一種對電堆陽極尾氣進行回收利用的固體氧化物燃料電池系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種對電堆陽極尾氣進行回收利用的固體氧化物燃料電池系統。具體地，所述燃料電池系統將電堆所排放出來的部分或全部陽極尾氣回收進入重整器并用于電堆的發電，從而大幅度提高了系統的燃料利用率和發電效率。
【專利說明】一種對電堆陽極尾氣進行回收利用的固體氧化物燃料電池 系統

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種固體氧化物燃料電池（S0FC)發電系統，尤其涉及對電堆陽極尾氣 進行回收利用的固體氧化物燃料電池發電系統。

【背景技術】
[0002] 固體氧化物燃料電池（S0FC)是將燃料中的化學能轉換為電能的發電裝置。S0FC 可選擇的燃料較為廣泛，工業氫氣、天然氣、城市煤氣、甲醇、酒精、柴油和一些生物燃料等 都可以直接或經過簡單處理后應用于S0FC發電系統當中，因而，S0FC被公認為是搭接氫能 社會的橋梁。S0FC的另一突出優點在于其效率較高，其電效率可達55%，若實現熱電聯產， 其效率可以達到80%以上，高于任何一種傳統的發電機或其它類型的燃料電池。
[0003] S0FC能否實現較高的發電效率與其燃料利用率（FU)的大小有直接關系，即其燃 料利用率的大小決定了其發電效率的高低。因此，高燃料利用率是評價S0FC商業化的重要 指標之一。目前，用于提高S0FC系統的燃料利用率的方法主要為：①提高單電池或電堆的 性能；②降低電堆的供氣量。上述方法①在技術上實現的難度較大，而方法②會導致S0FC 單電池由于供氣不足，陽極局部出現氧化還原循環而發生失效行為。
[0004] 對S0FC系統中的熱量進行有效的梯級利用進而降低熱損耗，是提高其發電效率 的另一重要措施。目前主要采取的方法是，將燃燒器的一級煙氣加熱重整器；將燃燒器的 二、三級煙氣加熱陽極預熱器或汽化器；將陽極尾氣預熱陰極入口氣體；將陰極尾氣直接 排放在熱區中，以維持熱區溫度。然而，上述方法只利用了陽極尾氣的熱量，或將陽極尾氣 直接用于燃燒，利用效率不高。
[0005] 綜上所述，本領域尚缺乏一種能同時提高系統燃料利用率和有效利用S0FC系統 中熱量的方法。


【發明內容】

[0006] 本發明的目的在于提供一種具有較高的燃料利用率和發電效率的將陽極尾氣回 用的固體氧化物燃料電池發電系統。
[0007] 本發明的第一方面，提供了一種固體氧化物燃料電池系統，所述系統包括電堆、重 整器、燃燒器和陽極預熱器，還包括：
[0008] 將電堆產生的陽極尾氣的一部分輸送進入陽極預熱器的陽極尾氣第一回收管道； 以及將電堆產生的陽極尾氣的其他部分輸送進入燃燒器的陽極尾氣第二回收管道。
[0009] 在另一優選例中，在所述第二回收管道還包括設置于所述管道上的風機和/或流 量計。
[0010] 在另一優選例中，在所述系統中，所述電堆用于發電。
[0011] 在另一優選例中，在所述系統中，所述重整器用于進行原料氣體重整。
[0012] 在另一優選例中，所述陽極預熱器用于預熱進入陽極預熱器的氣體，所述氣體包 括氫氣、一氧化碳、甲燒、空氣或氧氣。
[0013] 在另一優選例中，所述第一回收管道包括設置于所述管道上的一個或多個陽極尾 氣回收泵，用于驅動陽極尾氣從電堆引流至陽極預熱器。
[0014] 在另一優選例中，所述的陽極尾氣回收泵包括文丘里泵或文丘里管。
[0015] 在另一優選例中，所述文丘里泵或文丘里管的第一入口與原料氣體、還原性氣體 或其混合氣體通路相連，且第二入口與陽極尾氣通路相連。
