[发明专利]固体氧化物燃料电池系统的火焰筒进气方法及其燃烧室

说明书

本发明涉及固体氧化物燃料电池系统的火焰筒进气方法，电堆的阳极尾气采用旋流方式从火焰筒的头部进入火焰筒，电堆的阴极尾气采用以下方式进入火焰筒：1）从分布于火焰筒的侧壁上的侧壁通孔进入火焰筒；2）从分布于火焰筒的头部端壁上的端壁通孔进入火焰筒；3）采用旋流方式从火焰筒的头部进入火焰筒，采用旋流方式进入火焰筒的阴极尾气沿进气方向包裹采用旋流方式进入火焰筒的阳极尾气。本发明还涉及采用上述方法的燃烧室。本发明通过采用旋流稳焰、火焰多点排布、阳极尾气集气分发、侧壁通孔与端壁通孔的独特分布方式等手段，实现了燃烧室在气体成分变化复杂、余气系数多变、燃烧热值极低情况下的稳定燃烧，且燃烧室出口温度分布均匀。

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池系统的火焰筒进气方法及其燃烧室，属于固体氧化物燃料电池技术领域。

背景技术

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，是几种燃料电池中，理论能量密度最高的一种。SOFC具有燃料适应性广、能量转换效率高、近零污染等优点。其电转换效率可以达到65%以上，在大型集中供电、中型分电和小型家用热电联供等民用领域作为固定电站，以及作为船舶动力电源、交通车辆动力电源等移动电源，都有广阔的应用前景。

燃烧室作为SOFC系统热平衡的核心部件，在系统启动阶段起到为整个系统升温的作用，使得电堆满足发电工况条件的要求，在系统稳定发电阶段，将电堆的尾气的残余燃料烧净，起到维持系统高温运行的作用。SOFC系统在升温阶段的气体成分多变，从最开始的碳氢气体燃料到之后有水蒸气通入，随着重整反应的进行，燃料成分出现了氢气和一氧化碳等，二氧化碳和水蒸气也会同时出现，且不同升温阶段具有不同的余气系数；在系统的发电运行阶段，由于进入燃烧室的气体成分是电堆中未反应充分的尾气，阳极气体的热值很低，阴极气体中的氧气成分也变低，因此如何实现气体成分变化复杂、余气系数多变、燃料热值极低情况下燃烧室的稳定燃烧是SOFC燃烧室结构设计的主要难点。由于发电工况下燃料热值极低，且各工况下燃料和空气的流量存在波动，燃烧稳定性一直是一个较难解决的问题。目前SOFC系统所用的燃烧组织方式多为催化燃烧或多孔介质预混燃烧方式，催化燃烧需要用到昂贵的催化剂，且使用寿命有限制；多孔介质预混燃烧目前由于多孔介质材料韧性较差的原因，抗冲击振动性能极差，且长时间使用寿命受限制，另外压损过大，会影响系统整体的工作稳定性。

发明内容

为克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了固体氧化物燃料电池系统的火焰筒进气方法及其燃烧室，采用多点旋流扩散燃烧的方式，实现了SOFC系统全工况的稳定燃烧，保证了燃烧室出口温度的均匀性。

本发明实现上述目的的技术方案是：固体氧化物燃料电池系统的火焰筒进气方法，电堆的阳极尾气采用旋流方式从火焰筒的头部进入火焰筒，电堆的阴极尾气采用以下方式进入火焰筒：

1）从分布于火焰筒的侧壁上的侧壁通孔进入火焰筒；

2）从分布于火焰筒的头部端壁上的端壁通孔进入火焰筒；

3）采用旋流方式从火焰筒的头部进入火焰筒；

采用旋流方式进入火焰筒的阴极尾气沿进气方向包裹采用旋流方式进入火焰筒的阳极尾气。

优选的，采用方式1）进入火焰筒的阴极尾气量为阴极尾气总量的40%-90%，采用方式2）进入火焰筒的阴极尾气量为阴极尾气总量的5%-30%，采用方式3）进入火焰筒的阴极尾气量为阴极尾气总量的1%-30%。

优选的，进入火焰筒的阳极尾气的旋流数为0.4-1.2，采用方式3）进入火焰筒的阴极尾气的旋流数为0.4-1.2。