[發明專利]一種尾氣燃燒器及固體氧化物燃料電池系統

有效

• 申請號: 202111166340.8
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113991153B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 孫春華;周耀東;蘇晨光;杜忠選;宋忠尚;李啟玉;方驍遠
• 申請（專利權）人: 上海齊耀動力技術有限公司
• 主分類號: H01M8/0662
• 分類號: H01M8/0662;F23G7/06
• 代理公司: 上海碩力知識產權代理事務所(普通合伙) 31251
• 代理人: 林曉青

本發明屬于燃燒器領域，公開了一種尾氣燃燒器及固體氧化物燃料電池系統，尾氣燃燒器包括殼體、導熱耐火擋板和孔徑依次增大的第一多孔介質、第二多孔介質和第三多孔介質，殼體的下游端連接有混合氣出氣管，上游端連接有空氣進氣管和燃氣進氣管；第三多孔介質設置在殼體內，第三多孔介質的橫截面為U型且開口朝向上游端設置，第一多孔介質和第二多孔介質間隔設置在所述第三多孔介質內側；導熱耐火擋板設置在第三多孔介質的內側面與第一多孔介質、第二多孔介質的外側面之間；空氣進氣管分別與第一多孔介質和第三多孔介質連通，燃氣進氣管與第一多孔介質連通，混合氣出氣管與第三多孔介質連通。本發明可滿足較高溫度、寬范圍過量空氣系數的尾氣燃燒。

技術領域

本發明涉及燃燒器領域，尤指一種尾氣燃燒器及固體氧化物燃料電池系統。

背景技術

固體氧化物燃料電池(Solid?Oxide?Fuel?Cell,SOFC)具有效率高、污染小、燃料適應性好、噪聲低，且無需昂貴催化劑等優點。SOFC對工作溫度要求苛刻，一般在600℃-1000℃，排氣溫度較高，余熱可利用，形成燃料電池-燃氣輪機聯合發電系統，燃料電池-熱電聯共系統等；此外，高溫排氣余熱也可用于預熱燃料電池入口空氣和水，從而提升綜合效率。

SOFC陽極尾氣通常含有未反應盡的燃料，可采用燃燒方式燃燒其殘余化學能。目前國內外文獻和專利等資料報道了一些SOFC尾氣燃燒器。SOFC陽極尾氣熱值較低，工作階段通常小于2MJ/m³，屬超低熱值氣體燃料，為了燃燒穩定、可靠，通常采用預混式的多孔介質燃燒技術，很大程度上避免了回火和脫火等不穩定燃燒現象，且多孔介質的蓄熱功能易實現燃燒過程出現短暫熄火后再燃。

現有SOFC預混式燃燒器通常在燃燒前將陽極尾氣和陰極空氣充分預混后再進入燃燒區點火燃燒。然而，這種燃燒器適用性有限，當陽極和陰極尾氣平均溫度較高(如超過700℃)時，易在蒸汽重整階段(此時H₂比例較高)發生不可控自燃危及系統安全，嚴重時甚至會出現爆炸事故；以及當過量空氣系數過大(如超過10)時，預混后燃料會被過分稀釋，超過貧燃極限而不能著火或失火。

發明內容

本發明的目的是提供一種尾氣燃燒器及固體氧化物燃料電池系統，以滿足較高溫度、寬范圍過量空氣系數的超低熱值尾氣燃燒。

本發明提供的技術方案如下：

一方面，提供一種尾氣燃燒器，用于固體氧化物燃料電池，包括：

殼體，所述殼體的下游端連接有混合氣出氣管，上游端連接有空氣進氣管和燃氣進氣管；

孔徑依次增大的第一多孔介質、第二多孔介質和第三多孔介質，所述第三多孔介質設置在所述殼體內且外側面與所述殼體的內側壁貼合，所述第三多孔介質的橫截面為U型且開口朝向所述上游端設置，所述第一多孔介質和所述第二多孔介質沿所述上游端至所述下游端的方向依次間隔設置在所述第三多孔介質內側，所述第一多孔介質與所述第二多孔介質之間形成預混著火區，所述第二多孔介質內為燃燒區，所述第三多孔介質內為換熱區；

導熱耐火擋板，設置在所述第三多孔介質的內側面與所述第一多孔介質、所述第二多孔介質的外側面之間；

所述空氣進氣管的出口分別與所述第一多孔介質的上游面以及所述第三多孔介質的上游面連通，所述燃氣進氣管的出口與所述第一多孔介質的上游面連通，所述混合氣出氣管與所述第三多孔介質的下游面連通。

進一步優選地，所述第一多孔介質以及所述第二多孔介質的外側面與所述導熱耐火擋板的內側面貼合，所述第三多孔介質的內側面與所述導熱耐火擋板的外側面貼合。

進一步優選地，所述第一多孔介質的外徑與所述第二多孔介質的外徑相同；或，所述第二多孔介質的外徑大于所述第一多孔介質的外徑。

進一步優選地，所述第一多孔介質的外徑w根據以下公式確定：