[0016] 在另一優選例中，所述文丘里泵或文丘里管的出口與陽極預熱器相連。
[0017] 在另一優選例中，所述原料氣體為經過脫硫處理的天然氣；和/或
[0018] 所述還原性氣體是空氣或氧氣。
[0019] 在另一優選例中，所述文丘里泵的第一入口與空氣通路相連；或所述文丘里泵的 第一入口與甲烷氣體通路相連；或所述文丘里泵的第一入口與甲烷一空氣混合氣體通路相 連。
[0020] 在另一優選例中，所述系統通過調節從第一入口進入文丘里泵的氣體的流量來調 節進入重整器中的陽極尾氣的比例。
[0021] 在另一優選例中，所述系統通過調節進入文丘里泵中甲烷的流量來控制進入重整 器中陽極尾氣的比例。
[0022] 在另一優選例中，所述系統通過調節進入文丘里泵中空氣的流量來控制進入重整 器中陽極尾氣的比例。
[0023] 在另一優選例中，所述系統通過調節進入文丘里泵中甲烷與空氣的流量之和來控 制進入重整器中陽極尾氣的比例。
[0024] 在另一優選例中，在所述系統中，被輸送進入陽極預熱器的陽極尾氣的比例為 20?90%，較佳地為40?90%，按陽極尾氣的總體積計。
[0025] 在另一優選例中，所述系統中部分陽極尾氣從電堆流出后，通過所述陽極尾氣第 一回收管道進入所述預熱器預熱，再進入重整器進行重整。
[0026] 在另一優選例中，所述燃燒器通過燃燒可燃氣體用于產生維持熱區溫度的熱量 (即將所述重整器和所述電堆的溫度提高至目標溫度，并維持恒溫)。
[0027] 在另一優選例中，所述可燃氣體包括陽極尾氣和/或從系統外加入的可燃氣體。
[0028] 在另一優選例中，陽極尾氣分為兩路，一路通過文丘里泵與重整器入口相連，一路 經過熱交換器換熱和冷凝器冷凝后與燃燒器相連。
[0029] 在另一優選例中，所述的換熱器兼具陽極氣體預熱和水蒸氣汽化的作用。
[0030] 在另一優選例中，所述的重整器是水蒸氣重整器或自熱式重整器。
[0031] 在另一優選例中，所述重整器內發生水蒸氣重整反應。
[0032] 在另一優選例中，所述重整器內同時發生水蒸氣重整反應與部分氧化重整反應， 并將重整后的氣體供給電堆發電。
[0033] 在另一優選例中，所述重整器的第一入口與原料氣體入口相連，第二入口通過文 丘里泵與電堆陽極尾氣出口相連，且所述重整器的出口與電堆的陽極入口腔相連。
[0034] 在另一優選例中，所述重整器的第二入口與陽極尾氣出口之間還設有一個或多個 氣泵，較佳地，所述的氣泵為文丘里泵。
[0035] 在另一優選例中，所述系統通過文丘里泵將部分陽極尾氣吸入重整器內，從而實 現陽極尾氣的部分回用。
[0036] 在另一優選例中，所述系統還包括選自下組的一個或多個部件：
[0037] 汽化器，所述汽化器用于使水汽化為水蒸氣；
[0038] 陰極預熱器，所述預熱器用于預熱陰極氧化氣體；
[0039] 和用于實現陽極尾氣中的水氣分離的冷凝器。
[0040] 在另一優選例中，所述陰極氣體預熱器用于將陽極尾氣中的余熱交換給陰極入口 氣體。
[0041] 在另一優選例中，所述水蒸氣汽化器用于將燃燒器二級煙氣中的余熱交換給水， 并使其汽化進入到重整器中進行水蒸氣重整。
[0042] 在另一優選例中，所述冷凝器用于冷凝陽極尾氣中水蒸氣。
[0043] 在另一優選例中，所述的冷凝器將水蒸氣冷凝后，再由水泵將部分或全部冷凝水 輸送至汽化器入口處，從而循環利用冷凝水。
[0044] 在另一優選例中，所述電堆包含一個或多個電池子堆。
[0045] 在另一優選例中，每個所述子堆至少包含一片固體氧化物燃料電池。
