[发明专利]固体氧化物燃料电池复合系统及使用方法

说明书

本发明提供一种固体氧化物燃料电池复合系统及使用方法，包括发电系统及二氧化碳捕集系统，发电系统包括重整器、电池堆、汽化器及燃烧器，重整器第一输入端与燃料供气装置连通，重整器第二输入端与汽化器连通，重整器第一输出端与电池堆连通；燃烧器第一输入端与燃料供气装置连通，燃烧器第二输入端与空气连通；捕集系统入口与电池堆阳极出口连通，捕集系统出口选自与燃烧器相连通、与重整器相连通及直接排空中的至少一种。本发明分离电池堆阳极尾气中的可燃成分与生成水，实现可燃成分的回收利用；充分利用燃料气高品位的热能驱动二氧化碳捕集系统，在低能耗甚至零能耗的基础上实现二氧化碳的回收，使系统高效发电的同时实现二氧化碳近零排放。

技术领域

本发明属于燃料电池发电系统技术领域，特别是涉及一种固体氧化物燃料电池复合系统及使用方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)发电系统是将燃料中的化学能转化为电能的发电装置。SOFC可选择的燃料较为广泛，工业氢气、天然气、城市煤气、甲醇、酒精、柴油和一些生物燃料等都可以直接或经过简单处理后应用于SOFC发电系统当中，因而，SOFC被公认为是搭接氢能社会的桥梁。SOFC的另一突出优点在于其效率较高，其电效率可达55％，若实现热电联产，其效率可达80％以上，高于任何一种传统的发电机或其它类型的燃料电池。

SOFC能否实现较高的发电效率与其燃料利用率(Fuel Utilization rate)的大小有直接关系，即一定进口条件下燃料利用率的大小决定了燃料电池发电效率的大小(燃料利用率越低，电堆阳极尾气中可燃成分的含量越高)。因此，高燃料利用率是评价SOFC商业化的重要指标之一。通常用于提高SOFC发电系统的燃料利用率的方法主要为：(1)提高单电池或电堆的性能；(2)降低电堆的供气量。上述方法(1)在燃料电池技术达到一定水平的现有条件下，继续提高单电池或电堆的性能其实现的难度较大，而方法(2)则会导致SOFC单电池由于供气不足，阳极局部出现氧化还原循环而发生失效、损坏。

为了充分利用阳极尾气的能量，目前SOFC发电系统采用如下几种方式对阳极尾气的能量进行利用：(1)将阳极尾气进行热交换和冷凝后排空；(2)将阳极尾气进行热交换和冷凝后通入燃烧器；(3)将部分阳极尾气回收通入重整器。然而以上方式也有各自的问题与难点，方式(1)仅利用了阳极尾气的热能，而无视了阳极尾气中可燃成分的化学能；方式(2)虽然不仅回收了阳极尾气的热能，但阳极尾气中可燃成分的化学能是通过燃烧转化为热能，而未能充分转化为电能；方式(3)虽然可以回收阳极尾气的热能，并部分回收了阳极尾气中可燃成分的化学能并将其用于电化学反应，但仍有部分可燃成分被排出，且该方式对回用泵、阀门等的耐高温性要求很高，不容易实现。因而，以上方法要么只利用了阳极尾气的热量，要么将仅部分利用了阳极尾气中可燃成分的化学能，从能量品位角度来说仍未充分高效地利用燃料的化学能。

因此，本领域尚缺乏一种能同时提高系统燃料利用率并且能从能量的品位角度充分利用燃料的化学能的方法，如何提供一种固体氧化物燃料电池复合系统及使用方法以解决现有技术中的上述问题实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种固体氧化物燃料电池复合系统及使用方法，用于解决现有技术中系统燃料利用率低、阳极尾气中能量难以充分有效利用等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种固体氧化物燃料电池复合系统，所述固体氧化物燃料电池复合系统包括发电系统及二氧化碳捕集系统，其中：

所述发电系统包括重整器、电池堆、汽化器以及燃烧器，其中：

所述重整器的重整器第一输入端与燃料供气装置相连通，重整器第二输入端与所述汽化器相连通，重整器第一输出端与所述电池堆相连通，所述重整器内部基于所述供气装置中的燃料气以及所述汽化器中的水蒸气进行重整反应，且所述重整内部反应后的气体自所述重整器第一输出端输出至所述电池堆的阳极入口；