[發(fā)明專利]一種尾氣利用的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111088044.0
• 申請日: 2021-09-16
• 公開（公告）號: CN113839073B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉洋;林梓榮;陳錦芳;白帆飛;程佳
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東佛燃科技有限公司
• 主分類號: H01M8/10
• 分類號: H01M8/10;H01M8/0662;H01M8/0668
• 代理公司: 廣州浩泰知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44476
• 代理人: 楊喆

本發(fā)明提供一種尾氣利用的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)，包括鼓風(fēng)機(jī)、重整器、空氣加熱器、SOFC電堆、比例閥、陽極尾氣燃燒器、陽極尾氣燃燒室；陽極的輸出端連通于陽極尾氣燃燒器，陰極的輸出端連通于比例閥，比例閥包括輸出端A，輸出端A連通于陽極尾氣燃燒器；設(shè)置比例閥，陰極尾氣經(jīng)過比例閥后，分為陰極尾氣A和陰極尾氣B，陰極尾氣A輸入陽極尾氣燃燒器為陽極尾氣燃燒器提供燃燒所需的氧氣，通過比例閥可降低直接進(jìn)入燃燒器的空氣，避免了燃燒器在啟動的時候火焰被吹熄；陰極尾氣B吸收陽極尾氣燃燒室的熱量為陽極尾氣燃燒室降溫，從而避免陽極尾氣燃燒過程中產(chǎn)生的局部高溫對燃燒室造成損害，避免使用更高耐溫的材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于固體氧化物燃料電池領(lǐng)域，具體涉及一種尾氣利用的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著全球經(jīng)濟(jì)與社會的快速發(fā)展，能源需求的日益增長與環(huán)境惡化之間的矛盾日益突出。現(xiàn)階段，我國碳排放量高、PM2.5污染等問題尤為突出。各種因燃燒產(chǎn)生的硫氧化物和氮氧化物造成的系列環(huán)境污染問題也較為嚴(yán)重。因此，促進(jìn)化石能源高效、清潔利用，是我國面臨的重大戰(zhàn)略問題。其中，固體氧化物燃料電池作為一種能通過高溫電化學(xué)反應(yīng)，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的新型發(fā)電技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)我國能源清潔利用的有效途徑，具有良好的發(fā)展前景。

固體氧化物燃料電池系統(tǒng)通常由鼓風(fēng)機(jī)、重整器、電堆、尾氣燃燒器、換熱器、水蒸氣發(fā)生器、逆變器、電子負(fù)載等部件組成。尾氣燃燒器的主要作用是燃燒陽極未參與電化學(xué)反應(yīng)的重整氣體。陽極尾氣中主要包含有CO、CO₂、H₂O、H₂，其中CO和H₂為可燃?xì)怏w，CO₂和H₂O是不可燃?xì)怏w，當(dāng)電堆當(dāng)中燃料利用率(參與電化學(xué)反應(yīng)的燃料比例)較高時，陽極尾氣中可燃?xì)怏w比例非常低，造成陽極尾氣熱值非常低，燃燒困難。與此同時，陽極尾氣燃燒所需的氧氣的以合適的比例提供也是一個問題，通常直接采用陰極的尾氣作為陽極尾氣燃燒的氧化劑，但是會使得固體氧化物燃料電池在啟動的時候，燃燒器過量空氣系數(shù)非常高而導(dǎo)致熄火。為了避免燃燒器在啟動時候熄火，可以安裝一個啟動燃燒器用于固體氧化物燃料電池系統(tǒng)的啟動，或者采用擴(kuò)散式燃燒使燃燒器能夠穩(wěn)定燃燒，這兩種解決方案通常都會存在一定的問題。對于增加啟動燃燒器的方案，這樣會增加系統(tǒng)的復(fù)雜程度，增加系統(tǒng)的制造和控制成本；對于采用擴(kuò)散燃燒的方案，會使燃燒室非常大，不利于系統(tǒng)的緊湊性。

另外，燃燒器在燃燒過程中，燃燒火焰主要在燃燒室當(dāng)中，燃燒過程是伴隨著溫度的急劇增加，通常會有一個局部的較高溫度區(qū)域，和較大的熱應(yīng)力。如果對燃燒室冷卻不佳，那就需要溫度耐受性更強(qiáng)的材料制作燃燒室，增加了固體氧化物燃料電池?zé)釁^(qū)的制造難度和制造成本。

綜上所述，在滿足系統(tǒng)復(fù)雜程度低的情況下，燃燒器啟動時容易熄滅是目前本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

因此，為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種尾氣利用的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)，包括鼓風(fēng)機(jī)、重整器、空氣加熱器、SOFC電堆、比例閥、陽極尾氣燃燒器、陽極尾氣燃燒室；所述陽極尾氣燃燒器的輸出端連通所述陽極尾氣燃燒室，所述SOFC電堆包括陽極和陰極；所述鼓風(fēng)機(jī)的輸出端連通于所述空氣加熱器，所述重整器的輸出端連通于所述陽極，所述陽極的輸出端連通所述陽極尾氣燃燒器，所述陰極的輸出端連通于所述比例閥，所述比例閥包括輸出端A，所述輸出端A連通于所述陽極尾氣燃燒器。

進(jìn)一步地，所述陽極尾氣燃燒器中包括預(yù)混室和多孔介質(zhì)燃燒器，所述陽極的輸出端和所述輸出端A皆連通于所述預(yù)混室，所述預(yù)混室的輸出端連通于所述多孔介質(zhì)燃燒器，所述陽極輸出陽極尾氣，所述輸出端A輸出一定量的陰極尾氣A，陽極尾氣與陰極尾氣A先通過預(yù)混室進(jìn)行充分混合后，再通過燃多孔介質(zhì)燃燒器進(jìn)行燃燒，以便陽極尾氣在多孔介質(zhì)燃燒器中為預(yù)混燃燒。采用預(yù)混燃燒的方式可以降低燃燒室的尺寸，使固體氧化物燃料電池的熱區(qū)更為緊湊；采用多孔介質(zhì)燃燒器可以使陽極尾氣在燃燒過程中更為穩(wěn)定，并可以適用極低熱值的燃料進(jìn)行燃燒，特別適用于高燃料利用率的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)。