本实用新型专利技术公开了一种基于船舶柴油发电机与可逆燃料电池的集成系统，包括船舶柴油发电机、烟气换热器、水泵、水箱、凝汽器、汽轮机、发电机、燃烧器、可逆固体氧化物燃料电池、热交换器、氢气罐、氧气罐及相关阀等。将船舶柴油发电机与可逆固体氧化物燃料电池集成为一体，利用可逆固体氧化物燃料电池发电与电解模式的切换实现船舶柴油发电机工作工况的调节，同时实现船舶柴油发电机烟气余热的利用，保证船舶柴油发电机运行工况维持在较高效率区。同时可逆固体氧化物燃料电池可以利用船舶岸电进行电解储氢，以实现船舶在排放控制区的航行及负荷来源的多样选择，降低了船舶污染物的排放。
An integrated system based on marine diesel generator and reversible fuel cell
【技术实现步骤摘要】
一种基于船舶柴油发电机与可逆燃料电池的集成系统
本技术涉及船舶节能减排与燃料电池领域，具体涉及一种基于船舶柴油发电机与可逆燃料电池的集成系统。
技术介绍
船舶航运是最重要的交通运输方式之一，但船舶动力系统的节能减排问题并没有得到足够的重视。船舶排放污染主要来自柴油机与锅炉燃烧燃油产生的NOx、COx、SOx及颗粒物(PM)。据国际海事组织调查，2012年船舶航运业中排放的SOx和NOx分别占全球总排放的13％和14％。世界主要航线与港口区域PM2.5污染严重，而世界十大港口中我国有七个。2013年统计显示，我国仅靠港船舶排放SOx和NOx分别占全国总量的8.4％和11.3％，为第三大污染源。据统计，一艘符合最新船舶防污染规则的8000标箱集装箱船污染物排放量相当于50万辆小汽车的同时排放量。在船舶航运可持续发展的背景下，国务院和相关部委制定了《关于促进海运业健康发展的若干意见》、《水运节能减排总体推进实施方案》、《船舶发动机排气污染物排放限值及测量方法》等控制政策。与此同时，船舶节能减排的鼓励政策也密集出台，例如：低碳港口试点、推行低硫燃料与岸电补贴政策等等。其中，岸电补贴政策不但可实现船舶靠港零排放，还可利用补贴降低能耗成本，实现环保与经济效益的双赢。据不完全统计，几乎所有的船舶都是利用柴油机作为动力装置，但船用柴油机实际有效输出能量只有燃油燃烧总热量的30％～45％，剩余部分能量全部被烟气和冷却水带走。其中，被烟气带走的热量占燃料燃烧产生的总热量的比重为34.2％，且排气温度高达400℃，这表明回收船用柴油机烟气余热大有潜力，对这部分余热的充分利用是船舶节能的关键所在。目前，对于船用柴油机余热的回收方式有很多，包括余热制冷、供热以及发电等。其中余热制冷主要是基于吸收式制冷，供热则主要是针对船舶需求供给船舶热水或蒸汽，发电则主要是利用有机朗肯循环、卡列娜循环等。不管是制冷还是发电，均需额外增加附属设备，占用大量的船舶空间。同时，这些装置仅仅能实现余热的回收，达不到对柴油机负荷调节的功能。可逆固体氧化物电解池是固体氧化物燃料电池(SOFC)与固体氧化物燃料电解池(SOEC)的统一体，它可以运行在SOFC模式，也可以运行在SOEC模式，这种单个电池的双重运行模式，可以缓解和调控用电需求，特别是与船舶柴油发电机技术相结合。当柴油发电机发电出现剩余时，可逆固体氧化物燃料电池运行在SOEC模式，将剩余的电能和热能用于高温电解水蒸气，产生氢气，实现电能的储存问题，同时可以使船舶柴油机的运行工况保持在较高的效率区；当船舶靠港或柴油发电机无法供电或者供电量无法满足船舶的负荷需求时，可逆固体氧化物燃料电池运行在SOFC模式，将储备燃料中的化学能高效地转化为电能，对船舶用电负荷起到“削峰平谷”的作用；同时可以利用船舶岸电，实现环保与经济的双重目的。
