CN112310437A - 固体氧化物燃料电池系统和固体氧化物燃料电池发电的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及固体氧化物燃料电池领域，具体涉及固体氧化物燃料电池系统和固体氧化物燃料电池发电的方法。所述系统包括：原料气源(11)、混合罐(6)、电堆(8)和涡轮增压装置(3)，所述涡轮增压装置(3)连通所述原料气源(11)与所述混合罐(6)并且连通所述电堆(8)与所述混合罐(6)。本发明的系统和方法能够显著提高电池的发电效率并降低排放气体中污染气体的含量。

Description

固体氧化物燃料电池系统和固体氧化物燃料电池发电的方法
技术领域
本发明涉及固体氧化物燃料电池领域，具体涉及固体氧化物燃料电池系统和固体氧化物燃料电池发电的方法。
背景技术
固体氧化物燃料电池(SolidOxideFuelCell，简称SOFC)是一种将碳氢化合物的化学能转化成电能的发电装置。SOFC电池主要由多孔阳极、电解质、多孔阴极组成。多孔阳极通入碳氢化合物，多孔阴极通入空气，电解质为氧化钇稳定氧化锆(YSZ)陶瓷。在高温下，多孔阴极侧中的氧离子通过陶瓷电解质转移到多孔阳极侧的碳氢化合物中，与氢气、CO、CH4等发生反应产生含有水、CO2、氢气、CO、CH4等的阳极尾气；阴阳两极的电子迁移形成电流产生电能。
目前，SOFC燃料电池的电池效率普遍仅有40％左右，而且阳极尾气中混杂有较多的污染气体。
现有的对尾气进行循环通常采用引射器的方式，在进料的同时将原料与尾气混合。但是引射器引射范围窄，尾气混入的流量受限于原料的流量(产生的负压)，因此使用引射器进行尾气循环的系统难以进行尾气流量、压力调节、限制了循环效率，从而发电效率无法提高。另外，还可以采用尾气循环泵(高温循环加压风机)进行循环，但是尾气循环泵需要较大的动力消耗，以5kW SOFC装置为例，高温循环泵装机大约400W，实际运行功率200-300W，消耗整个电池电量的4-6％，因此这种系统的发电效率也较低。
因此，进一步研究SOFC电池的阳极尾气循环系统具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的单程转化率较低和/或动力消耗较大的缺陷。本发明提供了一种固体氧化物燃料电池系统和固体氧化物燃料电池发电的方法。本发明的系统和方法能够显著提高电池的发电效率并降低排放气体中污染气体的含量。
本发明第一方面提供了一种固体氧化物燃料电池系统，该系统包括：原料气源、混合罐、电堆和涡轮增压装置，所述涡轮增压装置连通所述原料气源与所述混合罐并且连通所述电堆与所述混合罐。
本发明第二方面提供了一种固体氧化物燃料电池发电的方法，该方法在本发明第一方面所述的固体氧化物燃料电池系统中进行，包括：将来自原料气源的原料气通过涡轮增压装置，带动所述涡轮增压装置中的同轴设置的涡轮和叶轮的转动；所述叶轮的转动产生负压，将所述系统中的电堆产生的阳极尾气吸入并旋转压缩；通过所述叶轮的阳极尾气部分进入混合罐中与通过所述涡轮的原料气相混合得到反应燃料；将所述反应燃料引入所述电堆的阳极侧，将阴极反应气体引入所述电堆的阴极侧，进行发电。
通过上述技术方案，本发明至少具有以下优势：
(1)实现了SOFC电堆发电过程中的阳极尾气循环；
(2)采用涡轮增压装置代替引射器或高温循环加压风机，可实现尾气压力、流量的大范围调节，同时使用原料气的压力来驱动尾气加压，没有额外电力消耗，能够显著提高整个电池的发电效率；
(3)通过直接对尾气进行加压，尾气中与原料气直接混合换热，换热效率高于间接换热器，能够提高整个电池的发电效率；
(4)系统流程简单，通过涡轮增压装置和混合罐代替了原技术的换热器、冷凝器、蒸汽发生器、混合器等多种设备；
(5)充分利用阳极尾气中的未反应原料气体，能够显著降低排放气中的污染气体(排放的尾气中水和CO2为非污染气体，其他气体(如氢气、CO、CH4等)为污染气体)的含量。
本发明的其他特征和优势将通过以下具体实施方式进行说明。
附图说明
