[發(fā)明專利]一種用于中高溫固體燃料電池的燃燒器及其應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910660343.3
• 申請(qǐng)日: 2019-07-22
• 公開（公告）號(hào): CN110360555A
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄒春;李嘉瑞;劉嘉誠(chéng);戴凌峰;黃濤;王聰;吳肖龍;仲小博;李冬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): F23D14/02
• 分類號(hào): F23D14/02;F23D14/62;F23D14/74;F23D14/82;H01M8/0612;H01M8/1231
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

本發(fā)明屬于燃料電池領(lǐng)域，并具體公開了一種用于中高溫固體燃料電池的燃燒器及其應(yīng)用。該燃燒器中靜態(tài)混合腔的入口端設(shè)置有空氣進(jìn)口和燃料進(jìn)口，用于將空氣和燃料混合獲得混合氣體；分流孔板與靜態(tài)混合腔的出口端連接，為混合氣體提供緩沖區(qū)域并將其進(jìn)行分流；金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與分流孔板連接，從而防止回火和脫火現(xiàn)象的發(fā)生；燃燒室設(shè)置在靜態(tài)混合腔的外側(cè)，為混合氣體燃燒提供空間；脈沖點(diǎn)火器設(shè)置在金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的上方，用于將混合氣體點(diǎn)燃。本發(fā)明利用分流孔板為高流速的混合氣體提供緩沖區(qū)域，同時(shí)利用金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)將燃燒產(chǎn)生的火焰分成許多細(xì)小的火焰流，并形成平穩(wěn)的氣流和溫度梯度，從而防止回火和脫火現(xiàn)象的發(fā)生。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃料電池領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于中高溫固體燃料電池的燃燒器及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種直接將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能高效轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。工作過(guò)程中燃料通過(guò)蒸汽重整器轉(zhuǎn)化為合成氣(H₂和CO)，合成氣與電池組陽(yáng)極中未反應(yīng)的陽(yáng)極廢氣，經(jīng)過(guò)燃燒室燃燒產(chǎn)生的熱量可以提供給燃料電堆和蒸汽重整器，維持電化學(xué)和重整反應(yīng)。

在SOFC工作供電時(shí)，由于重整過(guò)程的高水碳比(2-3)和大量空氣的通入，進(jìn)入燃燒室的混合氣體燃料濃度稀薄(5％-12％)且過(guò)量空氣系數(shù)很高(3-6)，因此尾氣燃燒屬于超貧(ultra-lean)燃燒；且在供電時(shí)需要經(jīng)歷不同階段：電流拉升階段，熱待機(jī)階段，自熱維持階段，系統(tǒng)性能下降階段，尾氣中燃料的濃度也會(huì)隨著發(fā)電功率的變化而發(fā)生變化，導(dǎo)致火焰?zhèn)鞑ニ俣炔▌?dòng)較大，最大有近7倍的變化。同時(shí)由于火焰?zhèn)鞑ニ俣确秶鷱V，燃料濃度低，尾氣燃燒過(guò)程中非常容易產(chǎn)生回火或者吹熄，影響了SOFC整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。

目前國(guó)內(nèi)外研究都采用多孔介質(zhì)燃燒技術(shù)設(shè)計(jì)燃燒器，其中多采用碳化硅陶瓷或金屬球體作為多孔介質(zhì)材料。從實(shí)際運(yùn)行來(lái)看，回火和脫火的不穩(wěn)定現(xiàn)象還沒有得到有效的控制，這嚴(yán)重地影響了燃料電池的健康運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種用于中高溫固體燃料電池的燃燒器及其應(yīng)用，其中該燃燒器結(jié)合中高溫固體燃料電池合成氣燃料熱值較低、水碳比較高并且過(guò)量空氣系數(shù)較大的特點(diǎn)，相應(yīng)設(shè)計(jì)了分流孔板和金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而能夠建立穩(wěn)定的氣流，有效散發(fā)燃燒熱反饋，在極限燃燒狀態(tài)下分別形成藍(lán)焰燃燒狀態(tài)和紅外燃燒狀態(tài)，進(jìn)而有效解決燃燒器燃燒不穩(wěn)定的問(wèn)題，同時(shí)還具備降低氮氧化物和未燃碳?xì)浠衔锱欧帕康膬?yōu)勢(shì)，因而尤其適用于固體燃料電池的應(yīng)用場(chǎng)合。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提出了一種用于中高溫固體燃料電池的燃燒器，該燃燒器包括靜態(tài)混合腔、分流孔板、金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、燃燒室和脈沖點(diǎn)火器，其中：所述靜態(tài)混合腔的入口端設(shè)置有空氣進(jìn)口和燃料進(jìn)口，通入的空氣和燃料在該靜態(tài)混合腔內(nèi)混合均勻獲得混合氣體，然后所述混合氣體從所述靜態(tài)混合腔的出口端噴出并進(jìn)行燃燒；所述分流孔板與所述靜態(tài)混合腔的出口端連接，用于為所述混合氣體提供緩沖區(qū)域并將其進(jìn)行分流；所述金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與所述分流孔板連接，用于防止回火和脫火現(xiàn)象的發(fā)生；所述燃燒室設(shè)置在所述靜態(tài)混合腔的外側(cè)，用于為所述混合氣體燃燒提供空間；所述脈沖點(diǎn)火器設(shè)置在所述金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的上方，用于將所述混合氣體點(diǎn)燃。

作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)為金屬織網(wǎng)或金屬燒結(jié)氈。

作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的孔隙率優(yōu)選為70％～90％。

作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的厚度優(yōu)選為5mm～10mm。

作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)采用鐵鉻合金材料編織。

作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述靜態(tài)混合腔的內(nèi)部設(shè)置有旋流金屬片，用于將所述空氣和燃料混合均勻。

作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述空氣來(lái)自中高溫固體燃料電池的陽(yáng)極，所述燃料來(lái)自所述中高溫固體燃料電池的陰極。