一种带外重整的SOFC发电系统

    专利2026-02-03  2


    本发明属于碳氢燃料重整制氢,具体涉及一种带外重整的sofc发电系统。


    背景技术:

    1、固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,简称sofc)属于第三代燃料电池,是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。与质子交换膜燃料电池(pemfc)的不同是,质子交换膜燃料电池需要纯氢燃料,sofc燃料适应性广,可以接受含有碳氢化合物及一氧化碳的富氢气体作为燃料,因此sofc系统可以利用天然气、柴油等进行外部重整后,生成富氢气体进入sofc电池进行发电。

    2、相比天然气,柴油作为液体燃料,其保障性更好,运输储存更为方便,体积能量密度更大,因此柴油重整制氢技术在sofc发电系统中得到广泛应用。

    3、柴油重整制氢时,柴油与水蒸气要以稳定的水碳比,混合后进入重整反应器,以避免重整催化剂在高温下积碳中毒。目前常规的柴油重整sofc发电系统中,分别采用计量泵控制常温下的液态柴油流量及液态水流量来实现水碳比的控制。但是该方法由于无法控制蒸发器中的汽化程度,从而无法准确控制水蒸气流量,进而难以实现柴油与水蒸气的比例持续稳定。

    4、基于以上问题,本申请提出一种带外重整的sofc发电系统,通过设置喷射器,根据喷射器原理通过调节进入喷射器的水蒸气的压力来调节水蒸气与柴油蒸气的流量比例,在进入喷射器的水蒸气的压力稳定时,进入喷射器的水蒸气与柴油蒸气的流量也维持稳定,从而有效控制水蒸气与柴油的水碳比例稳定。


    技术实现思路

    1、本发明的目的是为克服上述现有技术的不足,提供一种带外重整的sofc发电系统。

    2、为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:

    3、一种带外重整的sofc发电系统,包括sofc电堆;

    4、所述sofc电堆的入口与重整反应组件的气体出口相连,所述重整反应组件的原料气入口与静态混合器的出口相连,所述静态混合器的入口与喷射器的出口相连;

    5、所述喷射器的入口与汽包的出口相连,所述汽包的入口与蒸发器的出口相连,所述蒸发器的入口与供水系统相连;

    6、所述喷射器的引射入口与柴油蒸气供给系统相连;

    7、所述蒸发器内设置压力传感器,所述压力传感器与控制器相连,所述控制器与蒸发器内的加热管相连。

    8、优选的,所述供水系统包括水槽,所述水槽的出口与水泵的入口相连,所述水泵的出口与蒸发器的入口相连。

    9、优选的,所述柴油蒸气供给系统包括柴油油槽,所述柴油油槽的出口与柴油泵的入口相连,所述柴油泵的出口与柴油脱硫器的入口相连,所述柴油脱硫器的出口与柴油蒸发器的入口相连,所述柴油蒸发器的出口与喷射器的引射入口相连。

    10、优选的,所述汽包与喷射器之间的管道上设置调压阀。

    11、优选的,所述重整反应组件包括板式换热器、重整反应器;

    12、所述板式换热器的混合气入口与静态混合器的出口相连,所述板式换热器的混合气出口与重整反应器的冷通道入口相连,所述重整反应器的冷通道出口与sofc电堆的入口相连;

    13、所述重整反应器的热通道入口与热源供给系统相连,所述重整反应器的热通道出口与板式预热器的热源通道入口相连,所述板式预热器的热源通道出口与排放管道相连通。

    14、优选的,所述热源供给系统包括燃烧罐、空气压缩机;

    15、所述sofc电堆的阳极尾气出口、空气压缩机的出口均连通至燃烧罐内腔;

    16、所述燃烧罐的出口与重整反应器的热通道入口相连。

    17、优选的,所述重整反应器的冷通道、热通道内均设置热电偶。

    18、优选的,所述重整反应器包括枕形板热交换器本体,所述枕形板热交换器本体中冷通道的内壁面上涂覆有用于柴油重整反应的催化剂。

    19、本发明的有益效果是:

    20、(1)本发明通过设置喷射器,根据喷射器原理通过调节进入喷射器的水蒸气的压力来调节水蒸气与柴油蒸气的流量比例,在进入喷射器的水蒸气的压力稳定时,进入喷射器的水蒸气与柴油蒸气的流量也维持稳定,从而有效控制水蒸气与柴油的水碳比例稳定。

    21、(2)本发明中采用枕形板热交换器作为重整反应器的本体结构,基于枕形板热交换器的高传热效率特性,结合热电偶的设置,能够实现重整反应器内温度的控制,避免温度过高引起积碳反应或者温度过低重整效率下降。



    技术特征:

    1.一种带外重整的sofc发电系统,包括sofc电堆;其特征在于,

    2.如权利要求1所述的带外重整的sofc发电系统,其特征在于,所述供水系统包括水槽,所述水槽的出口与水泵的入口相连,所述水泵的出口与蒸发器的入口相连。

    3.如权利要求1所述的带外重整的sofc发电系统,其特征在于,所述柴油蒸气供给系统包括柴油油槽,所述柴油油槽的出口与柴油泵的入口相连,所述柴油泵的出口与柴油脱硫器的入口相连,所述柴油脱硫器的出口与柴油蒸发器的入口相连,所述柴油蒸发器的出口与喷射器的引射入口相连。

    4.如权利要求1所述的带外重整的sofc发电系统,其特征在于,所述汽包与喷射器之间的管道上设置调压阀。

    5.如权利要求1所述的带外重整的sofc发电系统,其特征在于,所述重整反应组件包括板式换热器、重整反应器;

    6.如权利要求5所述的带外重整的sofc发电系统,其特征在于,所述热源供给系统包括燃烧罐、空气压缩机;

    7.如权利要求5所述的带外重整的sofc发电系统,其特征在于,所述重整反应器的冷通道、热通道内均设置热电偶。

    8.如权利要求5所述的带外重整的sofc发电系统,其特征在于,所述重整反应器包括枕形板热交换器本体,所述枕形板热交换器本体中冷通道的内壁面上涂覆有用于柴油重整反应的催化剂。


    技术总结
    本发明公开了一种带外重整的SOFC发电系统,包括SOFC电堆;SOFC电堆入口与重整反应组件的气体出口相连,重整反应组件的原料气入口与静态混合器出口相连,静态混合器入口与喷射器出口相连;喷射器入口与汽包出口相连,汽包入口与蒸发器出口相连,蒸发器入口与供水系统相连;喷射器的引射入口与柴油蒸气供给系统相连;蒸发器内设置压力传感器,压力传感器与控制器相连,控制器与蒸发器内的加热管相连。本发明通过设置喷射器,根据喷射器原理通过调节进入喷射器的水蒸气的压力来调节水蒸气与柴油蒸气的流量比例,在进入喷射器的水蒸气的压力稳定时,进入喷射器的水蒸气与柴油蒸气的流量也维持稳定,从而有效控制水蒸气与柴油的水碳比例稳定。

    技术研发人员:蒋文春,张春雪,孟辉波,杜思南,杨滨
    受保护的技术使用者:中国石油大学(华东)
    技术研发日:
    技术公布日:2024/4/29
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