图1是根据本发明一种具体实施方式的固体氧化物燃料电池系统的示意图。
图2是对比例2的固体氧化物燃料电池系统的示意图。
图3是对比例3的固体氧化物燃料电池系统的示意图。
附图标记说明
1-过滤器；2-流量计；3-涡轮增压装置；31-涡轮；32-叶轮；
41-阳极尾气压力调节阀；42-原料气压力调节阀；5-单向阀；
6-混合罐；7-阻力件；8-电堆；9-热箱；10-平衡阀；11-原料气源；
12-引射器；13-高温循环加压风机；14-引风机；15-换热器。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明第一方面提供了一种固体氧化物燃料电池系统，如图1所示，该系统包括：原料气源11、混合罐6、电堆8和涡轮增压装置3，所述涡轮增压装置3连通所述原料气源与所述混合罐6并且连通所述电堆8与所述混合罐6。
在本发明中，所述涡轮增压装置3用于利用原料气的压力来驱动阳极尾气循环。
在本发明中，术语“固体氧化物燃料电池”(SolidOxideFuelCell)在本领域中通常简称为SOFC，因此本发明中的“SOFC”代表“固体氧化物燃料电池”。
在本发明中，优选地，所述涡轮增压装置3包括同轴设置的涡轮31和叶轮32，所述涡轮31连通所述原料气源11与所述混合罐6，所述叶轮32连通所述电堆8与所述混合罐6。具体地，所述涡轮31的气体入口与所述原料气源11相通，所述涡轮31的气体出口与所述混合罐6的气体入口相通，所述叶轮32的气体入口与所述电堆8的阳极尾气出口相通，所述叶轮32的气体出口与所述混合罐6的气体入口相通。
在本发明中，优选地，所述系统进一步包括在连通所述叶轮32与所述混合罐6的管路上设置与所述系统的外部连通的分支管路，并在该分支管路上设置有平衡阀10。所述分支管路和所述平衡阀10用于将所述涡轮增压装置3中的所述叶轮32排出的阳极尾气的一部分进行平衡弛放，从而调节进入所述混合罐6中的阳极尾气的流量和压力。
在本发明中，优选地，所述系统进一步包括在连通所述叶轮32与所述混合罐6的管路上设置有阳极尾气压力调节阀41，用于对进入所述混合罐6的阳极尾气的压力进行调节。更优选地，所述阳极尾气压力调节阀41设置于所述分支管路的分支处和所述混合罐6之间的管路上。
在本发明中，优选地，所述系统进一步包括在连通所述原料气源11和所述涡轮增压装置3的管路上设置有过滤器1，用于对来自所述原料气源11的原料气进行过滤。为了保护系统中的其它设备，优选地所述过滤器1与所述原料气源11直接相连，从而使来自所述原料气源11的原料气先经过过滤之后再进入所述系统。
在本发明中，优选地，所述系统进一步包括在连通所述原料气源11和所述涡轮增压装置3的管路上设置有流量计2，用于计量和控制所述原料气的进量。
在本发明中，优选地，所述系统进一步包括在连通所述涡轮增压装置3和所述混合罐6的管路上设置有原料气压力调节阀42，用于对进入所述混合罐6的原料气的压力进行调节。
在本发明中，优选地，所述系统进一步包括在连通所述涡轮增压装置3和所述混合罐6的管路上设置有单向阀5，用于将所述原料气的流动方向控制为只允许向所述混合物6的方向单向流动。
在本发明中，优选地，所述系统进一步包括在连通所述混合罐6和所述电堆8(具体地连通至所述电堆8的阳极侧)的管路上设置有阻力件7，用于调节进入所述电堆8的所述反应燃料的流量和压力。
在本发明中，所述电堆8按照本领域常规的固体氧化物燃料电池的电堆进行设置即可，本申请对此没有特别的限定，在此不再赘述。
在本发明中，所述电堆8可以配置有本领域常规的与固体氧化物燃料电池电堆共同使用的配件，例如所述电堆8的外部设置有热箱9。
本发明的所述固体氧化物燃料电池系统中还设置有本领域常规的仪表和检测装置。例如，如图1所示，所述系统中还设置有压力变送器(图1中用符号PT来表示，用来测定和传送压力数据)、流量变送器(图1中用符号FT表示，用来测定和传送气体流量数据)、故障时自动关闭的阀门(图1中用符号FC表示，用来在系统发生故障时控制阀门自动关闭)、流量调节阀(图1中用符号FV表示，用来调节气体流量)、温度变送器(图1中用符号TT表示，用来测定和传送气体温度数据)。
