固体氧化物燃料电池与热风炉的热电联供系统的制作方法

本技术涉及炼铁，具体而言，涉及一种固体氧化物燃料电池与热风炉的热电联供系统。

背景技术：

1、固体氧化物燃料电池是一种将燃料与氧化剂中的化学能直接转换成电能的全固体电化学发电装置。与火力发电等常规发电装置相比，废气中不会产生nox等污染物，而且发电效率不受卡诺循环的限制，能量转化率可达到50%-60%。固体氧化物燃料电池尾气温度高，通过热电联供可以使整个系统的效率达到80%以上。固体氧化物燃料电池具有良好的燃料适用性，如甲醇、合成气、焦炉煤气、高炉煤气等都可以作为燃料。固体氧化物燃料电池具有其他燃料电池所不具备的多种优点，被广泛应用到大、中、小型发电站，移动式、便携式电源，以及军事、航天等领域。

2、钢铁联合企业在钢铁生产过程中存在大量的副产煤气资源—高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气。焦炉煤气主要成分为氢气、甲烷和一氧化碳，属于中热值燃气。高炉煤气主要成分为一氧化碳和氮气，属于低热值燃气。高炉煤气和焦炉煤气在冶金行业一般作为企业的自用燃气。当前由于炼铁产能利用率走低，高炉煤气被迫放散严重，利用情况不容乐观。高炉煤气直接放散会产生有毒气体，污染环境。因此二次能源中高炉煤气的有效利用是钢铁厂节能降耗的重中之重。

3、高炉富氧喷煤是高炉高效喷吹技术的发展方向，是提高喷煤量、改善喷吹效果的重要技术措施，它广泛地应用于高炉生产，是大幅度节焦的重要技术。随着富氧率的提高燃料消耗在下降，富氧量达4%（即鼓风中氧浓度达25%）时，吨铁可比能耗降低20kg标准煤。

4、热风炉是钢铁行业炼铁技术的重要工艺，承担着给高炉输送高温热风的职能。热风炉一般采用高炉煤气加焦炉煤气作燃料。现代热风炉在仅使用高炉煤气的条件下，采用预热助燃空气和煤气的方法，也可提高风温至1200~1300℃以上。

5、基于此，如何充分利用固体氧化物燃料电池的空气尾气、燃料尾气以及热风炉的高温烟气是目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种固体氧化物燃料电池与热风炉的热电联供系统，通过预热器利用热风炉高温烟气对热风炉燃料、助燃空气、电池燃料、富氧冷风进行预热处理，并将预热后的富氧冷风和电池燃料通入固体氧化物燃料电池进行发电，并将发电后的燃料电池空气尾气和燃料尾气通入热风炉进行燃烧，充分利用燃料尾气中的剩余化学能和空气尾气中的剩余热能，最终得到富氧热风送入高炉进行生产。

2、为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

3、本实用新型实施例提供了一种固体氧化物燃料电池与热风炉的热电联供系统，所述系统包括：热风炉；固体氧化物燃料电池，所述固体氧化物燃料电池的空气尾气和燃料尾气通入所述热风炉；热风炉燃料预热器，所述热风炉燃料预热器用于通过所述热风炉的高温烟气对热风炉燃料进行预热处理；电池燃料预热器，所述电池燃料预热器用于通过所述热风炉的高温烟气对所述固体氧化物燃料电池的电池燃料进行预热处理；助燃空气预热器，所述助燃空气预热器用于通过所述热风炉的高温烟气对助燃空气进行预热处理，所述助燃空气用于通入所述热风炉并对所述热风炉燃料起到助燃作用；燃料电池空气预热器，所述燃料电池空气预热器用于通过所述热风炉的高温烟气对通入所述固体氧化物燃料电池的富氧冷风进行预热处理，所述富氧冷风用于通入所述固体氧化物燃料电池和所述热风炉。

4、在本实用新型中，所述热风炉包括热风炉烟气出口、热风炉燃料入口，所述热风炉燃料预热器包括热风炉燃料预热器烟气入口、热风炉燃料预热器烟气出口、热风炉燃料预热器燃料入口和热风炉燃料预热器燃料出口，所述热风炉烟气出口和所述热风炉燃料预热器烟气入口相连接，所述热风炉燃料预热器燃料出口和所述热风炉燃料入口相连接。

5、在本实用新型中，所述热风炉还包括热风炉燃料尾气入口，所述电池燃料预热器包括电池燃料预热器烟气入口、电池燃料预热器烟气出口、电池燃料预热器燃料入口和电池燃料预热器燃料出口，所述固体氧化物燃料电池包括燃料电池燃料入口和燃料电池燃料尾气出口，所述热风炉烟气出口和所述电池燃料预热器烟气入口相连接，所述电池燃料预热器燃料出口和所述燃料电池燃料入口相连接，所述燃料电池燃料尾气出口和所述热风炉燃料尾气入口相连接。

6、在本实用新型中，所述热风炉还包括热风炉助燃空气入口，所述助燃空气预热器包括助燃空气预热器烟气入口、助燃空气预热器烟气出口、助燃空气预热器助燃空气入口和助燃空气预热器助燃空气出口，所述热风炉烟气出口和所述助燃空气预热器烟气入口相连接，所述助燃空气预热器助燃空气出口和所述热风炉助燃空气入口相连接。

