CN218004932U - 一种带引射的柴油预重整sofc发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于固体氧化物燃料电池发电技术领域，具体涉及一种带引射的柴油预重整SOFC发电系统。包括：SOFC电堆，包括至少一对阳极与阴极，阴极入口连通有预热空气流道；重整反应器，连通至阳极入口，所述重整反应器的入口端设有两路并联流道，一路流通气态预热水，另一路流通柴油燃料；所述阳极出口连通气态预热水流道，所述气态预热水流道上布设有引射器，阳极尾气通过所述引射器连通所述重整反应器参与水和燃料一同进行的预重整反应。本申请重整反应温度相对较低(450～550℃)，且无需外部加热，减小了重整反应器体积，减少了催化剂积碳风险，还循环利用了阳极尾气的物料和热量，大大提高了SOFC发电系统的发电效率、可靠性和紧凑性。

Description

一种带引射的柴油预重整SOFC发电系统

技术领域

本实用新型属于固体氧化物燃料电池发电技术领域，具体涉及一种带引射的柴油预重整SOFC发电系统。

背景技术

随着现代社会对节能减排、环境保护的要求越来越高，开发高效清洁低排放的能源动力装置成为了人们的迫切需求。燃料电池作为一种直接将燃料中的化学能转化为电能的动力装置，其发电效率高、排放清洁、噪音低，是各国大力发展的能源装备之一。其中，固体氧化物燃料电池(SOFC)采用全固态电池结构，工作温度高，燃料适应性广，可靠性高，更是具有其他类型燃料电池不具备的优点，是一种理想的未来动力装置。

一个常规的SOFC发电系统通常具备以下关键设备：SOFC电堆、重整反应器、尾气燃烧器和换热器，其基本发电流程为：化石燃料(天然气、柴油等)和水经重整反应器重整反应后，生成含氢混合气(燃料气)，进入SOFC电堆进行电化学反应对外输出电能，未反应的燃料气进入尾气燃烧器进行燃烧，为系统提供所需热量。

相比天然气，柴油作为燃料，其保障性更好，运输储存更为方便，体积能量密度更大。但是目前常规的柴油重整SOFC发电工艺流程仍然有几个不足：1、阳极尾气中还含有一部分水和燃料气物料未被充分利用。2、柴油完全重整温度较高，且需要外部提供热量，导致重整反应器装置较大。3、柴油重整催化剂在温度过高、水碳比较低的情况下容易积碳，寿命较短。

实用新型内容

针对以上技术问题，本实用新型的目的在于提供一种带引射的柴油预重整SOFC发电系统，该发电系统利用引射器将阳极尾气再循环至重整反应器，同时柴油重整在较低温度下工作，且无需外部加热。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种带引射的柴油预重整SOFC发电系统，包括：

SOFC电堆，包括至少一对阳极与阴极，阴极入口连通有预热空气流道；

重整反应器，连通至阳极入口，所述重整反应器的入口端设有两路并联流道，一路流通气态预热水，另一路流通柴油燃料；

所述阳极出口连通气态预热水流道，所述气态预热水流道上布设有引射器，阳极尾气通过所述引射器连通所述重整反应器参与水和燃料一同进行的预重整反应。

一些技术方案中，还包括：

水蒸气加热器，串接至所述引射器与重整反应器之间的气态预热水流道上；

燃料气加热器，布设在所述重整反应器出口端的燃料气流道上；

空气预热器，其入口端连通外部空气，出口端连通至SOFC电堆阴极入口。

一些技术方案中，还包括：

燃烧器，包括至少一个阳极气入口、阴极气入口和燃烧器出口，

所述阳极气入口通过阳极尾气分离器连通SOFC电堆阳极出口，所述阴极气入口连通所述SOFC电堆阴极出口。

一些技术方案中，所述燃烧器出口通过燃烧烟气分离器连通有两路并联流道，一路连通所述空气预热器与外部空气换热；另一路依次连通所述燃料气加热器与水蒸气加热器，用于与燃料气换热后与水蒸气和阳极尾气组成的混气进行换热。

一些技术方案中，还包括：

分别布设在气态预热水流道、燃料流道及空气流道前端的用于动力输送的水泵、燃料泵和风机。

本实用新型采用以上技术方案至少具有如下的有益效果：

1.通过引射器再循环利用了阳极尾气中的一部分水蒸气、氢气等物料，节省了物料消耗，同时也利用了阳极尾气的显热，整体系统效率更高；

2.柴油在重整反应器内发生预重整反应，其工作温度在450～550℃之间，温度相比完全重整反应更低，则重整反应器可以选择更便宜的加工材料，同时也降低了重整催化剂积碳的风险；

3.柴油预重整反应基本绝热或少量放热，无需外部提供热量，则重整反应器可以设计得更加紧凑。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图及其标记作简单的介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例所述的一种带引射的柴油预重整SOFC发电系统的结构示意图。