[0046] 在另一優選例中，所述電池子堆通過氣路和電路的串聯/并聯，構成目標功率的 電堆塔。
[0047] 在另一優選例中，所述電堆塔至少有一個陽極入口和一個陽極出口，所有陽極入 口匯集于陽極入口腔，所有陽極出口匯集于陽極出口腔。
[0048] 在另一優選例中，所述系統還包括余熱回收系統。
[0049] 在另一優選例中，所述發電系統中的陰極尾氣連接至余熱回收系統。
[0050] 在另一優選例中，所述余熱回收系統進行余熱回收的方式包括：預熱陰極入口氣 體、預熱陽極入口氣體、加熱冷水等。
[0051] 在另一優選例中，所述陽極預熱器用于將燃燒器二級煙氣中的余熱交換給陽極入 口氣體。
[0052] 應理解，在本發明范圍內中，本發明的上述各技術特征和在下文（如實施例）中具 體描述的各技術特征之間都可以互相組合，從而構成新的或優選的技術方案。限于篇幅，在 此不再一一累述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0053] 圖1為本發明所提供的固體氧化物燃料電池系統1的結構框圖。
[0054] 圖2為本發明所提供的固體氧化物燃料電池系統2的結構框圖。
[0055] 圖3為本發明所提供的固體氧化物燃料電池系統3的結構框圖。
[0056] 符號說明：
[0057] 1-電堆；
[0058] 2-重整器；
[0059] 3--燃燒器；
[0060] 4--汽化器；
[0061] 5--陽極氣體預熱器；
[0062] 6--陰極氣體預熱器；
[0063] 7-冷凝器；
[0064] 8--余熱回用系統；
[0065] 9--7jC 泵；
[0066] 10--文丘里泵；
[0067] 11--流量計；
[0068] 12-風機。

【具體實施方式】
[0069] 本發明人經過長期而深入的研究，設計了一種新型的陽極尾氣回收利用的固體氧 化物燃料電池系統。該系統能夠有效地將陽極尾氣引入重整系統中，經過或不經過重整后 二次用于電堆的發電，原料氣體利用率高，非常適合用于固體氧化物燃料電池系統的設計 和制造。
[0070] 術語
[0071 ] 如本文所用，術語"文丘里泵"是根據文丘里效應，通過調節其入口氣體的流量(如 空氣和天然氣)，實現對電堆陽極尾氣回用流量或比例的控制的氣泵。
[0072] 術語"原料氣體"指從S0FC系統外加入的用于重整并進行固體氧化物燃料電池反 應的電化學反應的氣體，如甲烷、氫氣、一氧化碳等。較佳地，在該系統中，原料氣體優選甲 烷氣體。
[0073] 術語"燃料氣體"指經過或不經過重整之后，能夠被用于S0FC電化學反應和供燃 燒器燃燒的還原性氣體，如甲烷，一氧化碳，氫氣等。在本發明的優選例中，所述的燃料氣體 中還包括部分陽極尾氣。
[0074] 術語"氧化性氣體"指能夠與原料氣體和燃料氣體進行燃燒反應并用于氧化的氣 體，如空氣、氧氣等。所述的氧化性氣體參與原料氣體和燃料氣體的燃燒以及重整反應。
[0075] 術語"固體氧化物燃料電池"指固體氧化物燃料電堆中最小的發電單元，是一種在 中高溫下直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學能轉化成電能的全固態化學發電裝置。本發 明中，所述的固體氧化物燃料電池將通入陽極的燃料氣中的化學能通過電化學反應轉化為 電能。
[0076] 術語"電池子堆"指包括至少一片固體氧化物燃料電池構成的小型電堆，所述的電 池子堆可以通過串聯或并聯進行連接并獲得所需要的電堆功率。
[0077] 術語"固體氧化物燃料電堆"、"電堆"、"電池堆"、"電堆塔"可互換使用，均指包括 至少一個電池子堆的電堆，所述的電池子堆通過氣路和電路的串、并聯，構成具有所需功率 的固體氧化物燃料電堆。
