[发明专利]SOFC系统和操作SOFC系统的方法

说明书

所述SOFC系统(1)包括：‑用于将气态烃流(100)和蒸汽(404)重整成富氢气体(103)的燃料重整器(102)，‑包括阳极(4)和阴极(3)的固体氧化物燃料电池堆(2)，其用于使富氢气体(103)和阴极空气流(204)进行电化学反应以产生电、阳极废气流(104)和阴极贫化空气流(205)，其中阳极废气流(104)和阴极贫化空气流(205)保持分离，‑用于燃烧阳极废气流(104)和新鲜空气流(300)的混合物以完成燃烧和产生用于重整器(102)的热的燃烧器(105)，‑控制单元(601)和鼓风机(302)，控制单元(601)控制鼓风机(302)以控制新鲜空气流(300)的质量流速从而向重整器(102)提供热来重整气态烃流(100)和产生燃烧器废气流(106)，‑和热交换器(107)，其中来自阳极废气流(104)或燃烧器废气流(106)的冷凝水(403)被加热以产生蒸汽(404)。

发明领域

本发明的领域涉及一种固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)系统。本发明的领域还涉及一种操作固体氧化物燃料电池系统的方法。

发明背景

固体氧化物燃料电池(SOFC)是用于将燃料的化学能直接转化为电能的装置。文献US4,943,493公开了一种燃料电池发电厂，其中烃燃料在重整器中被重整以提供富氢燃料流，并且所述富氢燃料流在燃料电池中被氧化。阳极废气流和包含阴极废气和空气的氧化剂流在燃烧器中燃烧。燃料电池发电厂采用以下方式允许间接控制燃烧器火焰温度：控制氧化剂流的组成，以将燃烧器废气流的氧含量保持在预定范围，且因此将燃烧混合物的火焰温度保持在优选范围。

该燃料电池发电厂的一个缺点在于，鉴于贫化空气以非常高的流速从堆中排出使得完全燃烧(其意味着燃烧所有燃料)的可控性具有挑战性，尤其是当系统在调制负荷下运行时，控制燃烧器中的燃烧是困难的。另一个缺点是在系统中相对大的燃烧器是必需的。又一个缺点是运行系统必需外部水管线和用于产生蒸汽的装置。

文献US 2003/0224231A1公开了一种SOFC系统，其中燃料处理反应器设置有燃料、空气和蒸汽，从而，由于氧化，在燃料处理反应器中发生放热反应。可变输出空气鼓风机驱动空气流并用于输送空气。文献WO 2014/167764A1公开了一种SOFC系统，其中燃料处理反应器设置有燃料、空气和蒸汽，从而，由于氧化，在燃料处理反应器中发生放热反应。此外，燃料处理反应器也被燃烧单元的废气加热。空气鼓风机为燃料处理反应器输送空气。文献US 2005/164051A1公开了一种SOFC系统，其由于水从阳极废气流再循环而在水方面是自给自足的。文献US 2006/046114A1公开了一种燃料电池单元，其包括温度传感器以控制鼓风机将燃烧器废气流的氧含量保持在预选范围，以便向重整器提供足够的热。

解决的技术问题

因此，本发明的目的是提供一种不需要外部水管线的固体氧化物燃料电池(SOFC)系统，其更可靠，经济上更有利且更容易控制，特别是在燃烧器及其控制方面。

发明概述

通过本发明的SOFC系统来解决上述目的。通过本发明的用于操作SOFC系统的方法进一步解决上述目的。

该目的特别通过一种SOFC系统来解决，该系统包括：

-用于将气态烃流和蒸汽重整成富氢气体的燃料重整器，

-包括阳极和阴极的固体氧化物燃料电池堆，其用于使富氢气体和阴极空气流进行电化学反应以产生电、阳极废气流(anode exhaust stream)和阴极贫化空气流，其中阳极废气流和阴极贫化空气流保持分离，

-用于燃烧阳极废气流和新鲜空气流的混合物以完全燃烧和产生用于重整器的热的燃烧器，