[发明专利]一种用于中高温固体燃料电池的燃烧器及其应用

说明书

本发明属于燃料电池领域，并具体公开了一种用于中高温固体燃料电池的燃烧器及其应用。该燃烧器中静态混合腔的入口端设置有空气进口和燃料进口，用于将空气和燃料混合获得混合气体；分流孔板与静态混合腔的出口端连接，为混合气体提供缓冲区域并将其进行分流；金属网状结构与分流孔板连接，从而防止回火和脱火现象的发生；燃烧室设置在静态混合腔的外侧，为混合气体燃烧提供空间；脉冲点火器设置在金属网状结构的上方，用于将混合气体点燃。本发明利用分流孔板为高流速的混合气体提供缓冲区域，同时利用金属网状结构将燃烧产生的火焰分成许多细小的火焰流，并形成平稳的气流和温度梯度，从而防止回火和脱火现象的发生。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，更具体地，涉及一种用于中高温固体燃料电池的燃烧器及其应用。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效转化为电能的发电装置。工作过程中燃料通过蒸汽重整器转化为合成气(H₂和CO)，合成气与电池组阳极中未反应的阳极废气，经过燃烧室燃烧产生的热量可以提供给燃料电堆和蒸汽重整器，维持电化学和重整反应。

在SOFC工作供电时，由于重整过程的高水碳比(2-3)和大量空气的通入，进入燃烧室的混合气体燃料浓度稀薄(5％-12％)且过量空气系数很高(3-6)，因此尾气燃烧属于超贫(ultra-lean)燃烧；且在供电时需要经历不同阶段：电流拉升阶段，热待机阶段，自热维持阶段，系统性能下降阶段，尾气中燃料的浓度也会随着发电功率的变化而发生变化，导致火焰传播速度波动较大，最大有近7倍的变化。同时由于火焰传播速度范围广，燃料浓度低，尾气燃烧过程中非常容易产生回火或者吹熄，影响了SOFC整体系统的稳定性和效率。

目前国内外研究都采用多孔介质燃烧技术设计燃烧器，其中多采用碳化硅陶瓷或金属球体作为多孔介质材料。从实际运行来看，回火和脱火的不稳定现象还没有得到有效的控制，这严重地影响了燃料电池的健康运行。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于中高温固体燃料电池的燃烧器及其应用，其中该燃烧器结合中高温固体燃料电池合成气燃料热值较低、水碳比较高并且过量空气系数较大的特点，相应设计了分流孔板和金属网状结构，从而能够建立稳定的气流，有效散发燃烧热反馈，在极限燃烧状态下分别形成蓝焰燃烧状态和红外燃烧状态，进而有效解决燃烧器燃烧不稳定的问题，同时还具备降低氮氧化物和未燃碳氢化合物排放量的优势，因而尤其适用于固体燃料电池的应用场合。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种用于中高温固体燃料电池的燃烧器，该燃烧器包括静态混合腔、分流孔板、金属网状结构、燃烧室和脉冲点火器，其中：所述静态混合腔的入口端设置有空气进口和燃料进口，通入的空气和燃料在该静态混合腔内混合均匀获得混合气体，然后所述混合气体从所述静态混合腔的出口端喷出并进行燃烧；所述分流孔板与所述静态混合腔的出口端连接，用于为所述混合气体提供缓冲区域并将其进行分流；所述金属网状结构与所述分流孔板连接，用于防止回火和脱火现象的发生；所述燃烧室设置在所述静态混合腔的外侧，用于为所述混合气体燃烧提供空间；所述脉冲点火器设置在所述金属网状结构的上方，用于将所述混合气体点燃。

作为进一步优选地，所述金属网状结构为金属织网或金属烧结毡。

作为进一步优选地，所述金属网状结构的孔隙率优选为70％～90％。

作为进一步优选地，所述金属网状结构的厚度优选为5mm～10mm。

作为进一步优选地，所述金属网状结构采用铁铬合金材料编织。

作为进一步优选地，所述静态混合腔的内部设置有旋流金属片，用于将所述空气和燃料混合均匀。

作为进一步优选地，所述空气来自中高温固体燃料电池的阳极，所述燃料来自所述中高温固体燃料电池的阴极。