图中标注符号的含义如下：

1-水泵，2-柴油泵，3-风机，4-引射器，5-水蒸气加热器，6-重整反应器，7-燃料气加热器，8-空气预热器，9-SOFC电堆，10-阳极尾气分离器、11-燃烧器，12-燃烧烟气分离器。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

需要说明的是，本文中的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多级、多层”的含义是至少两级/层，例如两级/层、三级/层等；以及术语“及/或”为包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

请参阅图1，示出了一种带引射的柴油预重整SOFC发电系统，包括SOFC电堆9与重整反应器6。

SOFC电堆9，包括至少一对阳极与阴极，阴极入口连通有预热空气流道；重整反应器6连通至阳极入口，重整反应器6的入口端设有两路并联流道，一路流通气态预热水，另一路流通柴油燃料；SOFC电堆9的阴阳极出口排出高温烟气。

阳极出口端布设有阳极尾气分离器10，该阳极尾气分离器10的其一出口连通气态预热水流道，气态预热水流道上布设有引射器4，阳极尾气通过引射器4连通重整反应器6参与水和燃料一同进行的预重整反应。

该实施方式中重整反应器6内的反应温度为450℃～550℃，水碳比在2～5之间，经重整反应器6后生成包含甲烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳和水蒸气的燃料气。

一些实施方式中还包括水蒸气加热器5、燃料气加热器7及空气预热器8，该水蒸气加热器5串接至引射器4与重整反应器6之间的气态预热水流道上；燃料气加热器7布设在重整反应器6出口端的燃料气流道上；空气预热器8的入口端连通外部空气，出口端连通至SOFC电堆9阴极入口。

该实施方式中燃料气经燃料气加热器7加热至640～690℃后输送至SOFC电堆9阳极，空气经空气预热器8加热至640～690℃后输送至SOFC电堆9阴极。

一些实施方式中还包括燃烧器11，该燃烧器11包括至少一个阳极气入口、阴极气入口和燃烧器出口，阳极气入口连通阳极尾气分离器10的另一出口；阴极气入口连通SOFC电堆9阴极出口；燃烧器出口通过燃烧烟气分离器12连通有两路并联流道，一路连通空气预热器8与外部空气换热；另一路依次连通燃料气加热器7与水蒸气加热器5，用于与燃料气换热后与水蒸气和阳极尾气组成的混气进行换热。

一些实施方式中还包括分别布设在气态预热水流道、燃料流道及空气流道前端的用于动力输送的水泵1、柴油泵2和风机3。

本申请利用引射器4将SOFC电堆9的阳极尾气再循环至重整反应器6，柴油、水蒸气和阳极尾气在重整反应器6内发生预重整反应，该流程反应温度相对较低(450～550℃)，且无需外部加热，减小了重整反应器体积，减少了催化剂积碳风险，还循环利用了阳极尾气的物料和热量，大大提高了SOFC发电系统的发电效率、可靠性和紧凑性。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种带引射的柴油预重整SOFC发电系统，其特征在于，包括：

SOFC电堆，包括至少一对阳极与阴极，阴极入口连通有预热空气流道；

重整反应器，连通至阳极入口，所述重整反应器的入口端设有两路并联流道，一路流通气态预热水，另一路流通柴油燃料；

所述阳极出口连通气态预热水流道，所述气态预热水流道上布设有引射器，阳极尾气通过所述引射器连通所述重整反应器参与水和燃料一同进行的预重整反应。

2.根据权利要求1所述的一种带引射的柴油预重整SOFC发电系统，其特征在于，还包括：

水蒸气加热器，串接至所述引射器与重整反应器之间的气态预热水流道上；

燃料气加热器，布设在所述重整反应器出口端的燃料气流道上；

空气预热器，其入口端连通外部空气，出口端连通至SOFC电堆阴极入口。

3.根据权利要求2所述的一种带引射的柴油预重整SOFC发电系统，其特征在于，还包括：

燃烧器，包括至少一个阳极气入口、阴极气入口和燃烧器出口，

所述阳极气入口通过阳极尾气分离器连通SOFC电堆阳极出口，所述阴极气入口连通所述SOFC电堆阴极出口。

4.根据权利要求3所述的一种带引射的柴油预重整SOFC发电系统，其特征在于，

所述燃烧器出口通过燃烧烟气分离器连通有两路并联流道，一路连通所述空气预热器与外部空气换热；另一路依次连通所述燃料气加热器与水蒸气加热器，用于与燃料气换热后与水蒸气和阳极尾气组成的混气进行换热。

5.根据权利要求1所述的一种带引射的柴油预重整SOFC发电系统，其特征在于，还包括：

分别布设在气态预热水流道、燃料流道及空气流道前端的用于动力输送的水泵、燃料泵和风机。

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