[发明专利]一种固体氧化物燃料电池发电系统

说明书

一种固体氧化物燃料电池发电系统，包括热区、重整器、启动燃烧器、阳极尾气燃烧器、混合器和换热部件，热区包括电池堆阵列与相应的布气管路，重整器、换热部件与热区分立设置，彼此通过管路连接，换热部件包括重整进料预热器、空气一级预热器、空气二级预热器、气化器和冷凝器，混合器上设置有重整预留空气进口。本发明将各主要部件分立设置，而不是集中于热区中，降低了各部件组合的难度，便于整体布局，同时降低相互交叉影响的可能性，便于各部件稳定的发挥其功能；具有结构布局合理、装配方便，具有便于拆卸、适宜布局、功能稳定、换热合理等优点，适用于单体百千瓦级的固体氧化物燃料电池发电系统的组建。

技术领域

本发明涉及一种固体氧化物燃料电池发电系统，特别涉及发电系统的流程与器件布局。

背景技术

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)发电系统是一种清洁、高效的能量转换系统，以天然气等气态烃类或氢气、一氧化碳等为原料，能将燃料中的化学能转换为电能。依托分布广泛的天然气管网，SOFC发电系统可以规模集成为以天然气为原料的分布式发电站，供应楼宇、厂房、社区等的用电需求，具有良好的商业前景。

SOFC发电系统的基本运行过程为：天然气首先经过重整，产生氢、一氧化碳气等气体，进入电池堆阳极，阴极空气进入电池堆的阴极，在一定的条件下，阳极气体与阴极气体发生反应，生成水，产生电。为了完成这些过程，需要各种配套器件如重整器、启动燃烧器、阳极尾气燃烧器、换热器等部件。各部件需要很好的组合起来，形成一个有机整体，这样才能进行物质流与能量流的流动。

在美国专利US2012/0178003A1提供了一种SOFC发电系统的流程与热区构架，该系统存在如下问题：1)SOFC发电系统热区构架中，将空气预热器、重整进料预热器、气化器等换热器集成在热区中，这种结构对于单体小型系统比如几十千瓦级别的SOFC发电系统的设计是合适的，但当单体系统规模达到百千瓦级以上时，SOFC发电系统热区的布置就不能这么布置了，因换热需要以及体积问题，各种换热器不适合全部集成到热区中。2)该发明提供的热区流程中，阳极尾气经过重整燃料预热器后通过分离器分成两路，一路直接进入阳极尾气燃烧器，另一路则经过空气一级预热器之后进入重整燃料管路，作为重整原料回收使用。此种方法的弊端之一为，高温下燃料的流量受压力、温度等影响，难以对其进行准确的分流控制，影响系统的稳定运行。另外还有一个弊端，回收使用的重整尾气影响重整器中的化学平衡，从而影响重整器的重整效果，进而影响SOFC发电系统的发电运行。3)系统启动问题。该专利中，启动是靠催化部分氧化反应来启动，这个反应不易控制，而且有爆炸危险；还有，启动该反应需要额外的热源以及催化剂，催化剂在高温下易产生热点等问题；另外，启动时间也会很长。

针对以上问题，本发明提供了一种SOFC发电系统新流程以及器件布置的新方法,对于SOFC发电系统流程(启动流程及运行流程)、器件布局以及重整器功能等作了改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构布局合理、装配方便且换热合理的固体氧化物燃料电池发电系统。