燃料电池-燃气轮机顶层-底层循环联合发电系统技术方案

本实用新型专利技术公开了燃料电池‑燃气轮机顶层‑底层循环联合发电系统，其特征在于：包括顶层和底层燃料电池发电系统、燃料电池与燃气轮机联合发电系统；燃料电池与燃气轮机联合发电系统包括电动机、压气机、高压涡轮、低压涡轮、发电机、换热器；本实用新型专利技术中，顶层燃料电池发电系统的补偿燃烧室燃烧产生的高温高压气体通入高压涡轮，并将经过高压涡轮的降温气体在换热器处于来自底层燃料电池发电系统的催化燃烧室燃烧产生的高温高压气体汇合换热，再通入低压涡轮，提高进入低压涡轮气体的温度，从而大幅度提高燃气轮机的做功效率；高压涡轮和低压涡轮共同做功带动发电机发电。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池-燃气轮机顶层-底层循环联合发电系统
本技术属于燃料电池
和燃气轮机
，具体涉及一种燃料电池-燃气轮机顶层-底层循环联合发电系统。
技术介绍
传统的燃料利用方式是直接通过燃烧释放能量，将燃料的化学能转化为热能。燃料通过直接燃烧方式的优点在于：利用方式简单、直接、对技术要求不高，缺点是燃料利用率低，会大量产生二氧化碳以及其他有害气体，对环境造成破坏。随着化石能源的严重短缺以及环境质量的急剧下降，如何能够充分利用能源成为了当下研究重点。传统的燃气轮机动力依靠燃烧室产生高温高压气体，然而燃烧室运行环境苛刻，对材料的耐热性能等要求很高，制作精密程度极大，需要定期维护，经济成本高，效率较低。因此用燃料电池代替燃烧室，可以有效减少燃气轮机的经济成本，同时提高燃气轮机的做功效率。现有的燃料电池与燃气轮机混合系统中，缺少将顶层循环与底层循环联合起来的发电系统。
技术实现思路
针对现有技术以上缺陷或改进需求中的至少一种，本技术提供了一种燃料电池-燃气轮机顶层-底层循环联合发电系统，顶层燃料电池发电系统的补偿燃烧室燃烧产生的高温高压气体通入高压涡轮，并将经过高压涡轮的降温气体在换热器处于来自底层燃料电池发电系统的催化燃烧室燃烧产生的高温高压气体汇合换热，再通入低压涡轮，提高进入低压涡轮气体的温度，从而大幅度提高燃气轮机的做功效率；高压涡轮和低压涡轮共同做功带动发电机发电。为实现上述目的，按照本技术的一个方面，提供了一种燃料电池-燃气轮机顶层-底层循环联合发电系统，其特征在于：包括顶层和底层燃料电池发电系统、燃料电池与燃气轮机联合发电系统；顶层燃料电池发电系统包括甲烷供应装置、甲烷预重整器、氢氧燃料电池、补偿燃烧室；底层燃料电池发电系统包括甲烷供应装置、甲烷预重整器、氢氧燃料电池、催化燃烧室；所述氢氧燃料电池均包括阳极通道、阳极、阴极、阴极通道；燃料电池与燃气轮机联合发电系统包括电动机、压气机、高压涡轮、低压涡轮、发电机、换热器；顶层和底层燃料电池发电系统相同的结构为：甲烷供应装置通过甲烷流通管道连接甲烷预重整器，甲烷预重整器通过氢气流通管道与氢氧燃料电池的阳极通道相连，阳极通道设有阳极，阳极端部有固体氧化物电解质，电解质连接阴极，阴极端部连接有阴极通道，阴极通道连接有空气流通管道；所述压气机通过空气流通管道的第一支路连接顶层燃料电池发电系统的阴极通道，通过空气流通管道的第二支路连接底层燃料电池发电系统的阴极通道；顶层燃料电池发电系统中，氢氧燃料电池的阴极通道和阳极通道都通过尾气排出管道连接补偿燃烧室；补偿燃烧室燃烧产生的高温高压气体通入高压涡轮，推动高压涡轮做功，带动发电机发电；所述换热器分别连接高压涡轮、催化燃烧室、低压涡轮；底层燃料电池发电系统中，氢氧燃料电池的阴极通道和阳极通道都通过尾气排出管道连接催化燃烧室；催化燃烧室燃烧产生的高温高压气体通过所述换热器与来自高压涡轮排出的低温气体进行换热并通入低压涡轮，推动低压涡轮做功，带动发电机发电。