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通用型固體氧化物燃料電池集成系統(tǒng)及工作方法

555   編輯:中冶有色技術(shù)網(wǎng)   來源:寧波圣龍新能源汽車動(dòng)力有限公司  
2023-12-22 16:33:22
權(quán)利要求書: 1.一種通用型固體氧化物燃料電池集成系統(tǒng),其特征在于,包括:氧化劑供應(yīng)模塊、燃料供應(yīng)模塊、換熱模塊、電堆模塊、附屬能量轉(zhuǎn)換及輸出模塊、SOFC控制模塊;

所述氧化劑供應(yīng)模塊向所述換熱模塊供應(yīng)氧化劑,所述燃料供應(yīng)模塊向所述換熱模塊供應(yīng)燃料;所述換熱模塊對(duì)所述氧化劑和所述燃料加熱后傳輸至所述電堆模塊進(jìn)行電堆反應(yīng),生成的反應(yīng)產(chǎn)物和熱能傳輸至所述附屬能量轉(zhuǎn)換及輸出模塊;

所述附屬能量轉(zhuǎn)換及輸出模塊對(duì)所述反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行處理并輸送至所述換熱模塊,經(jīng)過所述換熱模塊熱處理傳輸至所述燃料供應(yīng)模塊;所述附屬能量轉(zhuǎn)換及輸出模塊對(duì)所述熱能進(jìn)行熱電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電能并輸出;

所述SOFC控制模塊電連接所述氧化劑供應(yīng)模塊、所述燃料供應(yīng)模塊、所述換熱模塊、所述電堆模塊和所述附屬能量轉(zhuǎn)換及輸出模塊;

所述燃料供應(yīng)模塊包括依次連接設(shè)置的通用型重整/裂解裝置、脫硫裝置、干燥裝置、壓縮機(jī)二和混合器;燃料經(jīng)過通用型重整/裂解裝置進(jìn)行重整和裂解,然后經(jīng)過所述脫硫裝置的脫硫處理和所述干燥裝置的干燥處理再通過所述壓縮機(jī)二輸送至所述混合器,經(jīng)過所述混合器將處理后所述燃料輸送至所述換熱模塊;

所述換熱模塊包括預(yù)熱器一、預(yù)熱器二、預(yù)熱器三、加熱器一、加熱器二、溫控閥門和蒸汽發(fā)生器;

所述氧化劑供應(yīng)模塊的壓縮機(jī)一連接所述預(yù)熱器一,向所述預(yù)熱器一輸送所述氧化劑;

所述混合器連接所述預(yù)熱器二,向所述預(yù)熱器二輸送處理后的所述燃料;

所述預(yù)熱器一連接所述加熱器一,所述預(yù)熱器二連接所述加熱器二;

所述溫控閥門連接所述預(yù)熱器二;

所述預(yù)熱器三連接所述附屬能量轉(zhuǎn)換及輸出模塊和所述蒸汽發(fā)生器;所述蒸汽發(fā)生器連接所述混合器;

所述加熱器一、所述加熱器二和所述溫控閥門連接所述電堆模塊。

2.一種根據(jù)權(quán)利要求1任一項(xiàng)所述的電池集成系統(tǒng)工作方法,其特征在于,包括如下具體過程:步驟1:多型燃料經(jīng)過重整或裂解再脫硫處理,混合剩余反應(yīng)物質(zhì)進(jìn)行干燥處理獲得混合燃料;

步驟2:將混合燃料和反應(yīng)生成水進(jìn)行一級(jí)預(yù)熱;

步驟3:將進(jìn)行所述一級(jí)預(yù)熱處理后的所述混合燃料和所述反應(yīng)生成水進(jìn)行二級(jí)加熱處理,到達(dá)設(shè)定溫度后,獲得電堆陽極反應(yīng)物并輸送至電池堆陽極;

步驟4:將氧化劑經(jīng)過一級(jí)預(yù)熱和二級(jí)加熱到達(dá)所述設(shè)定溫度后,獲得電堆陰極反應(yīng)物,并輸送至電池堆陰極;

步驟5:電池堆的陽極和陰極發(fā)生電堆反應(yīng),輸出電能、反應(yīng)產(chǎn)物和熱能;