优选地，在连通所述涡轮增压装置3与所述混合罐6的管路上设置有流量变送器、故障时自动关闭的阀门和流量调节阀，如图1所示。
优选地，在连通所述原料气压力调节阀42和所述混合罐6的管路上设置有压力变送器，如图1所示。
优选地，在连通所述阳极尾气压力调节阀41和所述混合罐6的管路上设置有压力变送器，如图1所示。
优选地，在连通所述混合罐6和所述电堆8的管路上设置有温度变送器和压力变送器，如图1所示。
优选地，在连通所述电堆8和所述涡轮增压装置3的管路上设置有温度变送器和压力变送器，如图1所示。
本发明第二方面提供了一种固体氧化物燃料电池发电的方法，该方法在本发明第一方面所述的固体氧化物燃料电池系统中进行，包括：将来自原料气源11的原料气通过涡轮增压装置3，带动所述涡轮增压装置3中的同轴设置的涡轮31和叶轮32的转动；所述叶轮32的转动产生负压，将所述系统中的电堆8产生的阳极尾气吸入并旋转压缩；通过所述叶轮32的阳极尾气部分进入混合罐6中与通过所述涡轮31的原料气相混合得到反应燃料；将所述反应燃料引入所述电堆8的阳极侧，将阴极反应气体引入所述电堆8的阴极侧，进行发电。
在本发明中，所述阴极反应气体优选为空气。
由于电堆的发电量或运行功率会对系统中气体的流量有较大影响，因此在没有格外说明的情况下，本发明中所给出的气体流量均为在电堆的发电量为1kW的情况下的数值(或范围)。在实际生产的一般情况下，当电堆的发电量为n kW时，气体流量的数值(或范围)按照本发明中给出的数值乘以n即可。本段的说明仅限于流量或本领域技术人员知道的其它有类似情况的参数，而不限于温度、压力等，温度、压力等参数在不同发电量时可以保持不变。
在本发明中，所述来自原料气源11的原料气的具体组成按照SOFC电池的阳极反应所需的原料气进行设置即可。优选地，所述原料气含有氢气、CO、CH4、天然气、合成气和沼气中的一种或多种。
在本发明中，进入所述涡轮增压装置3的所述原料气为高压状态的原料气，从而才能够推动涡轮31的转动，进而带动所述叶轮32的带动，达到将来自所述电堆8产生的阳极尾气(通常为微负压的状态)吸入所述叶轮32中从而实现阳极尾气循环的目的。
优选的，进入所述涡轮增压装置3的所述原料气的压力为750-850kPaG，更优选为780-820kPaG。在本发明中没有相反说明的情况下，气体压力均指表压。
优选地，进入所述涡轮增压装置3的所述原料气的温度为150-190℃。
优选地，相对于1kW的电堆发电量，进入所述涡轮增压装置3的所述原料气的流量为0.7-0.15m3/h，更优选为0.9-0.13m3/h。
所述“相对于1kW的电堆发电量”指的是在电堆发电量为1kW时所需的流量；在其它电堆发电量时，可以相应地进行折算，例如，当实际情况为电堆发电量为2kW时，进入所述涡轮增压装置3的所述原料气的流量为0.14-0.3m3/h，更优选为0.18-0.26m3/h。其它电堆发电量的情况，或其他气体的情况，均可以参照上述举例进行折算，在后文中不再赘述。
在本发明中，所述“进入所述涡轮增压装置3的所述原料气”的参数均指的是在所述涡轮增压装置3的涡轮入口处测得的数据。由于在所述原料气源11与所述涡轮增压装置3之间可能设置有其他影响到所述原料气的流量、压力和温度的部件，因此，为了更便于控制，在所述涡轮增压装置3的涡轮入口处进行测量。
优选地，所述方法进一步包括：将来自原料气源11的原料气通过过滤器1以对所述原料气进行过滤。
优选地，所述方法进一步包括：将来自原料气源11的原料气通过流量计2，以对所述原料气的流量进行计量和控制。
在本发明中，通过所述涡轮31的所述原料气经过管道进入所述混合罐6中，从而在所述混合罐6中与阳极尾气相混合，形成所述反应燃料。
优选的，进入所述混合罐6的所述原料气的压力为5-7kPaG，更优选为5.5-6.5kPaG。
优选地，进入所述混合罐6的所述原料气的温度为20-30℃，更优选为23-27℃。
