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申请/专利权人：西安交通大学

摘要：本发明公开了一种耦合SOFC‑GT的船舶动力系统及变负荷运行方法，该系统包括燃料供应单元、换热器单元、SOFC电堆单元、GT单元以及船舶蒸汽动力单元；SOFC电堆单元用于进行电化学反应输出电能，GT单元是通过SOFC过剩的燃料燃烧后产生高温高压气体膨胀做功，船舶蒸汽动力单元利用GT单元出口的高温烟气加热余热锅炉中的水，产生高温高压蒸汽在汽轮机中膨胀做功发电。本发明通过耦合SOFC‑GT联合发电系统，将系统产生的高温烟气回收，使得燃气的热能被充分利用，大大提高了能源的综合利用功效。

主权项：1.一种耦合SOFC-GT的船舶动力系统，其特征在于，包括燃料供应单元、换热器单元、SOFC电堆单元、GT单元以及船舶蒸汽动力单元；所述燃料供应单元包括空气供应装置1、燃料供应装置2、水蒸汽供应装置3、第一压气机4、第二压气机5和第一泵6；空气来自空气供应装置1，供应给第一压气机4，最终进入第一预热器7，来自燃料供应装置2的燃料，经由第二压气机5进入第一混合器10，水蒸汽来自水蒸汽供应装置3，通过第一泵6进行运输，进入第二预热器8；所述换热单元包括第一预热器7、第二预热器8、第三预热器9、第一混合器10和第二混合器11；来自燃气轮机16的高温烟气分别流入第一预热器7和第三预热器9，流入第一预热器7的高温烟气分别通过第二预热器8和第二混合器11，最终进入余热锅炉18；来自第一压气机4的空气在第一预热器7中预热，预热后的空气进入SOFC电堆12的阴极，水蒸汽在第二预热器8进行预热，预热后的水蒸汽在第一混合器10当中与来自第二压气机5的燃料进行混合，一路经由第三预热器9预热，进入SOFC电堆12的阳极，另一路直接进入GT单元；所述的SOFC电堆单元包括SOFC电堆12和DCAC变流器13；来自第一预热器7的空气与来自第三预热器9的燃料和水蒸汽的混合物在SOFC电堆12处进行发电，带动DCAC变流器13工作，发电产物进入GT单元相；所述GT单元包括水蒸汽分离装置14、后燃烧室15、燃气轮机16和第一发电机17；SOFC电堆12的阳极产物和第一混合器10的部分燃料与水蒸汽的混合物在水蒸汽分离装置14中混合，经过后燃烧室15，进入燃气轮机16中，并在燃气轮机16中放热，带动第一发电机17工作，产生的高温烟气进入换热单元；所述船舶蒸汽动力单元包括余热锅炉18、蒸汽轮机19、第二发电机20、凝汽器21、循环冷却水装置22、第二泵23和加热器24；余热锅炉18连接换热单元与船舶蒸汽动力单元，余热锅炉18中的锅炉给水依次通过蒸汽轮机19、凝汽器21、第二泵23和加热器24后回到余热锅炉18中，形成闭式管路；余热锅炉18出口的蒸汽流入蒸汽轮机19中做功，并带动发电机20工作，蒸汽轮机19出口一路经由与凝汽器21、第二泵23与加热器24相连接，另一路直接通入加热器24当中与余热锅炉18相连接，循环冷却水装置22出口侧的循环水经过凝汽器21后与循环冷却水装置22入口侧连接；所述燃料供应单元中的空气供应装置1通过第一压气机4给换热器单元提供空气，所述换热器单元的第一预热器7对空气进行加热后传输至所述SOFC电堆12的阴极；所述的燃料供应单元中燃料供应装置2和水蒸汽供应装置3的向SOFC电堆单元提供燃料，在SOFC电堆12阳极进行电堆反应；阳极反应产物中的水通过水蒸汽分离装置14分离并进入第一混合器10，其余通入后燃烧室15当中燃烧，燃烧产物与热能用于预热系统并驱动所述GT单元产生电能并输出；所述GT单元在燃气轮机16做功后，其产生的热量在用于预热系统和发电输出后，还会存在大量的高温烟气，将高温烟气传输到所述的船舶蒸汽动力单元中，作为余热锅炉18的高温热源，以此达到对于系统的余热利用；所述船舶蒸汽动力单元将余热锅炉18作为蒸汽循环的热量来源，加热后的高温蒸汽在蒸汽轮机19中带动第二发电机20做功，其中部分未完全做功的蒸汽进入加热器24中放热，剩余蒸汽做功完后进入凝汽器21中冷凝，最终重返余热锅炉18。

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