步驟6:對(duì)于所述反應(yīng)產(chǎn)物和所述熱能進(jìn)行附屬能量轉(zhuǎn)換,所述反應(yīng)產(chǎn)物生成所述剩余反應(yīng)物質(zhì)和所述反應(yīng)生成水分別進(jìn)入所述步驟1和所述步驟2中實(shí)現(xiàn)循環(huán)參與所述電堆反應(yīng),所述熱能進(jìn)行熱電轉(zhuǎn)換生成電能。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池集成系統(tǒng)工作方法,其特征在于,在所述步驟1中多型燃料通過通用型重整/裂解裝置進(jìn)行重整或裂解后進(jìn)入脫硫裝置進(jìn)行所述脫硫處理,在進(jìn)行所述脫硫處理時(shí)使用堿性物質(zhì)作為脫硫劑,利用中和反應(yīng)去除燃料中的含硫物質(zhì),脫硫可避免電池堆陽極出現(xiàn)硫中毒的現(xiàn)象;所述干燥處理是去除所述中和反應(yīng)產(chǎn)生的水,脫硫后燃料需去除中和反應(yīng)產(chǎn)生的水,獲得干燥后燃料,避免對(duì)后續(xù)非反應(yīng)用機(jī)械裝置的腐蝕和反應(yīng)溫度的影響。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池集成系統(tǒng)工作方法,其特征在于,所述步驟2中所述反應(yīng)生成水經(jīng)過預(yù)熱后通過蒸汽發(fā)生器變成水蒸氣,與所述脫硫處理后的所述多型燃料干燥后的所述混合燃料進(jìn)行混合,并通過預(yù)熱器進(jìn)行一級(jí)預(yù)熱。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池集成系統(tǒng)工作方法,其特征在于,所述步驟5中所述電堆反應(yīng)輸出直流電能經(jīng)過整流/逆變裝置進(jìn)行整流或逆變后,傳輸至電能輸出模塊做家庭供電、交通供電或者工業(yè)生產(chǎn)。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池集成系統(tǒng)工作方法,其特征在于,所述步驟6中所述電堆反應(yīng)輸出的所述熱能作用于內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能,所述機(jī)械能作用于內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備;或者進(jìn)行熱電轉(zhuǎn)換,經(jīng)過所述內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)換為所述機(jī)械能,然后所述機(jī)械能經(jīng)過發(fā)電機(jī)產(chǎn)生交流電能,供交流用電設(shè)備正常運(yùn)行,生成的所述交流電能經(jīng)過整流器整流后轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔茌敵觥?br />
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池集成系統(tǒng)工作方法,其特征在于,所述步驟6中所述反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過分流處理,分流獲得二氧化碳進(jìn)行工業(yè)化肥制造;分流獲得的所述剩余反應(yīng)物質(zhì)進(jìn)入所述步驟1與所述脫硫處理獲得的所述多型燃料混合再次進(jìn)行所述電堆反應(yīng);分流獲得的所述反應(yīng)生成水經(jīng)過凈化器處理用于步驟2中或用于生產(chǎn)、生活用水。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池集成系統(tǒng)工作方法,其特征在于,所述電池堆為SOFC電池堆,連接整流/逆變裝置,通過所述整流/逆變裝置輸出電能至電能輸出模塊。