优选地，相对于1kW的电堆发电量，进入所述混合罐6的所述原料气的流量为0.5-0.7m3/h，更优选为0.55-0.65m3/h。
在本发明中，所述“进入所述混合罐6的所述原料气”的参数均指的是在所述混合罐6的原料气的气体入口处测得的数据。由于在所述混合罐6与所述涡轮增压装置3之间可能设置有其他影响到所述原料气的流量、压力和温度的部件，因此，为了更便于控制，在所述混合罐6的原料气的气体入口处进行测量。
在本发明中，优选地，所述方法进一步包括：将通过所述涡轮31后的原料气通过阳极尾气压力调节阀41以调节所述原料气的压力。
在本发明中，优选地，所述方法进一步包括：将通过所述阳极尾气压力调节阀41后的原料气通过单向阀5，以控制所述原料气的流向为单向。
在本发明中，所述混合罐6中的所述反应燃料经过管道进入所述电堆8的阳极侧，进行发电。
优选地，进入所述电堆8的所述反应燃料的温度为600-800℃。所述“进入所述电堆8的所述反应燃料的温度”指的是在所述电堆8的气体出口处测得的温度。如果没有发生明显的热量损失或增加，也可以在所述混合罐6中或在连通所述混合罐6与所述电堆8之间的管路上进行测量。
优选地，进入所述电堆8的所述反应燃料的压力为2-3kPaG，更优选为2.2-2.7kPaG。
优选地，相对于1kW的电堆发电量，进入所述电堆8的所述反应燃料的流量为6.5-8m3/h，更优选为7-7.5m3/h。
在本发明中，所述“进入所述电堆8的所述反应燃料”的参数均指的是在所述电堆8的气体入口处测得的。由于在所述混合罐6与所述电堆8之间可能设置有其他影响到所述反应燃料的流量、压力和温度的部件，因此，为了更便于控制，在所述电堆8的气体入口处进行测量。
优选地，将来自所述混合罐6的所述反应燃料通过阻力件7以调节所述反应燃料的流量和压力。
在本发明中，所述系统中的电堆8产生的阳极尾气在所述涡轮增压装置3的叶轮32产生的负压作用下被吸入所述叶轮32中。
优选地，进入所述叶轮32的所述阳极尾气的压力为0.1-1kPaG，更优选为0.3-0.7kPaG。
优选地，进入所述叶轮32的所述阳极尾气的温度为650-850℃，优选为760-840℃，更优选为780-820℃。
优选地，相对于1kW的电堆发电量，进入所述叶轮32的所述阳极尾气的流量为7.5-9.5m3/h，更优选为8-9m3/h。
在本发明中，所述“进入所述叶轮32的所述阳极尾气”的参数均指的是在叶轮32的气体入口处测得的所述阳极尾气的参数。由于在所述电堆8与所述涡轮增压装置3之间可能设置有其他影响到所述原料气的流量、压力和温度的部件，因此，为了更便于控制，在所述涡轮增压装置3的叶轮入口处进行测量。
在本发明中，通过所述叶轮32的阳极尾气的另一部分经分支管路进行平衡弛放。即，通过所述叶轮32的阳极尾气部分进入混合罐6中的过程包括：经过所述叶轮32的旋转压缩之后的阳极尾气，一部分通过设置在连通所述涡轮增压装置3与所述混合罐6的管路上的分支管路(设置有平衡阀10)进行平衡弛放，另一部分进入所述混合罐6中。
优选地，进行所述平衡弛放的所述阳极尾气(在图1中称为平衡驰放气)的压力为5.5-6.5kPaG，更优选为5.8-6.2kPaG。
优选地，进行所述平衡弛放的所述阳极尾气的温度为780-850℃，更优选为800-830℃。
优选地，相对于1kW的电堆发电量，进行所述平衡弛放的所述阳极尾气的流量为1-2.5m3/h，更优选为1.5-2m3/h。
在本发明中，所述“所述平衡弛放的所述阳极尾气”的参数均指的是在阳气尾气经过所述分支管道上的平衡阀10后测得的。
优选地，进入所述混合罐6的所述阳极尾气的压力为5.5-6.5kPaG，更优选为5.8-6.2kPaG。
优选地，进入所述混合罐6的所述阳极尾气的温度至少大于600℃，优选为780-850℃，更优选为800-830℃。
优选地，相对于1kW的电堆发电量，进入所述混合罐6的所述阳极尾气的流量为3.5-7m3/h，更优选为5-7m3/h，进一步优选为5.8-6.5m3/h。
