燃料电池由于具有能量转换效率高,对环境友好等特点,被公认为二十一世纪最具发展前景的技术之一。发达国家纷纷投入巨资开展燃料电池的研究与开发,取得许多成果。由于各种原因,我国对燃料电池的研究起步较晚,燃料电池技术相对较落后,目前还没有自主研制的实用化电站。 1999年12月,国家计委与日本能源经济研究所(IEEJ)签订合作协议,在番禺建设200kW磷酸燃料电池发电站,利用养猪场的排泄物发酵产生沼气作为燃料电池用燃料,同时进行废水处理和生产有机肥料。该电站于2004年12月建成并投入使用。本文对该电站的工作原理进行了详细阐述;对各个系统进行了单独运行和综合运行,获得了运行该电站的主要技术参数,在此基础上提出了高效运行该电站的具体建议。 1.该电站包括前处理系统、燃料电池系统、水处理系统以及堆肥系统。前处理系统包括厌氧发酵部分和脱硫部分,主要为燃料电池的运转提供燃料;燃料电池系统则为该电站的核心部分,是产生电能的主要装置;水处理系统以及堆肥系统是该电站的后续部分,主要目的是变废为宝,防止环境污染。 2.前处理系统的厌氧发酵部分属于中温发酵,在通过微生物的作用去掉废水中化学需氧量(COD)的同时产生沼气;脱硫部分包括生物脱硫和干法脱硫,生物脱硫是利用微生物的作用将沼气中的硫化氢转化为单质硫或硫酸盐,干法脱硫进一步脱除硫化氢的同时还有效的脱除沼气中的其它杂质。通过实际运行,在33～35℃的发酵条件下,养猪场有6000头猪时,废水中COD的转化率可以达到70%左右,日产气量可以达到约450m~3,经过脱硫后的沼气内硫化氢的含量低于6ppm,达到了燃料电池运转的要求。 3.燃料电池系统是该电站的核心部分,分为直流和电气两部分。其中直流部分主要包括电池系统、空气处理系统、燃料处理系统、热管理系统、水处理系统、氮气清洗系统以及箱体通风系统;电气部分则主要包括逆变器系统、配电系统以及设备控制系统。通过实际运行发现,燃料电池的输出电压随着运转时间的增加而降低,但相差不超过0.1V。燃料电池满负荷运转时,燃料中甲烷的转换率高达95.1%,氢气的利用率为78.6%,氧气的利用率为57.7%,由于发酵气体的数量不能满足燃料电池的满负荷连续运转,结合运行经验提供了一套实际可行的运行方案。