說明書: 一種通用型固體氧化物燃料電池集成系統(tǒng)及工作方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域,更具體的說是涉及一種通用型固體氧化物燃料電池集成系統(tǒng)及工作方法。背景技術(shù)[0002] 目前,燃料電池是已被證明為在產(chǎn)生電力中具有相對(duì)高效率和低污染的潛能的電化學(xué)能轉(zhuǎn)換裝置。燃料電池大致提供可被經(jīng)由例如變換器轉(zhuǎn)換成的交流電(ac)或直流電(dc)。dc或ac電壓可被用于為電機(jī)、燈、通訊設(shè)備以及任何數(shù)量的電氣裝置和系統(tǒng)供電。燃料電池可以以穩(wěn)態(tài)、半穩(wěn)態(tài)或便攜式應(yīng)用操作。比如為SOFC的某些燃料電池可以在提供電力以滿足工業(yè)和市政需求的大型電力系統(tǒng)中運(yùn)轉(zhuǎn)。其他燃料電池也可以用于較小的便攜式應(yīng)用,比如,例如為汽車供電。[0003] 在現(xiàn)代社會(huì)生活和經(jīng)濟(jì)建設(shè)中,電力供應(yīng)和保障的重要性越來越重要,同時(shí)對(duì)提高電力生產(chǎn)和使用效率及環(huán)境友好的要求程度不斷提高。傳統(tǒng)的燃料發(fā)電系統(tǒng)為分布式發(fā)電,需要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離材料運(yùn)輸傳輸,和電能、熱能的傳送,考慮到使用便捷,接近用戶,減少電力遠(yuǎn)距離輸送,根據(jù)用電需求靈活調(diào)整的電力制造、傳輸需求越來越受到重視。[0004] 因此,如何實(shí)現(xiàn)固體氧化物燃料電池的集成化是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。發(fā)明內(nèi)容[0005] 有鑒于此,本發(fā)明提供了一種通用型固體氧化物燃料電池集成系統(tǒng)及工作方法,首先對(duì)多型燃料進(jìn)行重整或裂解、脫硫處理和干燥處理,然后和之前反應(yīng)生成的反應(yīng)剩余物質(zhì)混合進(jìn)行一級(jí)預(yù)熱和二級(jí)加熱至設(shè)定溫度后輸送至電池堆陽極,將氧化劑進(jìn)行一級(jí)預(yù)熱和二級(jí)加熱后輸送至電池堆陰極,電池堆陰極的氧化劑和陽極的燃料進(jìn)行電堆反應(yīng)輸出電能、反應(yīng)產(chǎn)物和熱能,電能可以直接用于供電,反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過處理后可與處理后燃料混合循環(huán)用于電堆反應(yīng),熱能可用于供暖、電池集成系統(tǒng)的一級(jí)預(yù)熱或者經(jīng)過轉(zhuǎn)換生成電能或機(jī)械能,從而提高電池集成系統(tǒng)的產(chǎn)能效率和供電能力。[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:[0007] 一種通用型固體氧化物燃料電池集成系統(tǒng),包括:氧化劑供應(yīng)模塊、燃料供應(yīng)模塊、換熱模塊、電堆模塊、附屬能量轉(zhuǎn)換及輸出模塊、SOFC控制模塊;所述氧化劑供應(yīng)模塊向所述換熱模塊供應(yīng)氧化劑,所述燃料供應(yīng)模塊向所述換熱模塊供應(yīng)燃料;所述換熱模塊對(duì)所述氧化劑和所述燃料加熱后傳輸至所述電堆模塊進(jìn)行電堆反應(yīng),生成的反應(yīng)產(chǎn)物和熱能傳輸至所述附屬能量轉(zhuǎn)換及輸出模塊;所述附屬能量轉(zhuǎn)換及輸出模塊對(duì)所述反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行處理并輸送至所述換熱模塊,經(jīng)過所述換熱模塊熱處理傳輸至所述燃料供應(yīng)模塊;所述附屬能量轉(zhuǎn)換及輸出模塊對(duì)所述熱能進(jìn)行熱電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電能并輸出;所述SOFC控制模塊電連接所述氧化劑供應(yīng)模塊、所述燃料供應(yīng)模塊、所述換熱模塊、所述電堆模塊和所述附屬能量轉(zhuǎn)換及輸出模塊。[0008] 優(yōu)選的,所述氧化劑供應(yīng)模塊設(shè)置有壓縮機(jī)一,通過所述壓縮機(jī)一將所述氧化劑輸送至所述換熱模塊。[0009] 優(yōu)選的,所述燃料供應(yīng)模塊包括依次連接設(shè)置的通用型重整/裂解裝置、脫硫裝置、干燥裝置、壓縮機(jī)二和混合器;燃料經(jīng)過通用型重整/裂解裝置進(jìn)行重整和裂解,然后經(jīng)過所述脫硫裝置的脫硫處理和所述干燥裝置的干燥處理再通過所述壓縮機(jī)二輸送至所述混合器,經(jīng)過所述混合器將處理后所述燃料輸送至所述換熱模塊。[0010] 優(yōu)選的,所述換熱模塊包括預(yù)熱器一、預(yù)熱器二、預(yù)熱器三、加熱器一、加熱器二、溫控閥門和蒸汽發(fā)生器;所述壓縮機(jī)一連接所述預(yù)熱器一,向所述預(yù)熱器一輸送所述氧化劑;所述混合器連接所述預(yù)熱器二,向所述預(yù)熱器二輸送處理后的所述燃料;所述預(yù)熱器一連接所述加熱器一,所述預(yù)熱器二連接所述加熱器二;所述溫控閥門連接所述預(yù)熱器二;所述預(yù)熱器三連接所述附屬能量轉(zhuǎn)換及輸出模塊和所述蒸汽發(fā)生器;所述蒸汽發(fā)生器連接所述混合器;所述加熱器一、所述加熱器二和所述溫控閥門連接所述電堆模塊。[0011] 優(yōu)選的,所述電堆模塊連接有整流/逆變裝置,在所述電堆模塊經(jīng)過電堆反應(yīng)生成的電能通過所述整流/逆變裝置將所述電能整流成直流電或轉(zhuǎn)換成交流電輸出至電能輸出模塊供應(yīng)日常生產(chǎn)、生活和交通使用。