[发明专利]合成气高温燃料电池发电系统及其方法

说明书

本发明涉及电池发电领域，公开了一种合成气燃料电池发电系统，所述系统包括合成气源、换热装置、燃料电池、燃烧装置，其中，所述合成气源用于提供合成气；所述换热装置包括换热变换装置、第一换热装置和第二换热装置；所述换热变换装置经第一换热装置与所述燃料电池的阳极相连接；所述燃料电池的阴极与所述燃烧装置相连接；所述燃烧装置经第二换热装置与所述燃料电池的阴极相连接。本发明所提供的合成气燃料电池发电系统流程简单，采用该系统进行发电时，提高了氢气分压，降低合成气燃料电池发电过程发热量，合理利用系统热量，提高燃料电池发电效率。

技术领域

本发明涉及电池发电领域，具体涉及一种合成气高温燃料电池发电系统及其方法。

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。

现有技术中，固体氧化物燃料电池通常以天然气为原料，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。例如，CN106784940A公开了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。

然而，由于现有技术中的固体氧化物燃料电池发电系统主要以天然气为原料，需要设置甲烷重整器等，不能适用于廉价的合成气。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在中的固体氧化物燃料电池发电系统用于合成气时发电效率低的问题，提供一种合成气燃料电池发电系统以及合成气燃料电池发电方法，该系统流程简单，采用该系统进行发电时，提高了氢气分压，降低合成气燃料电池发电过程发热量，合理利用系统热量，提高燃料电池发电效率。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种合成气燃料电池发电系统，所述系统包括合成气源、换热装置、燃料电池、燃烧装置，其中，所述合成气源用于提供合成气；所述换热装置包括换热变换装置、第一换热装置和第二换热装置；所述换热变换装置经第一换热装置与所述燃料电池的阳极相连接；所述燃料电池的阴极与所述燃烧装置相连接；所述燃烧装置经第一换热装置与所述燃料电池的阴极相连接。

本发明第二方面提供一种合成气燃料电池发电方法，其中，所述方法包括以下步骤：

将由合成气源提供的合成气与水蒸气混合后经换热变换装置预热至第一温度，然后进行水煤气变换反应，制得包含氢气和一氧化碳的混合燃料气体；

所述混合燃料气体经第一换热装置加热至第二温度后，进入燃料电池的阳极，与经第二换热装置加热并进入燃料电池的阴极的空气发生反应，进行发电，分别产生阳极尾气和阴极尾气；

所述阴极尾气进入燃烧装置中进行燃烧，产生燃烧尾气。

通过上述技术方案，本发明所提供的合成气燃料电池发电系统以及发电方法获得以下有益的效果：