CN112072146A - 一种高温燃料电池发电系统用换热、燃烧、重整器组件及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高温燃料电池发电系统用换热、燃烧、重整器组件，包括：空气套管、燃烧套管和汽化重整套管；汽化重整套管内底部设有重整催化剂托板，汽化重整套管上端连通天然气入口管和冷水入口管，下端连通重整氢气出口管。本发明的有益效果是：本发明从外到内设有三层腔体结构：外部夹层做空气预热腔，中间夹层做燃烧腔，内部夹层做汽化重整腔，换热、燃烧、汽化重整部件集成成一个独立的部件，可以单独改进这一集成部件的性能，并且可以和不同尺寸的电池堆区相连接配合形成发电系统的热区，大幅度拓展了这一模块的使用范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种高温燃料电池发电系统用换热、燃烧、重整器组件，属于燃料电池发电领域。
背景技术
现有的SOFC电池堆发电系统使用的热交换、燃烧、汽化重整模块，为了提高效率，这些部件是和电池堆区高度融合在一起的，难以分开，制造、装配比较困难。比如BE公司的电池堆本身不带有空气管路，热区设计时再考虑空气的输送、收集和换热，于是设计的换热、汽化重整模块就和电池堆区高度集成在一起。目前SOFC系统使用的换热、燃烧、汽化重整部件不是独立的模块，不能和其它尺寸的电池堆区相配合使用，具有唯一性。我司已经设计出了一款自带空气、燃气管路，自带加压系统，可独立拿来使用的电池堆，在此基础上，需要再设计一款独立的换热、燃烧、汽化重整模块组件，可以单独制造、装配。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种高温燃料电池发电系统用换热、燃烧、重整器组件及方法。
这种高温燃料电池发电系统用换热、燃烧、重整器组件，包括空气套管、燃烧套管和汽化重整套管；汽化重整套管内底部设有重整催化剂托板，汽化重整套管上端连通天然气入口管和冷水入口管，下端连通重整氢气出口管；汽化重整套管外部设有燃烧套管，燃烧套管下端连通阳极废氢气入口管和阴极废空气入口管，上端设有燃烧废气出口；燃烧套管外部设有空气套管，空气套管上端连通冷空气入口管，下端连通热空气出口管。
作为优选：重整催化剂托板上方依次装有陶瓷珠、重整制氢催化剂和汽化用陶瓷珠。
作为优选：燃烧套管与汽化重整套管之间装填燃烧催化剂或者空置。
作为优选：空气套管、燃烧套管和汽化重整套管均为圆筒结构。
作为优选：从外到内分为三层腔体结构：空气套管与燃烧套管之间的腔体为空气预热腔；燃烧套管与汽化重整套管之间的腔体为燃烧腔；汽化重整套管内部的腔体为汽化重整腔。
作为优选：汽化重整腔的上部腔体为汽化腔，汽化重整腔的下部腔体为重整腔。
这种高温燃料电池发电系统用换热、燃烧、重整器组件的安装方法，包括以下步骤：
S1、首先将重整催化剂托板焊接到汽化重整套管底部位置，接着将陶瓷珠、重整制氢催化剂和汽化用陶瓷珠依次装填到汽化重整套管内，直到装满，然后焊接封闭，汽化重整套管顶部仅留天然气入口管和冷水入口管两个通路，汽化重整套管下端连通重整氢气出口管；
S2、接着在汽化重整套管外部焊接燃烧套管，燃烧套管与汽化重整套管之间装填燃烧催化剂，或者空置，作为燃烧腔；燃烧套管下端连通阳极废氢气入口管和阴极废空气入口管，上端设置燃烧废气出口；
S3、然后在燃烧套管外部焊接空气套管，空气套管上端连通冷空气入口管，下端连通热空气出口管；
S4、空气套管、燃烧套管和汽化重整套管组成三层腔体结构：空气预热腔、燃烧腔和汽化重整腔；燃烧火焰包围着汽化重整腔，空气包围着燃烧腔，燃烧产生的热量，向内供应汽化重整所需，向外供应预热空气所需。