[0012] 優(yōu)選的,所述附屬能量轉(zhuǎn)換及輸出模塊包括熱電轉(zhuǎn)換模塊、內(nèi)燃機(jī)二、內(nèi)燃驅(qū)動(dòng)設(shè)備、工業(yè)化肥制造設(shè)備、尾氣分流器和凈化器;所述電堆模塊分別連接所述熱電轉(zhuǎn)換模塊、所述內(nèi)燃機(jī)二和所述尾氣分流器;所述內(nèi)燃機(jī)二連接所述內(nèi)燃?xì)怛?qū)動(dòng)設(shè)備;所述尾氣分流器連接所述工業(yè)化肥制造設(shè)備、所述凈化器和所述干燥裝置;所述凈化器連接所述預(yù)熱器三。[0013] 優(yōu)選的,還設(shè)置有SOFC控制模塊,包括進(jìn)料控制模塊、熱管理模塊和電堆控制模塊,其中,所述進(jìn)料控制模塊連接控制燃料供應(yīng)和氧化劑供應(yīng),所述熱管理模塊連接控制所述一級(jí)預(yù)熱和所述二級(jí)加熱,所述電堆控制模塊連接控制電池堆的所述電堆反應(yīng),以及產(chǎn)生的所述電能和所述所述熱能的分配,當(dāng)所需電能量大時(shí),將所述熱能分配用于所述熱電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電能,同時(shí)部分所述熱能用于所述一級(jí)預(yù)熱。[0014] 優(yōu)選的,所述熱電轉(zhuǎn)換模塊包括依次連接的內(nèi)燃機(jī)一、發(fā)電機(jī)和整流器;所述內(nèi)燃機(jī)連接所述電堆模塊;所述發(fā)電機(jī)輸出交流電能,所述整流器輸出直流電能。[0015] 電池集成系統(tǒng)工作方法,包括如下具體過程:[0016] 步驟1:多型燃料經(jīng)過重整或裂解再脫硫處理,混合剩余反應(yīng)物質(zhì)進(jìn)行干燥處理獲得混合燃料;[0017] 步驟2:將混合燃料和反應(yīng)生成水進(jìn)行一級(jí)預(yù)熱;[0018] 步驟3:將進(jìn)行所述一級(jí)預(yù)熱處理后的所述混合燃料和所述反應(yīng)生成水進(jìn)行二級(jí)加熱處理,到達(dá)設(shè)定溫度后,獲得電堆陽極反應(yīng)物并輸送至電池堆陽極;[0019] 步驟4:將氧化劑經(jīng)過一級(jí)預(yù)熱和二級(jí)加熱到達(dá)所述設(shè)定溫度后,獲得電堆陰極反應(yīng)物,并輸送至電池堆陰極;[0020] 步驟5:電池堆的陽極和陰極發(fā)生電堆反應(yīng),輸出電能、反應(yīng)產(chǎn)物和熱能;[0021] 步驟6:對(duì)于所述反應(yīng)產(chǎn)物和所述熱能進(jìn)行附屬能量轉(zhuǎn)換,所述反應(yīng)產(chǎn)物生成所述剩余反應(yīng)物質(zhì)和所述反應(yīng)生成水分別進(jìn)入所述步驟1和所述步驟2中實(shí)現(xiàn)循環(huán)參與所述電堆反應(yīng);所述熱能進(jìn)行熱電轉(zhuǎn)換生成電能。[0022] 優(yōu)選的,在所述步驟1中多型燃料通過通用型重整/裂解裝置進(jìn)行重整或裂解后進(jìn)入脫硫裝置進(jìn)行所述脫硫處理,所述脫硫處理時(shí)使用堿性物質(zhì)作為脫硫劑,利用中和反應(yīng)去除燃料中的含硫物質(zhì),脫硫可避免電池堆陽極出現(xiàn)硫中毒的現(xiàn)象;進(jìn)入干燥裝置進(jìn)行所述干燥處理前的燃料,除原始燃料脫硫后的一級(jí)燃料(即沒有經(jīng)過所述電堆反應(yīng)的燃料)外,還包括由附屬能量轉(zhuǎn)換及輸出模塊傳輸?shù)亩?jí)燃料(即經(jīng)過所述電堆反應(yīng)后還可以進(jìn)入電堆發(fā)生二次氧化還原反應(yīng)的尾氣成分),也就是所述剩余反應(yīng)物質(zhì);所述干燥處理是去除所述中和反應(yīng)產(chǎn)生的水,脫硫后燃料需進(jìn)入干燥裝置去除中和反應(yīng)產(chǎn)生的水,獲得干燥后燃料,避免對(duì)后續(xù)非反應(yīng)用機(jī)械裝置的腐蝕和換熱模塊反應(yīng)溫度的影響。[0023] 優(yōu)選的,所述步驟2中將所述脫硫處理后的所述多型燃料干燥后燃料經(jīng)過壓縮機(jī)二壓縮進(jìn)入混合器,所述反應(yīng)生成水經(jīng)過預(yù)熱器三進(jìn)行預(yù)熱后通過蒸汽發(fā)生器變成水蒸氣與所述混合器內(nèi)的所述混合燃料進(jìn)行混合,并通過預(yù)熱器二進(jìn)行一級(jí)預(yù)熱。[0024] 優(yōu)選的,所述步驟5中所述電堆反應(yīng)輸出直流電能經(jīng)過所述整流/逆變裝置進(jìn)行整流或逆變后傳輸至電能輸出模塊做家庭供電、交通供電或者工業(yè)生產(chǎn)。[0025] 優(yōu)選的,所述步驟6中所述電堆反應(yīng)輸出的所述熱能作用于內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能,所述機(jī)械能作用于內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備,如傳統(tǒng)汽車、輪船等;或者進(jìn)行熱電轉(zhuǎn)換,經(jīng)過所述內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)換為所述機(jī)械能,然后所述機(jī)械能經(jīng)過發(fā)電機(jī)產(chǎn)生交流電能,供交流用電設(shè)備正常運(yùn)行,生成的所述交流電能經(jīng)過整流器整流后轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔茌敵觥0026] 優(yōu)選的,所述步驟6中所述反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過尾氣分流器進(jìn)行分流處理,分流獲得二氧化碳進(jìn)行工業(yè)化肥制造;分流獲得的所述剩余反應(yīng)物質(zhì)進(jìn)入所述步驟1與所述脫硫處理獲得的所述多型燃料混合再次進(jìn)行所述電堆反應(yīng);分流獲得的所述反應(yīng)生成水經(jīng)過凈化器處理用于步驟2中或用于生產(chǎn)、生活用水。