第22卷第5期煤氣與熱力417文章編號:1000-44162002)5-0417-0天然氣燃料電池的原理與應(yīng)用張濤〔中國市政工程華北設(shè)計研究院天津300074)摘要介紹了以天然氣為能源的燃料電池的工作原理及應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞夭然氣燃料電池能源轉(zhuǎn)換中圖分類號:IM911.44文獻標識碼3(1)電池反應(yīng)燃料電池是一種將燃料的化學能通過電化學反天然氣為一種清潔、使用方便的能源。天然氣應(yīng)產(chǎn)生電能的裝置。它是一種化學電池通過燃料燃料電池做為一種由化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,以(氫氣在電池內(nèi)進行氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生電能電極其環(huán)保性能優(yōu)良發(fā)電效率高等優(yōu)勢受到全世界的本身并不發(fā)生變化。燃料電池負極氫電極通入氫高度重視。下面介紹其原理及應(yīng)用。氣正極氧電極或稱空氣電極通入空氣見圖1)氫電極反應(yīng):H,-2H++2e2國外概況氧電極反應(yīng):2H++10,+2e--H,O燃料電池發(fā)明于19世紀,l893年英國人格羅夫電池反應(yīng):H2+2O—>HO設(shè)計建立了第一座燃料電池裝置。20世紀60年代氫離子通過電池內(nèi)電解質(zhì)由氫電極到氧電極由于航天器和深海潛水器在特殊環(huán)境中的電源和動與氧反應(yīng)生成HO電子經(jīng)外電路流動產(chǎn)生電能。力的需要燃料電池被開發(fā)利用。阿波羅11號登月飛船所用的電能就是燃料電池產(chǎn)生的所用燃料是氫氣。1970年美國開發(fā)生產(chǎn)出作為民用發(fā)電裝置負荷一的燃料電池。1984年美國試制的40臺40kW燃料電池開始在世界各地進行應(yīng)用實驗,992至1994年生成水間向世界提供了50臺。1972年日本參加了美國燃料電池開發(fā)工程。1986年日本開始生產(chǎn)試制燃料氫離電池生產(chǎn)了50kW,100kW,200kW三種機型。日本某銀行和水族館已采用燃料電池發(fā)電系統(tǒng)。目前國外燃料電池技術(shù)正在快速發(fā)展并用于發(fā)電、儀器通信設(shè)備電池、電動汽車電源等。氫電極氧電極中國煤化工理圖3燃料電池的基本原理及分類CNMHG(2)天然氣燃料電池分類3.1燃料電池原理燃料電池按采用旳電解質(zhì)可分為濋磷酸燃料電作著3-)男天津人高級工程師學士從事城市燃氣工程的設(shè)計與研究工作418張濤天然氣燃料電池的原理與應(yīng)用2002年10月池PAFC嫆融碳酸鹽燃料電池MCFC固體氧化物燃發(fā)電作為補充將十分方便。料電池SOFC三類。 MCFC SOFC技術(shù)尚未成熟操(7)成本偏高作溫度在200℃左右的PAFC技術(shù)較成熟。目前天然氣燃料電池投資費用比常規(guī)燃氣發(fā)電(3)天然氣燃料電池發(fā)電系統(tǒng)廠高岀一倍隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展最終目標可望降天然氣燃料電池發(fā)電系統(tǒng)由4部分組成。低到現(xiàn)有價格的1/4~1/5。鑒于燃料電池設(shè)備具有1)燃料處理部分將天然氣與水蒸氣催化轉(zhuǎn)化較高的發(fā)電效率人們會接受其略為偏高的價格。為氫氣:CH4+2H2O—·4H2+CO22)由氫氣和空氣反應(yīng)產(chǎn)生直流電的多電池單4開發(fā)天然氣燃料電池的可行性元組合裝置3)將燃料電池輸岀的直流電轉(zhuǎn)換成交流電的(1)天然氣氣源充足變換器;目前天津市天然氣有大港氣、陜甘寧氣、華北4)熱回收系統(tǒng)回收全系統(tǒng)放出的熱量。氣、渤西氣,至2005年以后總供氣量可達18.8億3.2天然氣燃料電池的特點m3/a以上。而目前天然氣耗氣量僅為3.43億m/a(1)發(fā)電效率高民用與工業(yè)用氣量比為5.5:4.5。