[0078] 術語"陽極氣體"指進入電堆的進行電化學反應的還原性氣體，所述的陽極氣體可 以是來源于系統外的氣體，如系統外加入的一氧化碳、氫氣，或其他原料氣體如甲烷經過重 整而產生的氣體。優選地，本發明的陽極氣體包括部分陽極尾氣和甲烷經重整后的氣體。
[0079] 術語"陽極尾氣"指未被用于電池電化學反應的剩余陽極氣體，主要成分為氫氣、 一氧化碳、二氧化碳、氮氣、水蒸氣、少量未重整完全的甲烷等。
[0080] 陽極尾氣
[0081] 陽極尾氣是指進入電堆后，未反應完全的氣體，也包含由于電堆陽極發生電化學 反應而生成的氣體，其主要成分為氫氣、一氧化碳、二氧化碳、氮氣、水蒸氣、少量未反應完 全的氣體、少量未重整完全的甲烷氣體。
[0082] 目前，固體氧化物燃料電池發電系統對陽極尾氣的利用主要有幾點：1)將陽極尾 氣進行熱交換和冷凝后通入燃燒器；2)將陽極尾氣進行熱交換和冷凝后排空。
[0083] 在本發明中，陽極尾氣被分為兩路，一路通過文丘里泵進入重整器，另一路經過換 熱器和冷凝器進入燃燒器。本發明的S0FC系統中，所述的陽極尾氣可以通過第一回收管道 被通入重整器，經過或不經過重整后二次用于陽極反應。優選的S0FC系統中，陽極尾氣不 包括未重整完全的甲烷。
[0084] 重整器
[0085] 本發明所述的重整器用于進行原料氣體重整。在所述重整器中發生重整反應，并 將通入其中的甲烷轉化為H 2、C0、C02、H20與CH4的混合氣體，以供給電堆發電。在本發明設 備中，所述電堆的陽極入口腔與重整器出口相連，用于將重整完畢的氣體送至電堆用于發 電。
[0086] 在本發明中，重整器的一入口端為經過脫硫處理的天然氣的進口，另一入口與電 堆陽極尾氣出口相連，并通過文丘里泵將部分陽極尾氣吸入重整器內，實現陽極尾氣的部 分回用，且重整器的出口端與電堆的陽極入口腔相連。
[0087] 本發明所用的重整器類型沒有特別限制，較佳地可以為水蒸氣重整器或自熱式重 整器。
[0088] 電堆
[0089] 本發明所提供的電堆包括至少一個電池子堆，其中每個子堆至少包含一片固體氧 化物燃料電池；上述電池子堆通過氣路和電路的串、并聯構成目標功率的電堆塔。
[0090] 所述的電堆塔至少有一個陽極入口和一個陽極出口，所有陽極入口匯集于陽極入 口腔，所有陽極出口匯集于陽極出口腔。陽極入口腔的一端與重整器出口相連，陽極出口腔 的另一端分為兩路，一路通過文丘里泵與重整器入口相連，一路經過熱交換器換熱和冷凝 器冷凝后與燃燒器相連。
[0091] 燃燒器
[0092] 本發明所提供的燃燒器通過燃燒甲烷等可燃氣體，將固體氧化物燃料電池發電系 統的熱區（包括重整器和電堆）溫度由室溫提高至目標溫度，并維持熱區的溫度在所需的 溫度范圍。其中，所述熱區的溫度范圍優選為750?850°C。
[0093] 在本發明中，燃燒器所使用的可燃氣體全部或部分是未通入重整器的的陽極尾 氣。因而，當上述固體氧化物燃料電池發電系統的熱區達到目標溫度，并啟動重整器和電堆 后，由于電堆所發生的電化學反應為放熱反應，重整器可自維持，兼具部分陽極尾氣經冷凝 后回用至燃燒器，燃燒器燃燒純甲烷的量會大幅度降低，甚至在不需燃燒純ch 4，僅靠燃燒 陽極尾氣，熱區也可以實現自熱維持。
[0094] 氣泵
[0095] 本發明的固體氧化物燃料電池發電系統中，陽極尾氣至陽極預熱器的通路上可包 括一個或多個氣泵，用于加快氣體流動和擴散的速率，或調整不同氣體的流量。在本發明 中，泵的種類并沒有特別的限制，考慮到氣體溫度較高的因素，較佳地，可以選用受熱不易 發生變形或膨脹的，結構較為簡單的氣泵，優選為文丘里泵。
