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简述固体氧化物燃料电池的原理

2022.9.07

  在所有的燃料电池中,SOFC的工作温度最高,属于高温燃料电池。近些年来,分布式电站由于其成本低、可维护性高等优点已经渐渐成为世界能源供应的重要组成部分。由于SOFC发电的排气有很高的温度,具有较高的利用价值,可以提供天然气重整所需热量,也可以用来生产蒸汽,更可以和燃气轮机组成联合循环,非常适用于分布式发电。燃料电池和燃气轮机、蒸汽轮机等组成的联合发电系统不但具有较高的发电效率,同时也具有低污染的环境效益。

  常压运行的小型SOFC发电效率能达到45%-50%。高压SOFC与燃气轮机结合,发电效率能达到70%。国外的公司及研究机构相继开展了SOFC电站的设计及试验,100kW管式SOFC电站己经在荷兰运行。Westinghouse公司不但试验了多个kW级SOFC,而且正在研究MW级SOFC与燃气轮机发电系统。日本的三菱重工及德国的Siemens公司都进行了SOFC发电系统的试验研究。

  一般的SOFC发电系统包括燃料处理单元、燃料电池发电单元以及能量回收单元。图一是一个以天然气为燃料、常压运行的发电系统。空气经过压缩器压缩,克服系统阻力后进入预热器预热,然后通入电池的阴极。天然气经过压缩机压缩后,克服系统阻力进入混合器,与蒸汽发生器中产生的过热蒸汽混合,蒸汽和燃料的比例为,混合后的燃料气体进入加热器提升温度后通入燃料电池阳极。阴阳极气体在电池内发生电化学反应,电池发出电能的同时,电化学反应产生的热量将未反应完全的阴阳极气体加热。阳极未反应完全的气体和阴极剩余氧化剂通入燃烧器进行燃烧,燃烧产生的高温气体除了用来预热燃料和空气之外,也提供蒸汽发生器所需的热量。经过蒸汽发生器后的燃烧产物,其热能仍有利用价值,可以通过余热回收装置提供热水或用来供暖而进一步加以利用。

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