一种低温运行的固体氧化物燃料电池系统的制作方法

1.本实用新型涉及固体氧化物燃料电池技术领域，尤其是一种低温运行的固体氧化物燃料电池系统。


背景技术：

2.固体氧化物燃料电池(sofc)是一种不经过燃烧过程直接以电化学反应方式将燃料(如天然气)的化学能直接转化为电能的高效发电装置。不同于太阳能发电、风力发电，sofc发电技术不受季节、气候、地理位置、时间间歇性等的限制，只要通入天然气、沼气等燃料，sofc可以直接发电。另一方面，相对于传统发电技术，sofc发电系统具有燃料来源广、发电效率高、发电过程几乎无no
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排放、且便于co2捕集等优点。sofc系统作为一种高效、环保的新型发电设备，在住宅、酒店、医院、学校、办公楼宇、小区、数据中心、通讯基站等民工商业用户分布式电源领域具有广泛应用前景，是进一步推动清洁能源天然气高效利用、实现“碳中和”、“碳达峰”的重要技术手段。
3.以天然气为燃料的sofc系统为例，通常包含鼓风机、空气加热器、预重整器、sofc电堆、燃烧器，其中sofc电堆出口的阳极尾气和阴极尾气直接进入燃烧器中进行燃烧，燃烧产生的高温烟气依次通过空气加热器和预重整器。由于电堆阳极尾气和阴极尾气从电堆出来后温度可以达到750℃，而阳极尾气中又包含有co和h2可燃组分，导致阴极尾气和阳极尾气燃烧后产生的燃烧尾气可以达到900℃以上。与此同时，900℃的高温燃烧尾气进入到空气加热器中对空气进行加热，使常温空气迅速加热至约700℃。由于900℃的高温尾气的存在，以及sofc需要长期不间断运行，这对燃烧器的和空气加热器的材料选择提出较大的考验；通常的做法是采用高温镍基合金钢作为燃烧器以及空气加热器的制造材料，但是这些材料的成本非常高，这也是造成sofc系统制造成本增加的一个重要因数。


