阅读说明：本技术 一种基于燃料电池联合发电的垃圾处理系统及方法 (Garbage disposal system and method based on fuel cell combined power generation ) 是由 张纯 杨玉 白文刚 张一帆 李红智 姚明宇 于 2020-07-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于燃料电池联合发电的垃圾处理系统及方法,包括垃圾气化子系统和燃料电池联合发电子系统,垃圾气化子系统包括垃圾气化炉、净化系统和废热锅炉,燃料电池联合发电子系统包括预热器、空气压缩机、空气预热器、燃料电池、逆变器、燃烧室、余热锅炉和热力发电系统,垃圾气化子系统将垃圾进行气化,实现垃圾的减量化,燃料电池联合发电子系统将垃圾气化气中可燃气体的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能,未反应的可燃气体燃烧后通过热力发电系统进行发电,尾气用于预热垃圾气化气和空气,该系统可以实现对垃圾的高效利用。(The invention discloses a garbage treatment system and method based on fuel cell combined power generation, which comprises a garbage gasification subsystem and a fuel cell combined power generation subsystem, wherein the garbage gasification subsystem comprises a garbage gasification furnace, a purification system and a waste heat boiler, the fuel cell combined power generation subsystem comprises a preheater, an air compressor, an air preheater, a fuel cell, an inverter, a combustion chamber, a waste heat boiler and a thermal power generation system, the garbage gasification subsystem gasifies garbage to reduce the garbage, the fuel cell combined power generation subsystem converts Gibbs free energy part in chemical energy of combustible gas in the garbage gasification gas into electric energy, unreacted combustible gas is combusted and then generates power through the thermal power generation system, tail gas is used for preheating the garbage gasification gas and air, and the system can realize high-efficiency utilization of the garbage.)

一种基于燃料电池联合发电的垃圾处理系统及方法

技术领域

本发明涉及城市生活垃圾处理技术领域，特别涉及一种基于燃料电池联合发电的垃圾处理系统及方法。

背景技术

随着我国社会经济的快速发展，城市化进程加快和人民生活水平的提高，城市生活过程中产生的垃圾也迅速增加，城市生活垃圾处理引起社会各界广泛关注。目前城市生活垃圾的处理方法主要有堆肥、填埋和焚烧三种。其中，填埋会产生沼气和垃圾渗滤液等，其中的有害成分对大气、土壤、地表水体和地下水造成严重污染，破坏生态环境甚至危害人体健康。垃圾焚烧技术对垃圾进行焚烧处理减容，存在利用效率低，环境污染较严重等问题。

固体氧化物燃料电池，对燃料的适应性强，能在多种燃料包括碳基燃料的情况下运行，能提供高品质余热，实现热电联产，燃料利用率高，能量利用率高达80％左右。

在已经公开的文献中，CN21685639U、CN110423679A和CN110029044A介绍了厨余垃圾发酵后产生的气体用于燃料电池发电技术，CN106602118A介绍了垃圾热解气体用于燃料电池发电技术，目前尚未有将垃圾气化后，将垃圾气化气用燃料电池发电的报道。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于燃料电池联合发电的垃圾处理系统及方法，该系统及方法能实现垃圾的减量无害处理。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于燃料电池联合发电的垃圾处理系统，包括垃圾气化子系统和燃料电池联合发电子系统；

所述的垃圾气化子系统包括垃圾气化炉1、净化系统2和废热锅炉11，所述的垃圾气化炉1的气体出口与净化系统2的入口相连通，所述的废热锅炉11的冷侧出口与垃圾气化炉1的气体入口相连通；

所述的燃料电池联合发电子系统包括预热器3，所述的预热器3冷侧出口与燃料电池6的阳极入口相连通，燃料电池6的阳极出口与燃烧室7相连通，空气压缩机4的出口与空气预热器5的冷侧入口相连通，空气预热器5的冷侧出口与燃料电池6的阴极入口相连通进入，燃料电池6的阴极出口与燃烧室8相连通，所述的燃料电池6的阳极出口与燃烧室8相连通，燃烧室8的出口与余热锅炉9热侧入口相连通，余热锅炉9热侧出口与废热锅炉11的热侧入口相连通，废热锅炉11的热侧出口与预热器3的热侧入口相连通，预热器3的热侧出口与空气预热器5的热侧入口相连通，燃料电池4的阳极电极和阴极电极与逆变器5相连通，所述的余热锅炉9的冷侧出口与热力发电系统10的入口相连通，热力发电系统10的出口与余热锅炉9的冷侧入口相连通；