优选地，所述甲烷流通管道通过卡套接头与甲烷预重整器相连。优选地，所述空气流通管道通过卡套接头与燃料电池阴极通道相连。优选地，所述氢气流通管道通过卡套接头与燃料电池阳极相连。优选地，所述氢气流通管道外部套有陶瓷管，起到保温隔热的作用。优选地，所述空气流通管道外部套有陶瓷管，起到保温隔热的作用。优选地，所述氢气流通管道为不锈钢材料铸造。优选地，所述空气流通管道为不锈钢材料铸造。优选地，所述甲烷流通管道为不锈钢材料铸造。优选地，所述尾气排出管道为不锈钢材料铸造。上述优选技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。总体而言，通过本技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：本技术的燃料电池-燃气轮机顶层-底层循环联合发电系统，顶层燃料电池发电系统的补偿燃烧室燃烧产生的高温高压气体通入高压涡轮，并将经过高压涡轮的降温气体在换热器处于来自底层燃料电池发电系统的催化燃烧室燃烧产生的高温高压气体汇合换热，再通入低压涡轮，提高进入低压涡轮气体的温度，从而大幅度提高燃气轮机的做功效率；高压涡轮和低压涡轮共同做功带动发电机发电。附图说明图1是本技术实施例的燃料电池-燃气轮机顶层-底层循环联合发电系统的结构示意图。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。此外，下面所描述的本技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本技术进一步详细说明。作为本技术的一种较佳实施方式，如图1所示，本技术提供一种燃料电池-燃气轮机顶层-底层循环联合发电系统，包括顶层和底层燃料电池发电系统、燃料电池与燃气轮机联合发电系统。顶层燃料电池发电系统包括甲烷供应装置、甲烷预重整器、氢氧燃料电池、补偿燃烧室；底层燃料电池发电系统包括甲烷供应装置、甲烷预重整器、氢氧燃料电池、催化燃烧室；所述氢氧燃料电池均包括阳极通道、阳极、阴极、阴极通道。燃料电池与燃气轮机联合发电系统包括电动机、压气机、高压涡轮、低压涡轮、发电机、换热器。顶层和底层燃料电池发电系统相同的结构为：甲烷供应装置通过甲烷流通管道连接甲烷预重整器，甲烷预重整器通过氢气流通管道与氢氧燃料电池的阳极通道相连，阳极通道设有阳极，阳极端部有固体氧化物电解质，电解质连接阴极，阴极端部连接有阴极通道，阴极通道连接有空气流通管道。所述压气机通过空气流通管道的第一支路连接顶层燃料电池发电系统的阴极通道，通过空气流通管道的第二支路连接底层燃料电池发电系统的阴极通道。顶层燃料电池发电系统中，氢氧燃料电池的阴极通道和阳极通道都通过尾气排出管道连接补偿燃烧室；补偿燃烧室燃烧产生的高温高压气体通入高压涡轮，推动高压涡轮做功，带动发电机发电。所述换热器分别连接高压涡轮、催化燃烧室、低压涡轮。底层燃料电池发电系统中，氢氧燃料电池的阴极通道和阳极通道都通过尾气排出管道连接催化燃烧室；催化燃烧室燃烧产生的高温高压气体通过所述换热器与来自高压涡轮排出的低温气体进行换热并通入低压涡轮，推动低压涡轮做功，带动发电机发电。优选地，所述甲烷流通管道通过卡套接头与甲烷预重整器相连。优选地，所述空气流通管道通过卡套接头与燃料电池阴极通道相连。优选地，所述氢气流通管道通过卡套接头与燃料电池阳极相连。优选地，所述氢气流通管道外部套有陶瓷管，起到保温隔热的作用。优选地，所述空气流通管道外部套有陶瓷管，起到保温隔热的作用。