在本发明中，所述“进入所述混合罐6的所述阳极尾气”的参数均指的是在所述混合罐6的阳气尾气的气体入口处测得的。
在本发明中，所述阴极反应气体按照本领域常规的方式设置即可，例如为空气。
本发明的系统和方法能够相互配合的，从而能够更好地实现本发明的目的。根据本发明一种优选的具体实施方式，本发明的固体氧化物燃料电池发电的方法在图1所示的固体氧化物燃料电池系统中进行，所述方法包括：来自原料气源11的原料气依次经过过滤器1和流量计2后进入涡轮增压装置3的涡轮31中，在该涡轮31的入口处控制原料气的温度为150℃-190℃(更优选为160℃-180℃)、压力为750-850kPaG(更优选为780-820kPaG)以及流量为0.7-0.15m3/h(更优选为0.9-0.13m3/h)。该原料气推动所述涡轮31转动，由此带动同轴的叶轮32也转动，该叶轮32的转动产生负压，将电堆8产生的阳极尾气吸入。经过所述涡轮31的原料气依次经过阳极尾气压力调节阀41和单向阀5之后进入混合罐6中，在混合罐6的原料气的气体入口处控制原料气的温度为20-30℃(更优选为23-27℃)、压力为5-7kPaG(更优选为5.5-6.5kPaG)以及流量为0.5-0.7m3/h(更优选为0.55-0.65m3/h)。经过所述叶轮32的阳极尾气一部分进入分支管路中，进过该分支管路上的平衡阀10进行平衡弛放，在该平衡阀10处控制平衡弛放的阳极尾气的温度为780-850℃(更优选为800-830℃)、压力为5.5-6.5kPaG(更优选为5.8-6.2kPaG)以及流量为1-2.5m3/h(更优选为1.5-2m3/h)；另一部分通过阳极尾气压力调节阀41之后进入混合罐6中，在该混合罐6的阳极尾气的气体入口处控制阳极尾气的温度为780-850℃(更优选为800-830℃)、压力为5.5-6.5kPaG(更优选为5.8-6.2kPaG)以及流量为5-7m3/h(更优选为5.8-6.5m3/h)。在所述混合罐6中，原料气和阳极尾气充分混合后得到反应燃料，将该反应燃料经过阻力件7之后引入电堆8的阳极侧进行发电，在电堆的反应燃料入口处控制反应原料的温度为580-660℃(更优选为600-650℃)、压力为2-3kPaG(更优选为2.2-2.7kPaG)以及流量为6.5-8m3/h(更优选为7-7.5m3/h)；该电堆8发电后的阳极尾气被叶轮32产生的负压吸入叶轮32中，由此循环进行。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例在图1所示的固体固体氧化物燃料电池系统中进行。并进行如下说明：
(1)发电效率的测试和计算方式如下：
发电效率(％)＝(输出电能-系统消耗电能)/输入能量×100％。
(2)排放气体(平衡阀10处进行平衡弛放的气体)中含有不产生污染的H2O、CO2、N2、O2，和产生污染的H2、CO、CH4等；测试排放气体中各气体组分的含量的方法为气相色谱法，计算污染气体排放率(体积％)＝100％-H2O体积％-CO2体积％-N2体积％-O2体积％。
实施例1
本实施例在电堆的发电量为1kW的条件下运行。具体运行工艺包括：
来自原料气源11的合成气(具体包括：N2 1.12体积％、O2 0.02体积％、H2 61.78体积％、CO 36.71体积％、CO2 0.24体积％和CH4 0.13体积％)依次经过过滤器1和流量计2后进入涡轮增压装置3的涡轮31中，在该涡轮31的入口处测得原料气的温度、压力和流量，记于表1中。该原料气推动所述涡轮31转动，由此带动同轴的叶轮32也转动，该叶轮32的转动产生负压，将电堆8产生的阳极尾气吸入。经过所述涡轮31的原料气依次经过阳极尾气压力调节阀41和单向阀5之后进入混合罐6中，在混合罐6的原料气的气体入口处测得原料气的温度、压力和流量，记于表1中。经过所述叶轮32的阳极尾气一部分进入分支管路中，进过该分支管路上的平衡阀10进行平衡弛放，在该平衡阀10处测得平衡弛放的阳极尾气的温度、压力和流量，记于表1中；另一部分通过阳极尾气压力调节阀41之后进入混合罐6中，在该混合罐6的阳极尾气的气体入口处测得阳极尾气的温度、压力和流量，记于表1中。在所述混合罐6中，原料气和阳极尾气充分混合后得到反应燃料，将该反应燃料经过阻力件7之后引入电堆8的阳极侧进行发电，在电堆的反应燃料入口处测得反应原料的温度、压力和流量，记于表1中；该电堆8发电后的阳极尾气被叶轮32产生的负压吸入叶轮32中，由此循环进行。