[0027] 優(yōu)選的,所述電池堆為SOFC電池堆,所述電堆模塊連接整流/逆變裝置,所述燃料和所述氧化劑傳輸至所述電堆模塊經(jīng)過電堆反應(yīng)產(chǎn)生電能、熱能及反應(yīng)產(chǎn)物,所述電能經(jīng)過所述整流/逆變裝置的轉(zhuǎn)換傳輸至電能輸出模塊,用于日常生產(chǎn)、生活和交通。[0028] 經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知,與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明公開提供了一種通用型固體氧化物燃料電池集成系統(tǒng)及工作方法,首先對(duì)燃料及反應(yīng)剩余物質(zhì)進(jìn)行處理混合獲得反應(yīng)燃料,然后對(duì)反應(yīng)燃料和反應(yīng)所需的氧化劑進(jìn)行預(yù)熱和加熱處理,升溫至反應(yīng)所需的設(shè)定溫度,然后將反應(yīng)燃料輸送至電堆模塊的SOFC電池堆陽極,氧化劑輸送至SOFC電池堆陰極,實(shí)現(xiàn)陽極和陰極的電堆反應(yīng),產(chǎn)生電能、熱能和剩余反應(yīng)物質(zhì),電能和熱能可以直接用于生產(chǎn)、生活,剩余反應(yīng)物質(zhì)經(jīng)過分流處理后可用于生產(chǎn)、生活和電堆反應(yīng)原料,當(dāng)需要增加電能輸出時(shí)可以通過熱電轉(zhuǎn)換模塊將產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換為電能輸出,保證生產(chǎn)、生活所需。附圖說明[0029] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例,對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下,還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。[0030] 圖1附圖為本發(fā)明提供的通用型固體氧化物燃料電池集成系統(tǒng)連接關(guān)系示意圖。具體實(shí)施方式[0031] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖,對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例?;诒景l(fā)明中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。[0032] 本發(fā)明實(shí)施例公開了一種通用型固體氧化物燃料電池集成系統(tǒng),包括:氧化劑供應(yīng)模塊、燃料供應(yīng)模塊、換熱模塊、電堆模塊、附屬能量轉(zhuǎn)換及輸出模塊、SOFC控制模塊;氧化劑供應(yīng)模塊向換熱模塊供應(yīng)氧化劑,燃料供應(yīng)模塊向換熱模塊供應(yīng)燃料;換熱模塊對(duì)氧化劑和燃料加熱后傳輸至電堆模塊進(jìn)行電堆反應(yīng),反應(yīng)產(chǎn)物和熱能傳輸至附屬能量轉(zhuǎn)換及輸出模塊;附屬能量轉(zhuǎn)換及輸出模塊對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行處理并輸送至換熱模塊,經(jīng)過換熱模塊熱處理傳輸至燃料供應(yīng)模塊;附屬能量轉(zhuǎn)換及輸出模塊對(duì)熱能進(jìn)行熱電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電能并輸出;SOFC控制模塊電連接至氧化劑供應(yīng)模塊、燃料供應(yīng)模塊、換熱模塊、電堆模塊和附屬能量轉(zhuǎn)換及輸出模塊。[0033] 為了進(jìn)一步優(yōu)化上述技術(shù)方案,氧化劑供應(yīng)模塊設(shè)置有壓縮機(jī)一,通過壓縮機(jī)一將氧化劑輸送至換熱模塊。[0034] 為了進(jìn)一步優(yōu)化上述技術(shù)方案,燃料供應(yīng)模塊包括依次連接設(shè)置的通用型重整/裂解裝置、脫硫裝置、干燥裝置、壓縮機(jī)二和混合器;燃料經(jīng)過通用型重整/裂解裝置進(jìn)行重整和裂解,然后經(jīng)過脫硫裝置的脫硫處理和干燥裝置的干燥處理再通過壓縮機(jī)二輸送至混合器,經(jīng)過混合器將處理后燃料輸送至換熱模塊。[0035] 為了進(jìn)一步優(yōu)化上述技術(shù)方案,換熱模塊包括預(yù)熱器一、預(yù)熱器二、預(yù)熱器三、加熱器一、加熱器二、溫控閥門和蒸汽發(fā)生器;壓縮機(jī)一連接預(yù)熱器一,向預(yù)熱器一輸送氧化劑;混合器連接預(yù)熱器二,向預(yù)熱器二輸送處理后的燃料;預(yù)熱器一連接加熱器一,預(yù)熱器二連接加熱器二;溫控閥門連接預(yù)熱器二;預(yù)熱器三連接附屬能量轉(zhuǎn)換及輸出模塊和蒸汽發(fā)生器;蒸汽發(fā)生器連接混合器;加熱器一、加熱器二和溫控閥門連接電堆模塊。溫控閥門連接電堆模塊的SOFC電池堆,感受電堆模塊溫度變化,并傳輸電堆反應(yīng)產(chǎn)生的熱能至預(yù)熱器一和預(yù)熱器二。