[实用新型]一种基于沼气的固体氧化物燃料电池系统

说明书

本实用新型公开了一种基于沼气的固体氧化物燃料电池系统，包括燃料电池、沼气组件、烟气组件、水组件和空气组件，沼气组件包括依次连接的沼气源、沼气换热器和沼气重整器，沼气重整器的出料口连接燃料电池的阳极；空气组件包括依次连接的空气源和空气换热器；空气换热器的出料口连接燃料电池的阴极；水组件包括依次连接的烟气冷凝器和水换热器；水换热器的出料口连接沼气重整器的进料口；烟气组件包括燃烧器；燃料电池、沼气源和空气源均连接燃烧器的进料口，燃烧器的出料口分别连接沼气重整器、沼气换热器、空气换热器、水换热器和烟气冷凝器。该发电系统，将烟气中的水回用，还将燃料电池的排气燃烧以供热，节约了资源。

技术领域

本实用新型涉及领域燃料电池领域，尤其涉及一种基于沼气的固体氧化物燃料电池系统。

背景技术

沼气为有机物在厌氧条件下由微生物发酵而制备的一种富含甲烷的燃料气体，经过净化脱碳等处理后可得到高纯甲烷的生物天然气。沼气具有多种用途，可以用于化工合成、燃烧发电、居民用气等。近来，研究人员提出将其经过净化、重整等处理后作为燃料电池的燃料，构建基于沼气燃料的燃料电池分布式发电系统。沼气作为质子交换膜燃料电池的燃料需要经过复杂的燃料净化、脱碳、重整、变换反应制备纯氢的工艺，会使得整体工艺较为复杂。而固体氧化燃料电池(SOFC)可以直接采用经过净化后的沼气作为燃料，从而简化了燃料气体的处理工艺。目前以沼气为燃料的固体氧化物燃料电池系统存在发电效率及能量利用效率较低、整体系统工艺复杂、系统配置不甚合理和系统模型的研究及构建仍然相对欠缺等问题。

专利CN2017382059.5公开了一种基于能源互联网的沼气燃料电池系统及其运行策略，但该专利中的电池系统的水资源由外部接入，使得系统工艺复杂化、耗能并浪费水资源。此外，现有的基于沼气的SOFC中还存在以下以下问题：重整器只依靠沼气及水蒸气预热后携带的能量是不能实现自热维持的，需要外加能量来维持强吸热的重整反应；无脱碳单元会提高燃料气的C/H、 C/O比值，从而提高积碳风险；水蒸气无过热处理会降低重整反应器的温度及水蒸气在管线中的温度迅速降低及潜在的冷凝问题。

因此亟需一种新型的沼气燃料的固体氧化物燃料电池系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于沼气的固体氧化物燃料电池系统，来解决以上问题。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种基于沼气的固体氧化物燃料电池系统，包括燃料电池、沼气组件、烟气组件、水组件和空气组件，所述沼气组件包括沼气源、沼气换热器和用于将沼气和水进行重整反应的沼气重整器，所述沼气源的出气口连接所述沼气换热器的沼气进口，所述沼气换热器的沼气出口连接所述沼气重整器的沼气进口，所述沼气重整器的重整气出口连接所述燃料电池的阳极；

所述空气组件包括空气源和空气换热器；所述空气源的出气口连接所述空气换热器的空气进口，所述空气换热器的空气出口连接所述燃料电池的阴极；

所述水组件包括用于将烟气中的气态水冷凝为液态水的烟气冷凝器，和水换热器；所述烟气冷凝器的冷凝水出口连接所述水换热器的水进口，所述水换热器的水出口连接所述沼气重整器的水进口；

所述烟气组件包括用于燃烧可燃气体产生烟气的燃烧器；所述燃料电池、沼气源和空气源的出气口均连接所述燃烧器的进气口，所述燃烧器的烟气出口分别连接所述沼气重整器、沼气换热器、空气换热器、水换热器和烟气冷凝器的烟气进口。

可选的，所述沼气组件还包括沼气处理单元、沼气流量计和沼气三通阀；所述沼气源的排气口连接所述沼气处理单元的沼气进口，所述沼气处理单元的沼气出口通过所述沼气流量计连接所述沼气三通阀的沼气进口；

所述沼气三通阀的第一沼气出口连接所述沼气换热器的沼气进口，所述沼气三通阀的第二沼气出口连接所述燃烧器的进气口；