经测试和计算，
该系统的发电效率为56.1％；
排放气体(平衡阀10处进行平衡弛放的气体)中污染气体排放率为13.6体积％。
表1
Figure BDA0002130834800000131
实施例2
本实施例在电堆的发电量为4kW的条件下进行，具体的运行工艺按照实施例1进行。
具体的运行参数如表2所示。
经测试和计算，
该系统的发电效率为55.8％；
排放气体(平衡阀10处进行平衡弛放的气体)中污染气体排放率为14.1体积％。
表2
Figure BDA0002130834800000132
实施例3
按照实施例1的方法，所不同的是，通过平衡阀10调节平衡弛放的阳极尾气的量，使得运行参数如表3所示。
经测试和计算，
该系统的发电效率为55.4％；
排放气体(平衡阀10处进行平衡弛放的气体)中污染气体排放率为14.5体积％。
表3
Figure BDA0002130834800000141
实施例4
按照实施例1的方法，所不同的是，通过平衡阀10调节平衡弛放的阳极尾气的量，使得运行参数如表4所示。
经测试和计算，
该系统的发电效率为56.5％；
排放气体(平衡阀10处进行平衡弛放的气体)中污染气体排放率为13.2体积％。
表4
Figure BDA0002130834800000142
Figure BDA0002130834800000151
实施例5
按照实施例1的方法，所不同的是，通过平衡阀10调节平衡弛放的阳极尾气的量，使得运行参数如表5所示。
经测试和计算，
该系统的发电效率为54.2％；
排放气体(平衡阀10处进行平衡弛放的气体)中污染气体排放率为16.2体积％。
表5
Figure BDA0002130834800000152
实施例6
按照实施例1的方法，所不同的是，通过平衡阀10调节平衡弛放的阳极尾气的量，使得运行参数如表6所示。
经测试和计算，
该系统的发电效率为53.2％；
排放气体(平衡阀10处进行平衡弛放的气体)中污染气体排放率为17.6体积％。
表6
Figure BDA0002130834800000161
对比例1
按照实施例1的方法，所不同的是，不将阳极尾气进行循环，而直接控制原料气使其按照表1中“反应燃料(电堆入口)”的流量、温度和压力通入电堆8中。
经测试和计算，
该系统的发电效率为45％；
排放气体(平衡阀10处进行平衡弛放的气体)中污染气体排放率为25.4体积％。
对比例2
将所述涡轮增压装置3改为引射器12，工艺路线示意图如图2所示(根据该工艺的要求增加需要消耗能量的引风机14、换热器15)，进入所述引射器12的原料气的流量、温度和压力与实施例1中进入涡轮的原料气相同。工艺参数如表7所示。
表7
Figure BDA0002130834800000162
Figure BDA0002130834800000171
经测试和计算，
该系统的发电效率为50％；
排放气体(平衡阀10处进行平衡弛放的气体)中污染气体排放率为18.4体积％。
对比例3
将所述涡轮增压装置3改为高温循环加压风机13，工艺路线示意图如图3所示(根据该工艺的要求增加需要消耗能量的换热器15)，工艺参数如表8所示。
表8
Figure BDA0002130834800000172
经测试和计算，
该系统的发电效率为51％；
排放气体(平衡阀10处进行平衡弛放的气体)中污染气体排放率为13.8体积％。