[0036] 為了進(jìn)一步優(yōu)化上述技術(shù)方案,附屬能量轉(zhuǎn)換及輸出模塊包括熱電轉(zhuǎn)換模塊、內(nèi)燃機(jī)二、內(nèi)燃驅(qū)動(dòng)設(shè)備、工業(yè)化肥制造設(shè)備、尾氣分流器和凈化器;電堆模塊分別連接熱電轉(zhuǎn)換模塊、內(nèi)燃機(jī)二和尾氣分流器;內(nèi)燃機(jī)二連接內(nèi)燃?xì)怛?qū)動(dòng)設(shè)備;尾氣分流器連接工業(yè)化肥制造設(shè)備、凈化器和干燥裝置;凈化器連接預(yù)熱器三。尾氣分流器接收電堆模塊輸送的反應(yīng)產(chǎn)物,分流出二氧化碳傳輸至工業(yè)化肥制造設(shè)備進(jìn)行工業(yè)化肥生產(chǎn);分流出剩余燃料反應(yīng)物質(zhì)傳輸至燃料供應(yīng)模塊的干燥裝置再次參與電堆反應(yīng)產(chǎn)生電能和熱能,實(shí)現(xiàn)燃料的充分利用;分流出水經(jīng)過凈化器進(jìn)行凈化,依次回傳經(jīng)過預(yù)熱器三和蒸汽發(fā)生器最終傳輸至混合器,參與燃料的預(yù)熱和電堆反應(yīng),或者經(jīng)過凈化生成中水、供暖用水和工業(yè)用水等供日常生活使用。[0037] 為了進(jìn)一步優(yōu)化上述技術(shù)方案,SOFC控制模塊包括進(jìn)料控制模塊、熱管理模塊和電堆控制模塊;進(jìn)料控制模塊連接控制氧化劑供應(yīng)模塊和燃料供應(yīng)模塊;熱管理模塊連接控制換熱模塊;電堆控制模塊連接控制電堆模塊和附屬能量轉(zhuǎn)換及輸出模塊。[0038] 為了進(jìn)一步優(yōu)化上述技術(shù)方案,換熱模塊的加熱器一、加熱器二、溫控閥門和蒸汽發(fā)生器均安裝有溫度傳感器,加熱器一、加熱器二、溫控閥門、蒸汽發(fā)生器和溫度傳感器均與熱管理模塊電連接,向熱管理模塊發(fā)送溫度信息,熱管理模塊根據(jù)溫度信息控制加熱器一、加熱器二、溫控閥門和蒸汽發(fā)生器的開啟、關(guān)閉和調(diào)節(jié)。[0039] 為了進(jìn)一步優(yōu)化上述技術(shù)方案,氧化劑供應(yīng)模塊的壓縮機(jī)一上設(shè)置有壓力傳感器,壓縮機(jī)一和壓力傳感器均電連接進(jìn)料控制模塊,向進(jìn)料控制模塊發(fā)送壓力信息,并由進(jìn)料控制模塊根據(jù)壓力信息控制壓縮機(jī)一的開啟、關(guān)閉和調(diào)節(jié)。[0040] 為了進(jìn)一步優(yōu)化上述技術(shù)方案,燃料供應(yīng)模塊的多燃料存儲(chǔ)裝置和壓縮機(jī)二上安裝有壓力傳感器,脫硫裝置出口處安裝有成分檢測(cè)裝置;壓縮機(jī)二、壓力傳感器和成分檢測(cè)裝置均電連接進(jìn)料控制模塊,壓力傳感器和成分檢測(cè)裝置向進(jìn)料控制模塊發(fā)送壓力信息和成分檢測(cè)結(jié)果,進(jìn)料控制模塊根據(jù)壓力信息調(diào)節(jié)多然料存儲(chǔ)裝置的儲(chǔ)存燃料量和壓縮機(jī)二向混合器二輸送燃料的量,進(jìn)料控制模塊根據(jù)成分檢測(cè)結(jié)果控制燃料在脫硫裝置中的處理時(shí)間,保證燃料脫硫效果。[0041] 為了進(jìn)一步優(yōu)化上述技術(shù)方案,熱電轉(zhuǎn)換模塊包括依次連接的內(nèi)燃機(jī)一、發(fā)電機(jī)和整流器;內(nèi)燃機(jī)連接電堆模塊;發(fā)電機(jī)輸出交流電能,整流器輸出直流電能。內(nèi)燃機(jī)將電堆模塊提供的熱能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電,產(chǎn)生交流電用于日常生產(chǎn)和生活;發(fā)電機(jī)可以將產(chǎn)生的交流電傳輸至整流器,整流形成直流電,輸出用于日常生產(chǎn)和生活。[0042] 為了進(jìn)一步優(yōu)化上述技術(shù)方案,電堆模塊為SOFC電池堆,電堆模塊連接整流/逆變裝置,燃料和氧化劑傳輸至電堆模塊經(jīng)過電堆反應(yīng)產(chǎn)生電能、熱能及反應(yīng)產(chǎn)物,電能經(jīng)過整流/逆變裝置的轉(zhuǎn)換傳輸至電能輸出模塊,用于日常生產(chǎn)、生活和交通。SOFC電池堆上設(shè)置有壓力傳感器,與電堆控制模塊電連接,傳輸SOFC電池堆壓力信息,控制氧化劑和燃料的輸入量,控制電堆反應(yīng)進(jìn)度。[0043] 為了進(jìn)一步優(yōu)化上述技術(shù)方案,附屬能量轉(zhuǎn)換及輸出模塊的尾氣分流器安裝有成分檢測(cè)裝置,用于不同成分的檢測(cè)和分流;其中內(nèi)燃機(jī)一和內(nèi)燃機(jī)二電連接電堆控制模塊,由電堆控制模塊控制工作,從而控制電堆模塊向內(nèi)燃機(jī)一和內(nèi)燃機(jī)二傳輸?shù)臒崃窟M(jìn)行能量轉(zhuǎn)化處理。[0044] 為了進(jìn)一步優(yōu)化上述技術(shù)方案,附屬能量轉(zhuǎn)換及輸出模塊輸出直流和交流電能至電能輸出模塊,用于日常生活、汽車動(dòng)力和工廠生產(chǎn)制造等。[0045] 為了進(jìn)一步優(yōu)化上述技術(shù)方案,電堆模塊產(chǎn)生電能通過整流/逆變裝置對(duì)直流電進(jìn)行整流和逆變轉(zhuǎn)換用于日常生活、交通動(dòng)力和工廠生產(chǎn)制造等供能。[0046] 為了進(jìn)一步優(yōu)化上述技術(shù)方案,凈化器利用反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過尾氣分流器處理輸出的水進(jìn)行進(jìn)一步凈化處理,形成中水、供暖用水和工業(yè)用水,用于日常生活和生產(chǎn)。