[0096] 在所述文丘里泵中，進入文丘里泵的原料氣體與陽極尾氣發生混合，并被送入陽 極預熱器，隨后被輸送至重整器。
[0097] 固體氧化物燃料電池發電系統
[0098] 本發明所提供的固體氧化物燃料電池發電系統可包括如下幾部分：
[0099] a、熱區：本發明所提供的熱區主要包括以下部分：
[0100] 固體氧化物燃料電堆、重整器、連接重整器和電堆的若干管路以及對電堆和重整 器起支撐和絕熱作用的外殼。
[0101] 熱區的升溫啟動依賴燃燒器，熱區的恒溫維持依賴燃燒器和電堆放熱。
[0102] b、燃燒器：本發明所提供的燃燒器的主要功能是通過燃燒甲烷等可燃氣體，將固 體氧化物燃料電池發電系統的熱區溫度由室溫提高至目標溫度(優選750?850°C)。燃燒 器的另一功能是通過燃燒甲烷等可燃氣體，補償熱區維持在工作溫度范圍內所需的熱量。 因而，當上述固體氧化物燃料電池發電系統的熱區達到目標溫度，并啟動重整器和電堆后， 由于電堆所發生的電化學反應為放熱反應，重整器可自維持，兼具部分陽極尾氣經冷凝后 回用至燃燒器，燃燒器燃燒純甲烷的量會大幅度降低，甚至在不需燃燒純CH 4，僅靠燃燒陽 極尾氣，熱區也可以實現自熱維持。
[0103] c、換熱器：本發明所提供的換熱器主要包括陰極氣體預熱器、陽極氣體預熱器、水 蒸氣汽化器和冷凝器。陰極氣體預熱器的主要功能是將陽極尾氣中的余熱交換給陰極入口 氣體；陽極氣體預熱器的主要功能是將燃燒器二級煙氣中的余熱交換給陽極入口氣體；水 蒸氣汽化器的主要功能是將燃燒器二級煙氣中的余熱交換給水，并使其汽化進入到重整器 中進行水蒸氣重整。
[0104] 另需說明的是，本發明也可將水蒸氣汽化器與陽極氣體預熱器合并成一種換熱 器，該換熱器兼具陽極氣體預熱和水蒸氣汽化的作用；冷凝器的主要功能實現陽極尾氣中 的水、氣分離，即將陽極尾氣中的水冷凝，冷凝器將水蒸氣冷凝后，再由水泵將部分或全部 冷凝水輸送至汽化器入口處，實現水的循環利用。
[0105] 除上述主要單元或部件外，本發明中還提供了部分附屬部件，如流量計、風機、余 熱回收系統和管路等，此處不再對該類部件的功能進行一一詳述。
[0106] 本發明通過燃燒器燃燒CH4所產生的一級煙氣提供熱量供熱區升溫啟動和恒溫維 持，燃燒器燃燒ch 4所產生的二級煙氣提供熱量供陽極預熱器和汽化器，使得陽極還原氣體 預熱以及水蒸氣汽化。自熱式重整器和電堆啟動后，通過文丘里泵調節自熱式重整器入口 甲烷或空氣的流量，對進入重整器的陽極尾氣的流量控制，實現陽極尾氣的回收，大幅度提 高系統的燃料利用率。由于電堆尾氣中部分熱的回用，電堆本身所釋放的熱量，以及自熱式 重整器的自維持，熱區溫度可維持恒溫，燃燒器所需燃燒的CH 4的量也會大幅度下降。此外， 由于另一部分陽極尾氣經冷凝器冷凝后回用至燃燒器，進而導致燃燒器所需燃燒的純ch 4 的量會進一步下降，甚至在不燃燒純甲烷的條件下，熱區也可以實現自熱維持。此外，該系 統將進入燃燒器的部分陽極尾氣中的水冷凝，并由水泵全部或部分輸送至汽化器，從而實 現水的循環利用。
[0107] 實施例1固體氧化物燃料電池發電系統1
[0108] 如圖1所示，本發明所提供的固體氧化物燃料電池發電系統1的簡化框圖。該系 統采用文丘里泵將陽極尾氣回用至自熱式重整器或燃燒器，通過文丘里泵調節進入自熱式 重整器中空氣的流量來控制陽極尾氣的回用比例。