作为优选：步骤S4中，空气预热腔，走空气，气流从上往下走；燃烧腔，气流从下往上走；汽化重整腔的上部腔体为汽化腔，下部腔体为重整腔，气流从上往下走。
本发明的有益效果是：本发明从外到内设有三层腔体结构：外部夹层做空气预热腔，中间夹层做燃烧腔，内部夹层做汽化重整腔，将换热、燃烧、汽化重整部件集成成一个独立的部件，可以单独改进这一集成部件的性能，并且可以和不同尺寸的电池堆区相连接配合形成发电系统的热区，大幅度拓展了这一模块的使用范围。
附图说明
图1为高温燃料电池发电系统用换热、燃烧、重整器组件的正剖面图；
图2为高温燃料电池发电系统用换热、燃烧、重整器组件的侧剖面图；
图3为高温燃料电池发电系统用换热、燃烧、重整器组件的外观立体图；
图4为高温燃料电池发电系统用换热、燃烧、重整器组件的气体流向图。
附图标记说明：1.天然气入口管；2.冷水入口管；3.冷空气入口管；4.空气套管；5.燃烧套管；6.汽化重整套管；7.重整催化剂托板；8.阳极废氢气入口管；9.重整氢气出口管；10.热空气出口管；11.阴极废空气入口管。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
作为一种实施例，本发明提供了一种集换热、燃烧、重整器为一体的组合件，可用于同高温燃料电池堆的集成，方便了高温燃料电池发电系统热区的集成。利用高温燃料电池堆发电过后高温气体的余热及剩余未反应燃料的能量进行重整制氢，预热进入电池堆的冷空气，是提高高温燃料电池发电系统总效率的一个重要途径。本发明将空气换热器、尾气燃烧器、重整器集合成一个独立的部件，只需要把各气体的进出管路同电池堆相应的管路进出口相连，即可完成热区的集成。
如图1-4所示，所述高温燃料电池发电系统用换热、燃烧、重整器组件，包括空气套管4、燃烧套管5和汽化重整套管6，汽化重整套管6内底部设有重整催化剂托板7，重整催化剂托板7上方依次装有陶瓷珠、重整制氢催化剂和汽化用陶瓷珠(其中陶瓷珠和汽化用陶瓷珠结构类似而功能不同：下层陶瓷珠装填量较少，主要用于支撑重整制氢催化剂；而上层的汽化用陶瓷珠装填较多，主要用于液态水的气化)，汽化重整套管6上端连通天然气入口管1和冷水入口管2，下端连通重整氢气出口管9；汽化重整套管6外部设有燃烧套管5，燃烧套管5与汽化重整套管6之间可以装填燃烧催化剂，也可以空置，燃烧套管5下端连通阳极废氢气入口管8和阴极废空气入口管11，上端设有燃烧废气出口；燃烧套管5外部设有空气套管4，空气套管4上端连通冷空气入口管3，下端连通热空气出口管10。本组件从上到下为细圆筒类烟囱形状，从外到内分为三层腔体结构：外部夹层(即空气套管4与燃烧套管5之间的腔体)作为空气预热腔；中间夹层(即燃烧套管5与汽化重整套管6之间的腔体)作为燃烧腔；内部夹层(汽化重整套管6内部的腔体)作为汽化重整腔，其中上部腔体为汽化腔，下部腔体为重整腔。
首先将重整催化剂托板7(多孔板)焊接到汽化重整套管6底部位置，接着将陶瓷珠、重整制氢催化剂、汽化用陶瓷珠依次装填到汽化重整套管6内，直到装满，然后焊接封闭，汽化重整套管6顶部仅留天然气入口管1和冷水入口管2两个通路；接着在汽化重整套管6外部焊接燃烧套管5，燃烧套管5和汽化重整套管6之间可以装填燃烧催化剂，也可以空置，直接做燃烧腔；然后在燃烧套管5外部焊接空气套管4。本组件从上到下为细圆筒类烟囱形状，从外到内分为三层腔体结构：外部夹层作为空气预热腔，走空气，气流从上往下走；中间夹层作为燃烧腔，气流从下往上走；内部夹层作为汽化重整腔，其中上部腔体为汽化腔，下部腔体为重整腔，气流从上往下走。燃烧火焰包围着汽化重整腔，空气包围着燃烧腔，燃烧产生的热量，向内供应汽化重整所需，向外供应预热空气所需，利用率高。