优选地，所述氢气流通管道为不锈钢材料铸造。优选地，所述空气流通管道为不锈钢材料铸造。优选地，所述甲烷流通管道本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.燃料电池-燃气轮机顶层-底层循环联合发电系统，其特征在于：包括顶层和底层燃料电池发电系统、燃料电池与燃气轮机联合发电系统；/n顶层燃料电池发电系统包括甲烷供应装置、甲烷预重整器、氢氧燃料电池、补偿燃烧室；底层燃料电池发电系统包括甲烷供应装置、甲烷预重整器、氢氧燃料电池、催化燃烧室；所述氢氧燃料电池均包括阳极通道、阳极、阴极、阴极通道；/n燃料电池与燃气轮机联合发电系统包括电动机、压气机、高压涡轮、低压涡轮、发电机、换热器；/n顶层和底层燃料电池发电系统相同的结构为：甲烷供应装置通过甲烷流通管道连接甲烷预重整器，甲烷预重整器通过氢气流通管道与氢氧燃料电池的阳极通道相连，阳极通道设有阳极，阳极端部有固体氧化物电解质，电解质连接阴极，阴极端部连接有阴极通道，阴极通道连接有空气流通管道；/n所述压气机通过空气流通管道的第一支路连接顶层燃料电池发电系统的阴极通道，通过空气流通管道的第二支路连接底层燃料电池发电系统的阴极通道；/n顶层燃料电池发电系统中，氢氧燃料电池的阴极通道和阳极通道都通过尾气排出管道连接补偿燃烧室；补偿燃烧室燃烧产生的高温高压气体通入高压涡轮，推动高压涡轮做功，带动发电机发电；/n所述换热器分别连接高压涡轮、催化燃烧室、低压涡轮；/n底层燃料电池发电系统中，氢氧燃料电池的阴极通道和阳极通道都通过尾气排出管道连接催化燃烧室；催化燃烧室燃烧产生的高温高压气体通过所述换热器与来自高压涡轮排出的低温气体进行换热并通入低压涡轮，推动低压涡轮做功，带动发电机发电。/n...

【技术特征摘要】
1.燃料电池-燃气轮机顶层-底层循环联合发电系统，其特征在于：包括顶层和底层燃料电池发电系统、燃料电池与燃气轮机联合发电系统；
顶层燃料电池发电系统包括甲烷供应装置、甲烷预重整器、氢氧燃料电池、补偿燃烧室；底层燃料电池发电系统包括甲烷供应装置、甲烷预重整器、氢氧燃料电池、催化燃烧室；所述氢氧燃料电池均包括阳极通道、阳极、阴极、阴极通道；
燃料电池与燃气轮机联合发电系统包括电动机、压气机、高压涡轮、低压涡轮、发电机、换热器；
顶层和底层燃料电池发电系统相同的结构为：甲烷供应装置通过甲烷流通管道连接甲烷预重整器，甲烷预重整器通过氢气流通管道与氢氧燃料电池的阳极通道相连，阳极通道设有阳极，阳极端部有固体氧化物电解质，电解质连接阴极，阴极端部连接有阴极通道，阴极通道连接有空气流通管道；
所述压气机通过空气流通管道的第一支路连接顶层燃料电池发电系统的阴极通道，通过空气流通管道的第二支路连接底层燃料电池发电系统的阴极通道；
顶层燃料电池发电系统中，氢氧燃料电池的阴极通道和阳极通道都通过尾气排出管道连接补偿燃烧室；补偿燃烧室燃烧产生的高温高压气体通入高压涡轮，推动高压涡轮做功，带动发电机发电；
所述换热器分别连接高压涡轮、催化燃烧室、低压涡轮；
底层燃料电池发电系统中，氢氧燃料电池的阴极通道和阳极通道都通过尾气排出管道连接催化燃烧室；催化燃烧室燃烧产生的高温高压气体通过所述换热器与来自高压涡轮排出的低温气体进行换热并通入低压涡轮，推动低压涡轮做功，带动发电机发电。


2.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔润鹏，何俊能，梁前超，杨凡，梁一帆，李梦杰，张洋，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42