7、在本实用新型中，所述热风炉还包括热风炉富氧冷风入口、热风炉富氧热风出口和热风炉空气尾气入口，所述燃料电池空气预热器包括燃料电池空气预热器烟气入口、燃料电池空气预热器烟气出口、燃料电池空气预热器富氧冷风入口和燃料电池空气预热器富氧冷风出口，所述固体氧化物燃料电池还包括燃料电池空气入口和燃料电池空气尾气出口，所述热风炉烟气出口和所述燃料电池空气预热器烟气入口相连接，所述燃料电池空气预热器富氧冷风出口和所述燃料电池空气入口相连接，所述燃料电池空气尾气出口和所述热风炉空气尾气入口相连接。

8、在本实用新型中，所述热风炉燃料至少包括净化后的焦炉煤气、高炉煤气中的任意一种。

9、在本实用新型中，所述固体氧化物燃料电池负极通入的气体至少包括净化后的焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气、氢气、天然气中的任意一种。

10、在本实用新型中，所述固体氧化物燃料电池正极通入的气体为富氧冷风。

11、在本实用新型中，所述富氧冷风的富氧率的取值范围为3%~8%。

12、在本实用新型中，所述热风炉燃料预热器、所述电池燃料预热器、所述助燃空气预热器和所述燃料电池空气预热器为板式换热器或管式换热器。

13、由上述技术方案可知，本实用新型至少具有如下优点和积极效果：

14、在本实用新型中，通过预热器利用热风炉高温烟气对热风炉燃料、电池燃料、助燃空气、富氧冷风进行预热处理，并将预热处理后的富氧冷风和电池燃料通入固体氧化物燃料电池进行发电，并将发电后的燃料电池空气尾气和燃料尾气通入热风炉进行燃烧，充分利用燃料尾气中的剩余化学能和空气尾气中的剩余热能，最终得到富氧热风送入高炉进行生产。

15、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

技术特征：

1.一种固体氧化物燃料电池与热风炉的热电联供系统，其特征在于，所述系统包括：

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热风炉包括热风炉烟气出口、热风炉燃料入口，所述热风炉燃料预热器包括热风炉燃料预热器烟气入口、热风炉燃料预热器烟气出口、热风炉燃料预热器燃料入口和热风炉燃料预热器燃料出口，所述热风炉烟气出口和所述热风炉燃料预热器烟气入口相连接，所述热风炉燃料预热器燃料出口和所述热风炉燃料入口相连接。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热风炉还包括热风炉燃料尾气入口，所述电池燃料预热器包括电池燃料预热器烟气入口、电池燃料预热器烟气出口、电池燃料预热器燃料入口和电池燃料预热器燃料出口，所述固体氧化物燃料电池包括燃料电池燃料入口和燃料电池燃料尾气出口，所述热风炉烟气出口和所述电池燃料预热器烟气入口相连接，所述电池燃料预热器燃料出口和所述燃料电池燃料入口相连接，所述燃料电池燃料尾气出口和所述热风炉燃料尾气入口相连接。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热风炉还包括热风炉助燃空气入口，所述助燃空气预热器包括助燃空气预热器烟气入口、助燃空气预热器烟气出口、助燃空气预热器助燃空气入口和助燃空气预热器助燃空气出口，所述热风炉烟气出口和所述助燃空气预热器烟气入口相连接，所述助燃空气预热器助燃空气出口和所述热风炉助燃空气入口相连接。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热风炉还包括热风炉富氧冷风入口、热风炉富氧热风出口和热风炉空气尾气入口，所述燃料电池空气预热器包括燃料电池空气预热器烟气入口、燃料电池空气预热器烟气出口、燃料电池空气预热器富氧冷风入口和燃料电池空气预热器富氧冷风出口，所述固体氧化物燃料电池还包括燃料电池空气入口和燃料电池空气尾气出口，所述热风炉烟气出口和所述燃料电池空气预热器烟气入口相连接，所述燃料电池空气预热器富氧冷风出口和所述燃料电池空气入口相连接，所述燃料电池空气尾气出口和所述热风炉空气尾气入口相连接。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述固体氧化物燃料电池正极通入的气体为所述富氧冷风。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热风炉燃料预热器、所述电池燃料预热器、所述助燃空气预热器和所述燃料电池空气预热器为板式换热器或管式换热器。

技术总结
本技术公开了一种固体氧化物燃料电池与热风炉的热电联供系统，涉及炼铁技术领域，所述系统包括：热风炉；固体氧化物燃料电池，固体氧化物燃料电池的空气尾气和燃料尾气通入所述热风炉；热风炉燃料预热器，热风炉燃料预热器用于对热风炉燃料进行预热处理；电池燃料预热器，用于对所述固体氧化物燃料电池的电池燃料进行预热处理；助燃空气预热器，用于对助燃空气进行预热处理；燃料电池空气预热器，燃料电池空气预热器用于对通入所述固体氧化物燃料电池的富氧冷风进行预热处理，富氧冷风用于通入固体氧化物燃料电池和热风炉。本技术通过预热器利用热风炉高温烟气，并将燃料电池空气尾气和燃料尾气通入热风炉，充分利用剩余化学能和热能。

技术研发人员：王朔,李鹏,何为,杨泽萌,卢新发,史晓东
受保护的技术使用者：北京首钢国际工程技术有限公司
技术研发日：20230505
技术公布日：2024/1/15