[发明专利]一种SOFC系统用耦合型重整反应器及发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及热处理技术及催化领域，特别涉及一种SOFC系统用耦合型重整反应器及发电系统。

背景技术

SOFC发电系统是一种新型发电装置，属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。

SOFC发电系统作为将燃料从化学能转变成电能和热能的能量转换装置，其高效率、无污染、全固态结构等优点，已经使其成为最具有潜力的重要能量转换工具之一。SOFC发电系统在燃料效率、排放、维修和噪声污染方面都有很大优势。

典型的SOFC热电联产系统包括燃料处理系统、SOFC本体发电系统、直交流电转化系统、余热回收系统，所需要的设备包括压缩机、蒸汽发生器、重整器、换热器以及燃烧器等。

气体燃料或液体燃料在进入电池堆发生电化学反应之前，一般都需要转化为H2和CO的合成气，以天然气为原料的燃料电池，通常选用水蒸气重整的方式(CH4+H2O→CO+3H2)实时制取氢气，该反应是一个强吸热反应(ΔH298K＝+226kJ/mol)，其反应所需的热量则来自于燃烧器。燃烧器通过燃烧从SOFC电堆出来的阳极尾气来为整个系统提供热量，而对于SOFC系统来说，重整反应是一个能量的主要消费者。

根据重整反应发生在电池内部或外部，可以分为内重整和外重整。内重整容易造成电极各处温度分布不均且有积碳反应发生，从而导致电池功率密度大幅度下降。通过在电池外部附加专门的重整反应器的外重整技术发展的较为成熟，是世界上已有燃料电池应用系统最主流的制氢方式。

目前的重整系统主要是由分立式的重整器和尾气燃烧器组成，通过电堆尾气燃烧所产生的高温烟气冲刷重整器的壁面完成热交换，进而对重整反应进行供热。这种换热方式的瓶颈在于高温烟气冲刷重整器壁面的换热系数较低，为达到预期的换热效果，就必须有较大的换热面积，从而造成这种分立式的重整系统体积庞大，系统集成度低，且易与系统中其它部件产生结构干涉。

如果能将燃烧反应与重整反应放在一起，改变燃烧器与重整器的换热方式来强化换热效果，预期可大大提高整个系统的集成度及换热效率。

因此，如何改进SOFC发电系统，将燃烧反应与重整反应进行耦合，从而大大提高整个系统的集成度及换热效率，成为本领域技术人员亟待解决的重要技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种SOFC系统用耦合型重整反应器，将燃烧反应与重整反应进行了耦合，从而大大地提高了整个系统的集成度及换热效率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种SOFC系统用耦合型重整反应器，包括：

外壳体，所述外壳体上开设有燃气进气口、尾气排气口，还有连通于所述外壳体内部的重整进气管和重整出气管；

内设于所述外壳体且内部含有燃烧室的内壳体，且所述燃烧室内填充多孔介质体；

设置于所述外壳体和所述内壳体之间的重整腔，且所述重整腔内填充金属蜂窝或泡沫；

通过所述燃气进气口连通于所述燃烧室的燃气预混装置；

设置于所述燃烧室和所述燃气预混装置之间的隔火装置。

优选的，所述多孔介质体按混合燃气的运动方向，其孔径从大到小过渡，且所述多孔介质体的四周进行封边处理。

优选的，所述多孔介质具有由SiC、ZrO2或Al2O3泡沫陶瓷构成的结构，且在所示内壳体的内壁与所述多孔介质体(13)周边的空隙填充SiC或Al2O3质浆料。

优选的，所述金属蜂窝或泡沫为整体式，且表面设有催化剂涂层。

优选的，所述外壳体具体为圆柱形，所述燃气进气口和所述尾气排气口分别开设在两个圆柱面上，所述重整进气管和所述重整出气管连通于圆周面上，所述内壳体也为圆柱形，所述外壳体和所述内壳体均轴向竖直设置且高度相同。

优选的，所述燃气预混装置具体包括相互连通的圆柱形的一级预混装置和圆锥形的二级预混装置，所述一级预混装置上连接有空气输入管和燃气输入管。

优选的，所述燃气输入管伸入所述一级预混装置的一端端部封闭，且所述燃气输入管位于所述一级预混装置内的管道侧壁上设有若干连通一级预混装置与燃气输入管管腔的开孔。

优选的，所述隔火装置具体为直孔陶瓷板，且具有根据回火极限理论确定的孔径和孔隙率。

优选的，所述的外壳体与燃气预混装置之间通过法兰及卡勾的方式连接，并在法兰和卡勾连接处加装隔热垫。