Claims (8)
1.一种高温燃料电池发电系统用换热、燃烧、重整器组件，其特征在于：包括空气套管(4)、燃烧套管(5)和汽化重整套管(6)；汽化重整套管(6)内底部设有重整催化剂托板(7)，汽化重整套管(6)上端连通天然气入口管(1)和冷水入口管(2)，下端连通重整氢气出口管(9)；汽化重整套管(6)外部设有燃烧套管(5)，燃烧套管(5)下端连通阳极废氢气入口管(8)和阴极废空气入口管(11)，上端设有燃烧废气出口；燃烧套管(5)外部设有空气套管(4)，空气套管(4)上端连通冷空气入口管(3)，下端连通热空气出口管(10)。
2.根据权利要求1所述的高温燃料电池发电系统用换热、燃烧、重整器组件，其特征在于：重整催化剂托板(7)上方依次装有陶瓷珠、重整制氢催化剂和汽化用陶瓷珠。
3.根据权利要求1所述的高温燃料电池发电系统用换热、燃烧、重整器组件，其特征在于：燃烧套管(5)与汽化重整套管(6)之间装填燃烧催化剂或者空置。
4.根据权利要求1所述的高温燃料电池发电系统用换热、燃烧、重整器组件，其特征在于：空气套管(4)、燃烧套管(5)和汽化重整套管(6)均为圆筒结构。
5.根据权利要求1所述的高温燃料电池发电系统用换热、燃烧、重整器组件，其特征在于：从外到内分为三层腔体结构：空气套管(4)与燃烧套管(5)之间的腔体为空气预热腔；燃烧套管(5)与汽化重整套管(6)之间的腔体为燃烧腔；汽化重整套管(6)内部的腔体为汽化重整腔。
6.根据权利要求5所述的高温燃料电池发电系统用换热、燃烧、重整器组件，其特征在于：汽化重整腔的上部腔体为汽化腔，汽化重整腔的下部腔体为重整腔。
7.一种如权利要求1所述的高温燃料电池发电系统用换热、燃烧、重整器组件的安装方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、首先将重整催化剂托板(7)焊接到汽化重整套管(6)底部位置，接着将陶瓷珠、重整制氢催化剂和汽化用陶瓷珠依次装填到汽化重整套管(6)内，直到装满，然后焊接封闭，汽化重整套管(6)顶部仅留天然气入口管(1)和冷水入口管(2)两个通路，汽化重整套管(6)下端连通重整氢气出口管(9)；
S2、接着在汽化重整套管(6)外部焊接燃烧套管(5)，燃烧套管(5)与汽化重整套管(6)之间装填燃烧催化剂，或者空置，作为燃烧腔；燃烧套管(5)下端连通阳极废氢气入口管(8)和阴极废空气入口管(11)，上端设置燃烧废气出口；
S3、然后在燃烧套管(5)外部焊接空气套管(4)，空气套管(4)上端连通冷空气入口管(3)，下端连通热空气出口管(10)；
S4、空气套管(4)、燃烧套管(5)和汽化重整套管(6)组成三层腔体结构：空气预热腔、燃烧腔和汽化重整腔；燃烧火焰包围着汽化重整腔，空气包围着燃烧腔，燃烧产生的热量，向内供应汽化重整所需，向外供应预热空气所需。
8.根据权利要求7所述的高温燃料电池发电系统用换热、燃烧、重整器组件的安装方法，其特征在于：步骤S4中，空气预热腔，走空气，气流从上往下走；燃烧腔，气流从下往上走；汽化重整腔的上部腔体为汽化腔，下部腔体为重整腔，气流从上往下走。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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