技术实现思路
针对船舶航行负荷波动造成船舶柴油发电机运行在较低效率区，柴油发电机烟气余热利用困难以及船舶污染引起的减排控制等一系列问题，本技术提出一种基于船舶柴油发电机与可逆燃料电池的集成系统，将船舶柴油发电机与可逆固体氧化物燃料电池结合进行发电与电解制氢，实现了可逆固体氧化物燃料电池对柴油发电机负荷的调节以及烟气余热的利用，利用可逆固体氧化物燃料电池进行发电与电解制氢，解决了船舶污染排放以及排放控制区排放要求的问题，两者的集成简化了系统工艺，降低系统建设的投资成本，同时实现了能量的高效利用。该基于船舶柴油发电机与可逆燃料电池的集成系统主要由船舶柴油发电机、烟气换热器、水泵、水箱、凝汽器、汽轮机、发电机、燃烧器、可逆固体氧化物燃料电池、热交换器、氢气罐、氧气罐以及相关阀门组成。本技术采用如下的技术方案：所述船舶柴油发电机烟气出口与所述烟气换热器的热端入口相连，经过换热后的烟气排入大气或者进入其它烟气处理装置；所述烟气换热器冷端入口经所述水泵及阀与所述水箱出口连通，出口则连至所述热交换器冷端入口，利用船舶柴油发电机产生的烟气加热产生水蒸气；所述凝汽器入口连接至所述汽轮机的排汽出口，出口连接至水箱，所述凝汽器将汽轮机排出的水蒸气凝结成水后储存在水箱中；所述汽轮机与所述发电机同轴相连，汽轮机带动发电机进行发电；所述燃烧器入口分别经阀与所述可逆固体氧化物燃料电池阳极出口以及所述氧气罐出口相连，出口连接至汽轮机蒸汽入口，利用纯氧将可逆固体氧化物燃料电池发电过程中未反应的氢气进行燃烧生成高温水蒸气；所述可逆固体氧化物燃料电池阴极水蒸气入口与所述热交换器冷端出口相连，阴极氧气入口经阀与所述氧气罐出口相连，阴极出口连接至所述热交换器氢气入口端，阳极入口经阀与所述氢气罐出口相连，阳极出口连接至所述热交换器氧气入口端；所述热交换器氢气出口端经阀与所述氢气罐入口相连，氧气出口端则连接至所述氧气罐入口。与现有技术相比，本技术的有益效果是：(1)将船舶柴油发电机与可逆固体氧化物燃料电池集成，可以简化柴油发电机余热利用与可逆固体氧化物燃料电池之间热与电的设备组成，降低船舶柴油发电机余热利用和固体氧化物燃料电池独立运行的相对庞大、复杂的设备所带来的成本升高。(2)此系统可以利用可逆固体氧化物燃料电池回收船舶柴油发电机多余的电能与烟气余热，并生产氢气，克服了传统船舶柴油发电机余热回收的障碍。(3)可逆固体氧化物燃料电池可以调节船舶运行工况的变化，可以保证船舶柴油发电机工作在较高的效率区。(4)本装置可以利用岸电生产氢气，保证船舶进港以及排放控制区利用燃料电池发电以满足船舶电力需求，降低了污染物的排放。附图说明图1为本技术一种基于船舶柴油发电机与可逆燃料电池的集成系统的结构示意图。图中，1船舶柴油发电机，2烟气换热器，3水泵，4水箱，5凝汽器，6汽轮机，7发电机，8燃烧器，9可逆固体氧化物燃料电池，10热交换器，11氢气罐，12氧气罐，V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7控制阀。具体实施方式下面结合具体实施方式对本技术作进一步详细地描述。如图1所示，本技术一种基于船舶柴油发电机与可逆燃料电池的集成系统，包括船舶柴油发电机1、烟气换热器2、水泵3、水箱4、凝汽器5、汽轮机6、发电机7、燃烧器8、可逆固体氧化物燃料电池9、热交换器10、氢气罐11、氧气罐12以及控制阀V1～V7等部件。