天然气燃料电池的原理与应用

第22卷第5期煤气与热力417文章编号:1000-44162002)5-0417-0天然气燃料电池的原理与应用张涛〔中国市政工程华北设计研究院天津300074)摘要介绍了以天然气为能源的燃料电池的工作原理及应用前景。关键词夭然气燃料电池能源转换中图分类号:IM911.44文献标识码3(1)电池反应燃料电池是一种将燃料的化学能通过电化学反天然气为一种清洁、使用方便的能源。天然气应产生电能的装置。它是一种化学电池通过燃料燃料电池做为一种由化学能转化为电能的装置,以(氢气在电池内进行氧化还原反应产生电能电极其环保性能优良发电效率高等优势受到全世界的本身并不发生变化。燃料电池负极氢电极通入氢高度重视。下面介绍其原理及应用。气正极氧电极或称空气电极通入空气见图1)氢电极反应:H,-2H++2e2国外概况氧电极反应:2H++10,+2e--H,O燃料电池发明于19世纪,l893年英国人格罗夫电池反应:H2+2O—>HO设计建立了第一座燃料电池装置。20世纪60年代氢离子通过电池内电解质由氢电极到氧电极由于航天器和深海潜水器在特殊环境中的电源和动与氧反应生成HO电子经外电路流动产生电能。力的需要燃料电池被开发利用。阿波罗11号登月飞船所用的电能就是燃料电池产生的所用燃料是氢气。1970年美国开发生产出作为民用发电装置负荷一的燃料电池。1984年美国试制的40台40kW燃料电池开始在世界各地进行应用实验,992至1994年生成水间向世界提供了50台。1972年日本参加了美国燃料电池开发工程。1986年日本开始生产试制燃料氢离电池生产了50kW,100kW,200kW三种机型。日本某银行和水族馆已采用燃料电池发电系统。目前国外燃料电池技术正在快速发展并用于发电、仪器通信设备电池、电动汽车电源等。氢电极氧电极中国煤化工理图3燃料电池的基本原理及分类CNMHG(2)天然气燃料电池分类3.1燃料电池原理燃料电池按采用旳电解质可分为濋磷酸燃料电作着3-)男天津人高级工程师学士从事城市燃气工程的设计与研究工作418张涛天然气燃料电池的原理与应用2002年10月池PAFC嫆融碳酸盐燃料电池MCFC固体氧化物燃发电作为补充将十分方便。料电池SOFC三类。 MCFC SOFC技术尚未成熟操(7)成本偏高作温度在200℃左右的PAFC技术较成熟。目前天然气燃料电池投资费用比常规燃气发电(3)天然气燃料电池发电系统厂高岀一倍随着生产技术的发展最终目标可望降天然气燃料电池发电系统由4部分组成。低到现有价格的1/4~1/5。鉴于燃料电池设备具有1)燃料处理部分将天然气与水蒸气催化转化较高的发电效率人们会接受其略为偏高的价格。为氢气:CH4+2H2O—·4H2+CO22)由氢气和空气反应产生直流电的多电池单4开发天然气燃料电池的可行性元组合装置3)将燃料电池输岀的直流电转换成交流电的(1)天然气气源充足变换器;目前天津市天然气有大港气、陕甘宁气、华北4)热回收系统回收全系统放出的热量。气、渤西气,至2005年以后总供气量可达18.8亿3.2天然气燃料电池的特点m3/a以上。而目前天然气耗气量仅为3.43亿m/a(1)发电效率高民用与工业用气量比为5.5:4.5。2005年以后常规电厂一般通过三级能量转换才可得到电188亿m3/a的天然气的利用有4个途径海年发展能在能量的转换过程中每级都有损失所以电能的几万户天然气新用户现有部分煤制气逐步被天然转换效率低。燃料电池只有一级能量转換损失低,气替代大工厂、饭店等商业用户汧发新的天然其发电效率为40%,另外还有40%的热能回收利气利用领域。可见在提高用气量指标合理调节工用用于制冷、采暖及供热水系统其综合效率可达业与民用比例后,仍能给天然气燃料电池的开发和应用提供充足的气源。(2)环境污染小(2)技术储备的需要由于燃料电池本身是以电化学反应取代燃烧目前天然气汽车、天然气空调、采暖等技术已经所以几乎不产生NO.洞同时由于天然气不会产生在部分城市开发应用而天然气燃料电池在国内仍二氧化硫和其他污染物质其排出的CO2量也是最属空白。