[0109] 在本實施方式中，甲烷(天然氣）從天然氣管道中經過脫硫處理直接進入系統1中 的進氣管路內。進入燃燒器甲烷的壓力和流量由壓力表和流量計來控制，進入燃燒器的空 氣流量由風機與流量計控制。燃燒器啟動后，燃料的化學能會持續的轉變為熱能，并將其一 級煙氣的熱量傳遞給熱區，使熱區溫度持續升至750?850°C。燃燒器的二級煙氣持續加熱 汽化器和陽極預熱器，使其溫度持續升至200?500°C。在熱區的升溫過程中，可根據實際 升溫速率與目標溫度，調整通入燃燒器中的甲烷及空氣的流量。在熱區的升溫過程中，持續 的向重整器和電堆內通入N 2，待熱區溫度達到目標溫度后，將N2切換為H2，用以將重整器內 催化劑和S0FC單電池的陽極中的氧化鎳還原為金屬Ni。待重整器內催化劑和S0FC陽極的 氧化鎳被充分還原后，向汽化器內通入一定量的水，水經過汽化器轉化為水蒸氣，并進入到 重整器內。此時，向陽極預熱器中通入一定量的CH 4和空氣，并關閉氫氣。其中CH4、H20與 空氣的流量按如下比例：水碳比控制在〇?2之間，氧碳比控制在0?1之間。CH 4在重整 器內與水蒸氣和氧氣發生重整反應，生成H2、CO、C02。上述氣體與未反應完全的CH 4、H20與 N2的混合氣組成陽極氣體，經高溫管路達到電堆。電堆的陰極氣體(空氣）經風機和流量計 后進入陰極預熱器，并被預熱至200?500°C后進入電堆。待陰、陽極氣體均進入電堆后，發 生電化學反應，將化學能直接轉換為電能對用戶供電。經過電堆的陰極尾氣進入余熱回收 系統，用來預熱陰極入口氣體、預熱陽極入口氣體、加熱冷水等。
[0110] 電堆的陽極尾氣分為兩路：其中一路通過文丘里泵直接回用至自熱式重整器；另 一路經過陰極預熱器，將熱量交換給陰極進口氣體，再經冷凝器冷凝，最后進入燃燒器。該 實施例中，進入自熱式重整器的空氣流量由文丘里泵控制，通過調節進入文丘里泵中空氣 的流量來調節進入自熱式重整器中的陽極尾氣的流量，從而實現對進入重整器與燃燒器中 的陽極尾氣的比例控制。本實施例中進入重整器和燃燒器的陽極尾氣的比例優選30%? 90%。
[0111] 實施例2固體氧化物燃料電池發電系統2
[0112] 如圖2所示，本發明所提供的固體氧化物燃料電池發電系統2的簡化框圖。在該 實施例中，進入自熱式重整器的空氣流量由風機和流量計控制，進入自熱式重整器的甲烷 流量由文丘里泵控制。其他構成與圖1提供的實施例1相同。在該實施例中，主要通過調 節文丘里泵入口甲烷的流量來控制進入自熱式重整器中的陽極尾氣的流量，從而實現對進 入重整器與燃燒器中的陽極尾氣的比例控制。圖2還包含了另一種實施方式，即重整器的 類型為水蒸氣重整器。此時，不需向陽極預熱器與重整器內通入空氣，因此該部分的工藝流 程用虛線表示。其他工藝流程與圖2所描述的重整器類型為自熱式重整器的工藝流程完全 相同。
[0113] 實施例3固體氧化物燃料電池發電系統3
[0114] 如圖3所示，本發明所提供的固體氧化物燃料電池發電系統3的簡化框圖。在該 實施例中，進入自熱式重整器的甲烷流量與空氣流量均由文丘里泵控制。其他構成與圖1 提供的實施例1相同。在該實施例中，主要通過調節文丘里泵入口甲烷與空氣的總流量來 控制進入自熱式重整器中的陽極尾氣的流量，從而實現對進入重整器與燃燒器中的陽極尾 氣的比例控制。
[0115] 實施例1?3的發電效率如表1所示。
[0116]
[0117] 本發明的主要優點：
[0118] (1)本發明通過燃燒器燃燒可燃氣體所產生的一級煙氣提供熱量供熱區升溫和保 溫，燃燒器燃燒可燃氣體所產生的二級煙氣提供熱量供給陽極預熱器與汽化器，使得陽極 還原氣體預熱以及水蒸氣汽化。一定比例的陽極尾氣通過文丘里泵被回收，并進入重整器， 從而系統的燃料利用率大幅度提高。