所述船舶柴油发电机1烟气出口与所述烟气换热器2热端入口相连；所述烟气换热器2热端出口通入大气或其它烟气处理装置，冷端入口与所述水泵3出口相连，冷端出口连接至所述热交换器10的冷端入口；所述水箱4入口与所述凝汽器5出口相连，出口经阀V1与所述水泵3入口相连；所述汽轮机6与所述发电机7同轴相连，所述汽轮机6排汽通至所述凝汽器5入口；所述燃烧器8燃料入口经阀V6与所述可逆固体氧化物燃料电池9阳极出口相连，氧气入口经阀V5与所述氧气罐12相连，燃料器出口蒸汽通至所述汽轮机6入口；所述可逆固体氧化物燃料电池9阴极水蒸气入口与所述热交换器10冷端出口连接，阴极氧气入口经阀V7与本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于船舶柴油发电机与可逆燃料电池的集成系统，包括：船舶柴油发电机、烟气换热器、水泵、水箱、凝汽器、汽轮机、发电机、燃烧器、可逆固体氧化物燃料电池、热交换器、氢气罐、氧气罐及相关阀件，其特征在于，/n船舶柴油发电机(1)烟气出口连接至烟气换热器(2)热端入口，烟气换热器(2)热端出口通入大气或其它烟气处理装置，冷端入口与水泵(3)出口相连，冷端出口连接至热交换器(10)的冷端入口，水箱(4)入口与凝汽器(5)出口相连，出口经阀(V1)与水泵(3)入口相连，汽轮机(6)与发电机(7)同轴相连，汽轮机(6)排汽通至凝汽器(5)入口，燃烧器(8)燃料入口经阀(V6)与可逆固体氧化物燃料电池(9)阳极出口相连，氧气入口经阀(V5)与氧气罐(12)相连，燃料器出口蒸汽通至汽轮机(6)入口，可逆固体氧化物燃料电池(9)阴极水蒸气入口与热交换器(10)冷端出口连接，阴极氧气入口经阀(V7)与氧气罐(12)出口相连，阴极氢气出口与热交换器(10)氢气入口端相连，阳极氧气出口与热交换器(10)氧气入口端相连，阳极氢气入口经阀(V4)与氢气罐(11)出口端相连，热交换器(10)氢气出口端经阀(V2)与氢气罐(11)入口相连，氧气出口端经阀(V3)与氧气罐(12)入口相连。/n...
【技术特征摘要】
1.一种基于船舶柴油发电机与可逆燃料电池的集成系统，包括：船舶柴油发电机、烟气换热器、水泵、水箱、凝汽器、汽轮机、发电机、燃烧器、可逆固体氧化物燃料电池、热交换器、氢气罐、氧气罐及相关阀件，其特征在于，
船舶柴油发电机(1)烟气出口连接至烟气换热器(2)热端入口，烟气换热器(2)热端出口通入大气或其它烟气处理装置，冷端入口与水泵(3)出口相连，冷端出口连接至热交换器(10)的冷端入口，水箱(4)入口与凝汽器(5)出口相连，出口经阀(V1)与水泵(3)入口相连，汽轮机(6)与发电机(7)同轴相连，汽轮机(6)排汽通至凝汽器(5)入口，燃烧器(8)燃料入口经阀(V6)与可逆固体氧化物燃料电池(9)阳极出口相连，氧气入口经阀(V5)与氧气罐(12)相连，燃料器出口蒸汽通至汽轮机(6)入口，可逆固体氧化物燃料电池(9)阴极水蒸气入口与热交换器(10)冷端出口连接，阴极氧气入口经阀(V7)与氧气罐(12)出口相连，阴极氢气出口与热交换器(10)氢...
【专利技术属性】
技术研发人员：王甫，袁金良，赵加佩，王家堂，苗鹤，张春飞，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33
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