基于天津有建立局部无煤区采用燃气发低的所以对环境的污染很小电的设想因此对天然气燃料电池的开发研究是很(3)振动和噪声小有必要的。在目前气源充足的情况下,可以做一些由于燃料电池是以电化学反应产生电能没有研究实验。机械运转噪声和振动极小(3)用于电力、燃气调峰的手段(4)能连续供电建立天然气燃料电池发电站用于城市用气用与常规电池比常规电池是能量储存装置放电电的调峰。夏季是用电高峰用气低谷天然气燃料后需充电充电时间长燃料电池是发电或能源转换电池发电则能补充电力调节用气低谷。装置只要连续输入天然气就能不断输出电能此特点适用于汽车。建议(5)寿命长常规电池电极由于充电放电长期交替分化电1)把燃料电池开发作为重点资助项目加大极寿命较短。而燃料电池基本上是燃料在变化电投资极只起催化作用电极变化很小故寿命长。中国煤化工政策CNMHG成天然气燃料电池的(6)适用范围极为广阔研究小班对大然气‰科电池发电技术进行开发研不仅可以向广大民用用户提供独立热电联供系究统而且可以分散的形式向城市公用事业供电。同3)应从环境保护角度来激励天然气燃料电池时当工业企业扩建要求电站增容时采用燃料电池的开发第22卷第5期煤气与热力419Principle and Application on Fuel Cell by Natural GasZHANG TaoNorth China Municipal Engineering Design and Research Institute, Tianjin 300074, ChinaAbstract: This paper introduces the principle and application of fuel cell by natural gas energyKey words: natural gas i fuel cell i conversion of energy上接第416页)4结语参考文献循环流化床锅炉内衬材料的选择及性能要求必[1何祥义,循环流化床锅炉圈损机理、防材料及应用研究D1昆明:昆明理工大学1999须依据燃烧特性及运行工况进行确定锅炉各部位[21何祥义候应黎苏梦槐海、济锅1的內衬结构设计及选材须总体考虑使之既具有较离器内衬技术措施J].节能2001(11)28-29长的寿命又具有一定的经济性Choice and Performance of Refractory in 130 t/h CFBBZHANG Zhao- xiao, LI Guo-rui, LU Shi-feng, su Meng- huai,HE Xiang -yi, HOU Ying(1. Ningyang Huafeng Heat Power Co., Ltd. Ningyang 271413, ChinaJi'nan boiler( Group)Co.,Lid,JiKaifeng Bianhe Cave Furnace Engineering Co, Ltd, Kaifeng 475001, ChinaAbstract: The operation conditions of furnace and performance of lining materials in 130 t/h CFBB are analyzed andstudied comprehensively. Furthermore, the scheme of lining structure and performance of major materials are put for-Key words CFBB refractory《城镇燃气设计规范XGB50028-93进行修订本规范由建设部负责主编由中国市政工程华北设计研中国煤化工在企业、设计研究院所等有关单位先行安排规范第一、二、五章的修订现已批准自HCNMHG。这次规范局部修订的主要内容刊登于《工程建设标准化Ⅹ2002年第4期)上。日前在天津已举办过宣贯班。本规范基本章节的修订正在进行之中预计于今年底前完成送审稿和召开审査会。城镇燃气设计规范管理组联系电话2223552095金石坚报道)