[发明专利]一种燃料电池系统

说明书

本发明公开一种燃料电池系统，涉及燃料电池技术领域，为有效提高燃料气体的全程燃料利用率，提高发电效率而发明。燃料电池系统包括燃料电池组件；阳极换热器，阳极换热器包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，第一端口与第二端口连通，第三端口与所述第四端口连通，第一端口用于通过燃料气体，第二端口与燃料电池组件的阳极进气口连通，第三端口与燃料电池的阳极出气口连通，第四端口分别通过第一分流管和第二分流管与第一端口连通；脱碳脱水装置，脱碳脱水装置的进口端与第二分流管连通，出口端与第一端口连通。本发明燃料电池系统用于提高电池工作性能。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池系统。

背景技术

固体氧化物燃料电池是利用价格较为便宜的碳氢化合物例如天然气和煤燃烧后的合成气等作为燃料气体以提供氢源，利用空气作为氧源，碳氢化合物在燃料电池组件的上游进行重整。

现有的固体氧化物燃料电池的单程燃料利用率(单程燃料利用率指燃料气体从阳极进气口进入电池并燃烧，再从阳极出气口排出尾气，在此过程中，燃料气体的利用率)一般不会超过85％，因此电池阳极出气口排出的尾气中会含有部分未利用的燃料气体(主要成分为CO、H₂)，为了充分回收这部分燃气热值可以通过设置尾气循环，以提高燃料气体的全程燃料利用率(全程燃料利用率指上述描述的单程和循环之和，燃料气体的利用率)，使得燃料气体的化学能尽可能的转化为电能。

现有技术中有一种带有尾气循环的固体氧化物燃料电池发电系统，利用燃料废气采用循环管和喷射泵使燃料电池中的燃料废气再循环到该电池的燃料侧的入口。但是，燃料废气中含有高含量的惰性气体CO₂，燃料废气与燃料气体混合后不仅流量大大增加也会稀释可燃气体(CO、H₂、CH₄等)的浓度，进而影响燃料电池内化学反应的进行。

现有技术中提供了一种燃料电池尾气循环利用装置，其在燃料进口处设置一个填充有脱硫脱碳剂的吸收罐，燃料气体通过脱硫脱碳罐净化脱硫后通入燃料电池阳极，阳极的燃料废气接散热管路和保温管路返回吸收罐，保温管路上设有阀门，当吸收罐温度低于30℃时打开保温管路阀门。当吸收罐温度大于或等于60度时关闭阀门，以此维持吸收罐温度，燃料废气在吸收罐内脱除CO₂后与新鲜的燃料气体一同进入燃料电池进行阳极反应，该装置虽然有效脱除了CO₂，避免稀释可燃气体浓度的现象，但是，还存有下述技术问题：1.吸收罐的工作温度约为60℃，燃料电池的工作温度约为700-800℃，燃料电池的出口高温尾气(约800℃)必须经过降温后进入吸收罐，该装置通过散热管路以对高温尾气进行散热，造成热量严重损失，且未对该热量进行充分利用。同时经脱碳后的尾气与新鲜燃料气体混合后需要预热进入燃料电池，该装置未设置任何内部热量回收装置，需要引入外部热源(如电加热)，总体来看虽然通过燃料电池发电量有所提升，但是由于低温吸收罐的引入，整个燃料电池的发电效率提升不大，反倒有可能会下降；2.该装置也忽略了燃料电池进口水碳比(以氧原子和碳原子比例计算)的调节，含有CO、CH₄等碳氢燃料进入燃料电池中会有结焦的可能性，一般进口气体的水碳比不应低于2.0，否则需要额外在电池内加入水蒸气，水蒸气的额外补入会带走部分电池热量从而影响电池发电效率，该装置的吸收罐中的脱硫脱碳剂在脱去CO₂的同时也会将水蒸气脱去，再循环回燃料电池，水碳比是远远不够的，因此需要额外引入水蒸气，这样就会降低了发电效率。

发明内容

本发明的实施例提供了一种燃料电池系统，主要目的是充分利用燃料电池的燃料废气、避免燃料废气中的CO₂稀释可燃气体浓度的现象、且充分利用燃料电池尾气所排出的热量，保障反应的水碳比，最终有效提高燃料气体的全程燃料利用率，提高发电效率。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

本发明实施例提供了一种燃料电池系统，包括：