[0047] 電池集成系統(tǒng)工作方法,包括如下具體過程:[0048] S1:多型燃料經(jīng)過重整或裂解再脫硫處理,混合剩余反應(yīng)物質(zhì)進(jìn)行干燥處理獲得混合燃料;多型燃料和剩余反應(yīng)物質(zhì)在燃料供應(yīng)模塊進(jìn)行處理,多型燃料經(jīng)過通用型重整/裂解裝置進(jìn)行重整或裂解,然后進(jìn)入脫硫裝置進(jìn)行脫硫處理,可使用堿性物質(zhì)作為脫硫劑,利用中和反應(yīng)去除燃料中的含硫物質(zhì),脫硫可避免SOFC電池堆陽極出現(xiàn)硫中毒的現(xiàn)象;[0049] 脫硫后燃料需進(jìn)入干燥裝置進(jìn)行干燥處理去除中和反應(yīng)產(chǎn)生的水,獲得干燥后燃料,避免對(duì)后續(xù)非反應(yīng)用機(jī)械裝置的腐蝕和熱換模塊反應(yīng)溫度的影響;[0050] 進(jìn)入干燥裝置前的燃料,除原始燃料脫硫后的一級(jí)燃料(即沒有經(jīng)過電堆反應(yīng)的燃料)外,還包括由附屬能量轉(zhuǎn)換及輸出模塊傳輸?shù)亩?jí)燃料(即剩余反應(yīng)物質(zhì),是經(jīng)過電堆反應(yīng)后還可以進(jìn)入電堆發(fā)生二次氧化還原反應(yīng)的尾氣成分);[0051] S2:將混合燃料和反應(yīng)生成水進(jìn)行一級(jí)預(yù)熱,干燥后的混合燃料經(jīng)過壓縮機(jī)二壓縮進(jìn)入混合器,同時(shí)經(jīng)過電堆反應(yīng)傳輸至附屬能量轉(zhuǎn)換及輸出模塊經(jīng)過凈化的反應(yīng)生成水,經(jīng)過預(yù)熱器三進(jìn)行預(yù)熱再經(jīng)過蒸汽發(fā)生器生成水蒸氣(蒸汽發(fā)生器生成的水蒸氣溫度通常低于電堆反應(yīng)的理想溫度,所以還需要再進(jìn)行加熱,由于直接采用加熱器加熱時(shí)需要額外的能量,因此電池系統(tǒng)利用自身電堆反應(yīng)產(chǎn)生的熱能進(jìn)行預(yù)熱),水蒸氣進(jìn)入混合器與混合燃料混合后進(jìn)入換熱模塊的預(yù)熱器二,進(jìn)行一級(jí)預(yù)熱(預(yù)熱的能量來自于電堆模塊的電堆反應(yīng)產(chǎn)生的附加熱量);[0052] S3:將進(jìn)行一級(jí)預(yù)熱處理后的混合燃料和水蒸汽輸送至換熱模塊的加熱器二進(jìn)行二級(jí)加熱處理,到達(dá)設(shè)定溫度后,獲得電堆陽極反應(yīng)物并輸送至電堆模塊的SOFC電池堆陽極;[0053] S4:氧化劑供應(yīng)模塊將氧化劑(空氣、氧氣或其它氧化劑)通過壓縮機(jī)一壓縮輸送至換熱模塊的預(yù)熱器一經(jīng)過一級(jí)預(yù)熱,再輸送至加熱器一進(jìn)行二級(jí)加熱到達(dá)所述設(shè)定溫度后,獲得電堆陰極反應(yīng)物,并輸送至電堆模塊的SOFC電池堆陰極;參與電堆反應(yīng)的氧化劑和燃料必須達(dá)到一定的理想溫度,因此需要對(duì)氧化劑進(jìn)行加熱,其中進(jìn)行一級(jí)預(yù)熱的預(yù)熱器一的熱能來自電池系統(tǒng)自身的電堆反應(yīng)產(chǎn)生的熱能,實(shí)現(xiàn)了能量的二次利用;[0054] S5:SOFC電池堆的陽極和陰極發(fā)生電堆反應(yīng),輸出電能、反應(yīng)產(chǎn)物和熱能;電堆模塊的SOFC電池堆的陽極和陰極發(fā)生電堆反應(yīng)輸出的直流電能,經(jīng)過整流/逆變裝置進(jìn)行轉(zhuǎn)換后傳輸至電能輸出模塊做家庭供電、交通供電或者工業(yè)生產(chǎn);[0055] S6:對(duì)于反應(yīng)產(chǎn)物和熱能進(jìn)行附屬能量轉(zhuǎn)換,反應(yīng)產(chǎn)物生成剩余反應(yīng)物質(zhì)和反應(yīng)生成水分別進(jìn)入S1和S2中實(shí)現(xiàn)循環(huán)參與電堆反應(yīng);熱能進(jìn)行熱電轉(zhuǎn)換生成電能;[0056] 反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過尾氣分流器進(jìn)行分流處理,分流獲得二氧化碳進(jìn)行工業(yè)化肥制造,分流獲得的剩余反應(yīng)物質(zhì)進(jìn)入S1與脫硫處理獲得的所述多型燃料混合再次進(jìn)行電堆反應(yīng),分流獲得的所述反應(yīng)生成水經(jīng)過凈化器處理用于S2中或用于作為中水、供暖用水、工業(yè)用水使用;[0057] 電堆反應(yīng)輸出的熱能傳輸至附屬能量轉(zhuǎn)換及輸出模塊,可作用內(nèi)燃機(jī)二然后轉(zhuǎn)換為機(jī)械能作用于內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備,如傳統(tǒng)汽車、輪船等;或者通過熱電轉(zhuǎn)換模塊,經(jīng)過內(nèi)燃機(jī)一轉(zhuǎn)換為機(jī)械能,然后經(jīng)過發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能,發(fā)電機(jī)端產(chǎn)生的交流電可輸出到電能輸出模塊,供交流用電設(shè)備正常運(yùn)行;生成的交流電也可經(jīng)過整流器整流后轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姾筝敵龅诫娔茌敵瞿K。