所述的净化系统2的出口连接在预热器3上。

所述的预热器3冷侧出口与燃烧室6的入口相连通。

所述的空气预热器5冷侧出口与垃圾气化炉1的气体入口相连通。

所述的进入燃料电池6阴极的空气相对于进入燃料电池6阳极的垃圾气化气是过量的。

所述的余热锅炉9为立式余热锅炉。

所述的废热锅炉11为卧式废热锅炉。

所述的预热器3为板式换热器或管壳式换热器。

所述的空气压缩机4为多级离心或轴流式压缩机。

一种基于燃料电池联合发电的垃圾处理方法，包括以下步骤；

给水经过废热锅炉11后生成蒸汽进入垃圾气化炉1，空气经过空气压缩机4加压后进入空气预热器5预热，预热后的空气进入垃圾气化炉1，垃圾进入垃圾气化炉1与蒸汽和空气发生气化反应，产生的垃圾气化气进入净化系统2，灰渣从垃圾气化炉1下部排出；

垃圾气化气经过净化系统2净化后，经过预热器3的冷侧进行预热，进入燃料电池6的阳极，空气经过空气压缩机4加压和空气预热器5的预热后，进入燃料电池6的阴极，垃圾气化气和空气在燃料电池6中反应，反应后的气体进入燃烧室8燃烧，如果反应后的垃圾气化气中可燃气体含量太低，不足以支持燃烧，一部分垃圾气化气从预热器3的冷侧后直接进入燃烧器8，保证燃烧器8中可以稳定燃烧，燃料电池6的阴极电极和阳极电极输出电力到逆变器7，燃烧后的烟气进入余热锅炉9的热侧，加热冷侧的工质，加热后的工质回到热力发电系统10中做功发电，做功后的工质再回到余热锅炉9的冷侧吸热，余热锅炉9热侧排出的烟气进入废热锅炉11的热侧，加热冷侧的给水，产生蒸汽，供垃圾气化炉1使用，废热锅炉11的热侧排出的烟气进入预热器3的热侧预热垃圾气化气，之后进入空气预热器5的热侧预热空气，最后去尾气处理。

所述的垃圾气化气经过预热器3预热到450℃，空气经过空气压缩机4加压到3MPa，经过空气预热器5预热到450℃。

优选的，燃料电池6选用固体氧化物燃料电池。

优选的，热力发电系统10选用超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统。

本发明的有益效果：

本发明所述的一种基于燃料电池联合发电的垃圾处理系统及方法在具体操作时，将城市生活垃圾气化，生成少量的灰渣，实现垃圾的减量化，在气化过程中，气化温度很高，反应后氧的含量很低，可以降低二噁英的生成，由于燃料电池是通过电化学反应把垃圾气化气中可燃气体的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高；垃圾气化气中未反应的可燃气体燃烧后，通过热力发电系统发电，可燃气体不足时，可以从预热器冷侧后引垃圾气化气到燃烧室，保证燃烧，尾气用于预热垃圾气化气和空气，得到了充分的利用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中，1为垃圾气化炉、2为净化系统、3为预热器、4为空气压缩机、5为空气预热器、6为燃料电池、7为逆变器、8为燃烧室、9为余热锅炉、10为热力发电系统、11为废热锅炉。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，给水经过废热锅炉11后产生3MPa、234℃的蒸汽进入垃圾气化炉1，空气经过空气压缩机4加压到3MPa，经过空气预热器5预热到450℃，进入垃圾气化炉1，垃圾进入垃圾气化炉1与蒸汽和空气发生气化反应，产生的垃圾气化气进入净化系统2，灰渣从垃圾气化炉1下部排出。

垃圾气化气经过净化系统2净化后，经过预热器3的冷侧预热到450℃，进入燃料电池6的阳极，空气经过空气压缩机4加压到3MPa，经过空气预热器5预热到450℃，进入燃料电池6的阴极，垃圾气化气和空气在燃料电池6中反应，阳极电极和阴极电极将电力输送个逆变器7，反应后的垃圾气化气中还有一定量的可燃气体，反应后的空气中还有一定量的氧气，反应后的垃圾气化气和空气进入燃烧室8内，垃圾气化气在燃烧室8内燃烧放热，如果反应后的垃圾气化气中可燃气体含量太低，不足以支持燃烧，一部分垃圾气化气从预热器3的冷侧后直接进入燃烧器8，保证燃烧器8中可以稳定燃烧，燃烧后的烟气进入余热锅炉9的热侧，加热冷侧的工质，加热后的工质回到热力发电系统10中做功发电，做功后的工质再回到余热锅炉9的冷侧吸热，余热锅炉9热侧排出的烟气进入废热锅炉11的热侧，加热冷侧的给水，产生3MPa、234℃的蒸汽，供垃圾气化炉1使用，废热锅炉11的热侧排出的烟气进入预热器3的热侧预热垃圾气化气，之后进入空气预热器5的热侧预热空气，最后去尾气处理。