[实用新型]一种无燃烧器的固体氧化物燃料电池系统

说明书

本实用新型公开一种无燃烧器的固体氧化物燃料电池系统，包括多级依次串联的电堆结构，所述电堆结构包括SOFC电堆、连接于所述SOFC电堆的阳极出气端的燃料分离器，所述燃料分离器提取上一级SOFC电堆的阳极尾气中的H₂和CO，并通入下一级SOFC电堆的阳极进行电化学反应，从而实现了H₂和CO的分离，增加SOFC系统的燃料利用率，从而提升SOFC系统的发电效率。由于最后一级电堆中尾气中可燃物组分极低，可以满足直接排放的标准，因此避免了使用燃烧器对阳极尾气进行燃烧。由于没有燃烧的存在，可以显著的降低系统的温度，降低系统高温部件的温度，从而可以降低系统高温部件的成本。

技术领域

本实用新型涉及固体氧化物燃烧电池领域，具体涉及一种无燃烧器的固体氧化物燃料电池系统。

背景技术

一般的SOFC发电系统包括重整器、电堆、换热器以及鼓风机等。以天然气为燃料、常压运行的发电系统为例。空气经过鼓风机，克服系统阻力后进入空气加热器预热，然后通入电池的阴极。管道天然气克服系统阻力进入重整器，与蒸汽发生器中产生的过热蒸汽混合，蒸汽和燃料已一定的比例进行混合并发生重整，重整后的燃料气体(主要是H₂和CO)通入燃料电池阳极。阴阳极气体在电池内发生电化学反应，电池发出电能的同时，电化学反应产生的热量将未反应完全的阴阳极气体加热。阳极未反应完全的气体和阴极剩余氧化剂通入燃烧器进行燃烧，燃烧产生的高温气体除了用来预热燃料和空气之外，也提供蒸汽发生器所需的热量。经过蒸汽发生器后的燃烧产物，其热能仍有利用价值，可以通过余热回收装置提供热水或用来供暖而进一步加以利用。

阳极未反应完全的气体中含有大量的H₂和CO，如果直接排入大气会照成环境污染，同时H₂和CO中还含有较大的能量，通常采用采用燃烧器对阳极未反应完全的气体和阴极剩余的氧化剂通入燃烧器进行燃烧。由于燃烧是一个快速的化学反应过程，通常会产生较高的温度，而且由于阳极尾气和阴极尾气都在燃烧前都预热到700℃以上，因此燃烧后的尾气温度可达到900℃，燃烧器的局部区域温度可达1000℃。显然，采用燃烧器燃烧的方式处理阳极尾气，会使SOFC系统的热区温度升高，对部件材料的选用提出了更大的挑战，同时由于燃烧器尾气的温度较高，增强了燃烧尾气的热量分配的控制难度。

实用新型内容

本实用新型的目的是设计一种无燃烧器的固体氧化物燃料电池系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种无燃烧器的固体氧化物燃料电池系统，包括多级依次串联的电堆结构，所述电堆结构包括SOFC电堆、连接于所述SOFC电堆的阳极出气端的燃料分离器，所述燃料分离器提取上一级SOFC电堆的阳极尾气中的H₂和CO，并通入下一级SOFC电堆的阳极进行电化学反应，第一级所述SOFC电堆的阳极进气端通入燃料和水，每一级所述SOFC电堆的阴极进气端通入空气。

进一步，还包括与第一级所述SOFC电堆的阳极进气端依次连接的燃料加热器和重整器，燃料和水进入所述燃料加热器进行加热，并通入所述重整器，重整后的燃料气体通入第一级所述SOFC电堆的阳极。

进一步，还包括与第一级所述SOFC电堆的阴极进气端依次连接的鼓风机和空气加热器，空气经过所述鼓风机进入所述空气加热器预热后通入第一级所述SOFC电堆的阴极。

进一步，所述空气加热器的出气端与每一级所述SOFC电堆的阴极进气端连接。

进一步，每一级所述燃料分离器还连接于同一个水气分离器。

进一步，上一级所述SOFC电堆中的单电池的数量是下一级所述SOFC电堆中的单电池数量的2-8倍。