经过对比可以看出，本发明的系统和方法实现了阳极尾气的循环利用，提高了系统的发电效率并且降低了排放气体中污染气体排放率，与对比例相比具有显著优势。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种固体氧化物燃料电池系统，该系统包括：原料气源(11)、混合罐(6)、电堆(8)和涡轮增压装置(3)，所述涡轮增压装置(3)连通所述原料气源(11)与所述混合罐(6)并且连通所述电堆(8)与所述混合罐(6)。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述涡轮增压装置(3)包括同轴设置的涡轮(31)和叶轮(32)，其中所述涡轮(31)连通所述原料气源(11)与所述混合罐(6)，所述叶轮(32)连通所述电堆(8)与所述混合罐(6)。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述系统进一步包括：在连通所述叶轮(32)与所述混合罐(6)的管路上设置与所述系统的外部连通的分支管路，并在该分支管路上设置有平衡阀(10)。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述系统进一步包括在连通所述叶轮(32)与所述混合罐(6)的管路上设置有阳极尾气压力调节阀(41)。
5.一种固体氧化物燃料电池发电的方法，该方法在权利要求1-4中任意一项所述的固体氧化物燃料电池系统中进行，包括：将来自原料气源(11)的原料气通过涡轮增压装置(3)，带动所述涡轮增压装置(3)中的同轴设置的涡轮(31)和叶轮(32)的转动；所述叶轮(32)的转动产生负压，将所述系统中的电堆(8)产生的阳极尾气吸入并旋转压缩；通过所述叶轮(32)的阳极尾气部分进入混合罐(6)中与通过所述涡轮(31)的原料气相混合得到反应燃料；将所述反应燃料引入所述电堆(8)的阳极侧，将阴极反应气体引入所述电堆(8)的阴极侧，进行发电。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，相对于1kW的电堆发电量，进入所述涡轮增压装置(3)的所述原料气的流量为0.7-0.15m3/h，优选0.9-0.13m3/h；
优选地，进入所述涡轮增压装置(3)的所述原料气的压力为750-850kPaG，温度为150-190℃。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，相对于1kW的电堆发电量，进入所述混合罐(6)的所述原料气的流量为0.5-0.7m3/h，优选0.55-0.65m3/h；
优选地，进入所述混合罐(6)的所述原料气的压力为5-7kPaG，温度为20-30℃。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，相对于1kW的电堆发电量，进入所述电堆(8)的所述反应燃料的流量为6.5-8m3/h，优选7-7.5m3/h；
优选地，进入所述电堆(8)的所述反应燃料的压力为2-3kPaG，温度为600-800℃。
9.根据权利要求5所述的方法，其中，相对于1kW的电堆发电量，进入所述叶轮(32)的所述阳极尾气的流量为7.5-9.5m3/h，优选8-9m3/h；
优选地，进入所述叶轮(32)的所述阳极尾气的压力为0.1-1kPaG，温度为760-840℃。
10.根据权利要求5-9中任意一项所述的方法，其中，通过所述叶轮(32)的阳极尾气的另一部分经分支管路进行平衡弛放。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，相对于1kW的电堆发电量，进行所述平衡弛放的阳极尾气的流量为1-2.5m3/h，优选1.5-2m3/h；
优选地，进行所述平衡弛放的所述阳极尾气的压力为5.5-6.5kPaG，温度为780-850℃；
优选地，相对于1kW的电堆发电量，进入所述混合罐(6)的所述阳极尾气的流量为3.5-7m3/h，优选5.8-6.5m3/h；
优选地，进入所述混合罐(6)的所述阳极尾气的压力为5.5-6.5kPaG，温度为780-850℃。
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