳能储能发电***及方法 | |
| CN112981439A (zh) | 一种igcc电站耦合水电解设备***及其运行方法 | |
| CN106523051A (zh) | 动力产生***和电力产生*** | |
| CN216044043U (zh) | 一种采用燃料电池调制合成气成分的igcc*** | |
| CN214458366U (zh) | 一种igcc电站耦合水电解设备制氧*** | |
| CN218717136U (zh) | 一种利用植物的热电联供*** | |
| CN215860364U (zh) | 一种采用空气气化的igcc*** | |
| CN216448416U (zh) | 利用烟气余热预热污泥的生物质与污泥共气化发电*** |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170503 Termination date: 20191104 |