天然气自热重整质子交换膜燃料电池回热耦合发电系统模拟研究

为研究天然气自热重整质子交换膜燃料电池各级化学反应热的高效利用模式,提出一种耦合利用重整制氢各级反应热与燃料电池余热的发电系统,利用天然气自热重整技术制取富氢合成气,以“温度对口、梯级利用”原则,利用重整子系统各级化学反应热与燃料电池子系统余热逐级加热自热重整用工质水产生高温蒸汽,形成回热系统。通过建立能量、质量、电化学反应方程多物理场耦合的系统模型,分析系统氢气产量与发电效率,并研究进料温度、蒸汽燃料比、空气燃料比对系统性能的影响。结果表明,该系统发电效率为47.41%,较无耦合回热系统提高5.4百分点,适宜的进料温度450~500℃,蒸汽燃料比1.75~2.00,空气燃料比2.35~2.65。