2005年以后常規(guī)電廠一般通過三級能量轉(zhuǎn)換才可得到電188億m3/a的天然氣的利用有4個途徑海年發(fā)展能在能量的轉(zhuǎn)換過程中每級都有損失所以電能的幾萬戶天然氣新用戶現(xiàn)有部分煤制氣逐步被天然轉(zhuǎn)換效率低。燃料電池只有一級能量轉(zhuǎn)換損失低,氣替代大工廠、飯店等商業(yè)用戶汧發(fā)新的天然其發(fā)電效率為40%,另外還有40%的熱能回收利氣利用領(lǐng)域?？梢娫谔岣哂脷饬恐笜撕侠碚{(diào)節(jié)工用用于制冷、采暖及供熱水系統(tǒng)其綜合效率可達業(yè)與民用比例后,仍能給天然氣燃料電池的開發(fā)和應(yīng)用提供充足的氣源。(2)環(huán)境污染小(2)技術(shù)儲備的需要由于燃料電池本身是以電化學反應(yīng)取代燃燒目前天然氣汽車、天然氣空調(diào)、采暖等技術(shù)已經(jīng)所以幾乎不產(chǎn)生NO.洞同時由于天然氣不會產(chǎn)生在部分城市開發(fā)應(yīng)用而天然氣燃料電池在國內(nèi)仍二氧化硫和其他污染物質(zhì)其排出的CO2量也是最屬空白。基于天津有建立局部無煤區(qū)采用燃氣發(fā)低的所以對環(huán)境的污染很小電的設(shè)想因此對天然氣燃料電池的開發(fā)研究是很(3)振動和噪聲小有必要的。在目前氣源充足的情況下,可以做一些由于燃料電池是以電化學反應(yīng)產(chǎn)生電能沒有研究實驗。機械運轉(zhuǎn)噪聲和振動極小(3)用于電力、燃氣調(diào)峰的手段(4)能連續(xù)供電建立天然氣燃料電池發(fā)電站用于城市用氣用與常規(guī)電池比常規(guī)電池是能量儲存裝置放電電的調(diào)峰。夏季是用電高峰用氣低谷天然氣燃料后需充電充電時間長燃料電池是發(fā)電或能源轉(zhuǎn)換電池發(fā)電則能補充電力調(diào)節(jié)用氣低谷。裝置只要連續(xù)輸入天然氣就能不斷輸出電能此特點適用于汽車。建議(5)壽命長常規(guī)電池電極由于充電放電長期交替分化電1)把燃料電池開發(fā)作為重點資助項目加大極壽命較短。而燃料電池基本上是燃料在變化電投資極只起催化作用電極變化很小故壽命長。中國煤化工政策CNMHG成天然氣燃料電池的(6)適用范圍極為廣闊研究小班對大然氣‰科電池發(fā)電技術(shù)進行開發(fā)研不僅可以向廣大民用用戶提供獨立熱電聯(lián)供系究統(tǒng)而且可以分散的形式向城市公用事業(yè)供電。同3)應(yīng)從環(huán)境保護角度來激勵天然氣燃料電池時當工業(yè)企業(yè)擴建要求電站增容時采用燃料電池的開發(fā)第22卷第5期煤氣與熱力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頁)4結(jié)語參考文獻循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)襯材料的選擇及性能要求必[1何祥義,循環(huán)流化床鍋爐圈損機理、防材料及應(yīng)用研究D1昆明:昆明理工大學1999須依據(jù)燃燒特性及運行工況進行確定鍋爐各部位[21何祥義候應(yīng)黎蘇夢槐海、濟鍋1的內(nèi)襯結(jié)構(gòu)設(shè)計及選材須總體考慮使之既具有較離器內(nèi)襯技術(shù)措施J].節(jié)能2001(11)28-29長的壽命又具有一定的經(jīng)濟性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《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范XGB50028-93進行修訂本規(guī)范由建設(shè)部負責主編由中國市政工程華北設(shè)計研中國煤化工在企業(yè)、設(shè)計研究院所等有關(guān)單位先行安排規(guī)范第一、二、五章的修訂現(xiàn)已批準自HCNMHG。這次規(guī)范局部修訂的主要內(nèi)容刊登于《工程建設(shè)標準化Ⅹ2002年第4期)上。日前在天津已舉辦過宣貫班。本規(guī)范基本章節(jié)的修訂正在進行之中預(yù)計于今年底前完成送審稿和召開審査會。城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范管理組聯(lián)系電話2223552095金石堅報道)