[0119] (2)由于電堆尾氣的中部分熱的回用以及電堆本身所釋放的熱量，燃燒器所需燃 燒的CH 4的量也會有所下降。此外，由于部分陽極尾氣經冷凝后回用至燃燒器，進而導致燃 燒器所需燃燒的純CH4的量會進一步下降，甚至在不需提供純CH 4，僅靠陽極尾氣為燃料的 情況下，熱區也可以實現自熱維持，進而大幅度提高系統的效率。
[0120] (3)將陽極尾氣中的熱量直接提供給重整器，進而大幅度提高了系統的發電效率。
[0121] (4)該系統實施難度較低，便于工業化生產和大規模應用。
[0122] (5)本發明的系統不會導致S0FC陽極因供氣不足而發生失效行為，且完全能夠與 其他熱量的梯級利用方式并行，熱量利用效果顯著。
[0123] 在本發明提及的所有文獻都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻被單獨 引用作為參考那樣。此外應理解，在閱讀了本發明的上述講授內容之后，本領域技術人員可 以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范 圍。
【權利要求】
1. 一種固體氧化物燃料電池系統，其特征在于，所述系統包括電堆、重整器、燃燒器和 陽極預熱器，還包括： 將電堆產生的陽極尾氣的一部分輸送進入陽極預熱器的陽極尾氣第一回收管道；以及 將電堆產生的陽極尾氣的其他部分輸送進入燃燒器的陽極尾氣第二回收管道。
2. 如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述第一回收管道包括設置于所述管道上 的一個或多個陽極尾氣回收泵，用于驅動陽極尾氣從電堆引流至陽極預熱器。
3. 如權利要求2所述的系統，其特征在于，所述的陽極尾氣回收泵包括文丘里泵或文 丘里管。
4. 如權利要求3所述的系統，其特征在于，所述文丘里泵或文丘里管的第一入口與原 料氣體、還原性氣體或其混合氣體通路相連，且第二入口與陽極尾氣通路相連。
5. 如權利要求4所述的系統，其特征在于，所述原料氣體為經過脫硫處理的天然氣；和 /或 所述還原性氣體是空氣或氧氣。
6. 如權利要求4所述的系統，其特征在于，所述文丘里泵的第一入口與空氣通路相連； 或所述文丘里泵的第一入口與甲烷氣體通路相連；或所述文丘里泵的第一入口與甲烷一空 氣混合氣體通路相連。
7. 如權利要求4所述的系統，其特征在于，所述系統通過調節從第一入口進入文丘里 泵的氣體的流量來調節進入重整器中的陽極尾氣的比例。
8. 如權利要求1所述的系統，其特征在于，在所述系統中，被輸送進入陽極預熱器的陽 極尾氣的比例為20?90%，較佳地為40?90%，按陽極尾氣的總體積計。
9. 如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述的重整器是水蒸氣重整器或自熱式重 整器。
10. 如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述系統還包括選自下組的一個或多個部 件： 汽化器，所述汽化器用于使水汽化為水蒸氣； 陰極預熱器，所述預熱器用于預熱陰極氧化氣體； 和用于實現陽極尾氣中的水氣分離的冷凝器。
【文檔編號】H01M8/04GK104124462SQ201310148917
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2013年4月25日 優先權日:2013年4月25日
【發明者】苗鶴, 葉爽, 王蔚國, 楊成銳 申請人:中國科學院寧波材料技術與工程研究所