技术实现要素：

4.为了解决上述的问题，本实用新型提供了一种低温运行的固体氧化物燃料电池系统。
5.为了实现以上目的，本实用新型是通过如下技术方案来实现：
6.一种低温运行的固体氧化物燃料电池系统，包括鼓风机、空气加热器、sofc电堆阳极、sofc电堆阴极、燃烧器和预重整器，所述鼓风机、所述空气加热器、所述sofc电堆阴极依次连通设置，所述预重整器的输出端与所述sofc电堆阳极连通，所述sofc电堆阴极的阴极尾气输出端和所述sofc电堆阳极的阳极尾气输出端都分别与所述燃烧器连通，所述燃烧器的输出端与所述空气加热器连通，所述sofc电堆阴极的阴极尾气输出端与所述预重整器连通，所述sofc电堆阳极的阳极尾气输出端与燃料加热器连通，所述预重整器和所述燃料加热器都分别与所述燃烧器连通。
7.进一步的，所述预重整器为换热式预重整器。
8.进一步的，所述燃料加热器还分别与所述预重整器和所述sofc电堆阳极连通。
9.本实用新型的有益效果是：阴极尾气和阳极尾气分别通过预重整器和燃料加热器的换热后再进入燃烧器中燃烧，使进入燃烧器的尾气温度显著降低，从而降低燃烧器中燃烧尾气的温度，也进而降低燃烧尾气从燃烧器进入空气加热器的温度，因此燃烧器和空气加热器的运行温度将会得到显著降低，而整个系统的运行温度也将得到降低，从而可以降低热区材料选取的难度和材料的成本，与此同时，由于燃烧器入口的温度降低，可以降低燃烧器的回火，增强燃烧器运行的稳定性。
附图说明
10.图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
11.下面结合附图，对本实用新型做详细描述：
12.如图1所示，一种低温运行的固体氧化物燃料电池系统，包括鼓风机、空气加热器、sofc电堆阳极、sofc电堆阴极、燃料加热器、燃烧器和预重整器，本申请不涉及对这些具体结构的改进，这些都是现有技术；其中，鼓风机、空气加热器、sofc电堆阴极依次连通设置，sofc电堆阴极的阴极尾气通过预重整器的换热后与燃烧器连通，阴极尾气在进入燃烧器之前，还对预重整器进行加热，使预重整器的重整温度增加，预重整器温度的增加可以显著的增加燃料在预重整器中的转化率，降低燃料在电堆当中的重整比例，可以进一步降低电堆内部的温度梯度；
13.其中，预重整器为换热式预重整器，而且预重整器、燃料加热器、sofc电堆阳极依次连通设置，sofc电堆阳极的阳极尾气通过燃料加热器的换热后与燃烧器连通，阳极尾气在进入燃烧器之前先进入燃料加热器中对重整气进行加热，从而增加重整气进入电堆的温度，这样可以降低电堆运行的温度梯度，增加sofc电堆的寿命；
14.因此，阳极尾气和阴极尾气在进入燃烧器之前，都进行过一次换热降温，使进入燃烧器的尾气温度显著降低，从而降低燃烧器中燃烧尾气的温度，也进而降低燃烧尾气从燃烧器进入空气加热器的温度，所以燃烧器和空气加热器的运行温度将会得到显著降低，而整个系统的运行温度也将得到降低，从而可以降低热区材料选型的难度和材料的成本，同时当燃烧器入口的温度降低，可以使燃烧器中h2和co的火焰传播速度降低，降低燃烧器回火的可能性，从而改善燃烧器的燃烧稳定性；最后，燃烧器的输出端与空气加热器连通，用燃烧尾气来加热进入电堆前的空气。
15.本实用新型的工作原理为：
16.如图1所示，空气通过鼓风机进入空气加热器加热后进入sofc电堆阴极，同时水蒸气和燃料等依次经过预重整器和燃料加热器后进入sofc电堆阳极；阴极尾气先经过预重整器后再进入燃烧器，在预重整器中换热，一是对预重整器进行加热，提高预重整器的温度，增加预重整器的反应活性，二是使阴极尾气进入燃烧器之前的温度降低100℃左右；阳极尾气先经过燃料加热器后再进入燃烧器，在燃料加热器中换热，一是增加重整气进入电堆的温度，二是使阳极尾气进入燃烧器之前的温度降低100℃左右；经过燃料加热器和预重整器后的阳极尾气和阴极尾气，在燃烧器中燃烧后的燃烧尾气温度可降低至800℃左右，最后燃烧尾气进入空气加热器中进行换热后再排出处理；基于这100℃的温度降低，可以使整个系
统的运行温度得到降低，从而可以降低热区材料选型的难度和材料的成本。
17.以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此即限制本实用新型的专利保护范围，凡是运用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的保护范围内。


技术特征：
1.一种低温运行的固体氧化物燃料电池系统，包括鼓风机、空气加热器、sofc电堆阳极、sofc电堆阴极、燃烧器和预重整器，所述鼓风机、所述空气加热器、所述sofc电堆阴极依次连通设置，所述预重整器的输出端与所述sofc电堆阳极连通，所述sofc电堆阴极的阴极尾气输出端和所述sofc电堆阳极的阳极尾气输出端都分别与所述燃烧器连通，所述燃烧器的输出端与所述空气加热器连通，其特征是，所述sofc电堆阴极的阴极尾气输出端与所述预重整器连通，所述sofc电堆阳极的阳极尾气输出端与燃料加热器连通，所述预重整器和所述燃料加热器都分别与所述燃烧器连通。2.根据权利要求1所述的低温运行的固体氧化物燃料电池系统，其特征在于，所述预重整器为换热式预重整器。3.根据权利要求1所述的低温运行的固体氧化物燃料电池系统，其特征在于，所述燃料加热器还分别与所述预重整器和所述sofc电堆阳极连通。

技术总结
本实用新型提供了一种低温运行的固体氧化物燃料电池系统，包括鼓风机、空气加热器、SOFC电堆阳极、SOFC电堆阴极、燃料加热器、燃烧器和预重整器；阴极尾气和阳极尾气分别通过预重整器和燃料加热器的换热后再进入燃烧器中燃烧，使进入燃烧器的尾气温度显著降低，从而降低燃烧器中燃烧尾气的温度，也进而降低燃烧尾气从燃烧器进入空气加热器的温度，因此燃烧器和空气加热器的运行温度将会得到显著降低，而整个系统的运行温度也将得到降低，从而可以降低热区材料选型的难度和材料的成本。降低热区材料选型的难度和材料的成本。降低热区材料选型的难度和材料的成本。


技术研发人员：尹祥 林梓荣 陈锦芳 刘洋
受保护的技术使用者：广东佛燃科技有限公司
技术研发日：2022.04.29
技术公布日：2022/10/13