[0058] 為了進(jìn)一步優(yōu)化上述技術(shù)方案,集成系統(tǒng)還包括SOFC控制模塊,SOFC控制模塊作為整個(gè)集成系統(tǒng)工作的主控器,主要包括進(jìn)料控制模塊、熱管理模塊和電堆控制模塊;[0059] 進(jìn)料控制模塊:主要包括檢測(cè)燃料存儲(chǔ)裝置內(nèi)的壓力傳感器,判斷燃料存儲(chǔ)量是否充足;通過成分檢測(cè)裝置檢測(cè)脫硫裝置中硫成分是否在限定值以下;檢測(cè)燃料供應(yīng)模塊的用于壓縮輸送混合燃料的壓縮機(jī)二與氧化劑供應(yīng)模塊用于壓縮輸送空氣(氧氣)等氧化劑的壓縮機(jī)一,通過壓力傳感器檢測(cè)壓縮機(jī)一和壓縮機(jī)二的壓力值是否大于設(shè)定最低值,如果小于或等于設(shè)定最低值則判定壓縮機(jī)損壞;[0060] 換熱模塊:主要包括燃料兩級(jí)加熱、(水)蒸汽兩級(jí)加熱和溫度調(diào)控;[0061] 電堆反應(yīng)生成的水,經(jīng)過凈化后伴隨著熱量和反應(yīng)物循環(huán)與燃料混合后進(jìn)入熱換模塊,附屬能量及轉(zhuǎn)換模塊輸出的凈化的水通過蒸汽發(fā)生器生成水蒸氣,水蒸氣的溫度通常低于電堆反應(yīng)的理想溫度,所以需要進(jìn)行加熱,通過預(yù)熱器進(jìn)行一級(jí)預(yù)熱,預(yù)熱器的能量來自電堆反應(yīng)生成的熱量,實(shí)現(xiàn)能量的二次利用,避免了采用加熱器直接加熱時(shí)需要輸入額外的能量,節(jié)省能源,同時(shí)為避免過度預(yù)熱增加了溫控閥門,來調(diào)節(jié)電堆模塊向預(yù)熱器傳遞的熱量;然后再經(jīng)過加熱器實(shí)現(xiàn)混合后的燃料和水蒸氣的二次加熱,達(dá)到電堆反應(yīng)的所需溫度;[0062] 電堆控制模塊:主要包括通過壓力傳感器檢測(cè)的電池陰極入口處空氣的分布密度判斷,監(jiān)督空氣可以均勻的到達(dá)個(gè)單體;[0063] 進(jìn)行熱電分配,根據(jù)用電需求功率判斷電堆的工作模式,當(dāng)需求比較小時(shí),可提前停止電堆反應(yīng),電堆生成的電能輸出到電能輸出模塊的用戶端,剩下需求電能可利用電堆反應(yīng)生成的通過附屬熱能通過熱電轉(zhuǎn)換模式生成電能輔助實(shí)現(xiàn)需求電能供應(yīng);當(dāng)需求功率較大時(shí),在電堆持續(xù)工作的同時(shí)在附屬能量轉(zhuǎn)換及輸出模塊利用電堆反應(yīng)產(chǎn)生的熱能進(jìn)行熱電轉(zhuǎn)換模塊工作,增大電能輸出功率。[0064] 附屬能量轉(zhuǎn)換及輸出模塊的熱電轉(zhuǎn)換模塊:[0065] 1)避免能源浪費(fèi):提高電堆反應(yīng)附屬輸出熱能的再利用,電堆反應(yīng)生成的熱量可以通過熱電轉(zhuǎn)換裝置直接轉(zhuǎn)換為用戶端所需的電能,包括直流電和交流電;[0066] 2)提高電能輸出能力:電堆的輸出能量與電堆系統(tǒng)本身容量有關(guān),需求的輸出能量越高,對(duì)電堆的容量需求越大,成本越高。當(dāng)電堆設(shè)備的成本確定以后,基本電能的輸出能量也就確定了,為了節(jié)約成本實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的電能輸出變化,采用熱電轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)電能供應(yīng)變化;[0067] 當(dāng)用戶端用電需求大于電堆額定輸出功率時(shí),熱電轉(zhuǎn)換模塊可以憑借電堆反應(yīng)產(chǎn)生的熱能輔助發(fā)電,熱能驅(qū)動(dòng)熱電轉(zhuǎn)換模塊的內(nèi)燃機(jī)工作產(chǎn)生機(jī)械能,機(jī)械能帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生交流電作用于用戶端交流用電設(shè)備,同時(shí)也可以將交流電經(jīng)過整流器整流為直流電作用于用戶端直流用電設(shè)備;[0068] 3)可根據(jù)用戶端直流/交流用電需求,調(diào)整對(duì)熱電轉(zhuǎn)換模塊的熱能供應(yīng),以及發(fā)電機(jī)和整流器的工作狀態(tài),從而調(diào)節(jié)直流電和交流電的輸出量。[0069] 本說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述,每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處,各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。對(duì)于實(shí)施例公開的裝置而言,由于其與實(shí)施例公開的方法相對(duì)應(yīng),所以描述的比較簡(jiǎn)單,相關(guān)之處參見方法部分說明即可。[0070] 對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明,使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的,本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下,在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此,本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例,而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。



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“通用型固體氧化物燃料電池集成系統(tǒng)及工作方法” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究,如用于商業(yè)用途,請(qǐng)聯(lián)系該技術(shù)所有人。
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