本发明专利技术提供了一种SOFC系统用燃烧能量梯级利用的重整反应装置，所述装置包括燃气-空气预混器、燃烧室和位于燃烧室外围的重整腔，还包括预重整烟气辐射腔和预重整腔。其中，所述的燃烧室与燃气-空气预混器相连通，所述的预重整烟气辐射腔与燃烧室相连通，并且所述的预重整腔位于预重整烟气辐射腔的外围，且预重整腔与重整腔相连通。所述装置还包括水-甲烷预混器和汽化预热腔，所述的汽化预热腔与预重整烟气辐射腔相连通，所述的水-甲烷预混器位于汽化预热腔之内并与预重整腔相连通。燃烧室产生的热能依次经过重整腔、预重整腔和水-甲烷预混器进行多次梯级热交换，使燃烧能量实现梯级利用，简化整个装置的结构，并提高装置集成度。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种SOFC系统用燃烧能量梯级利用的重整反应装置，所述装置包括燃气-空气预混器、燃烧室和位于燃烧室外围的重整腔，还包括预重整烟气辐射腔和预重整腔。其中，所述的燃烧室与燃气-空气预混器相连通，所述的预重整烟气辐射腔与燃烧室相连通，并且所述的预重整腔位于预重整烟气辐射腔的外围，且预重整腔与重整腔相连通。所述装置还包括水-甲烷预混器和汽化预热腔，所述的汽化预热腔与预重整烟气辐射腔相连通，所述的水-甲烷预混器位于汽化预热腔之内并与预重整腔相连通。燃烧室产生的热能依次经过重整腔、预重整腔和水-甲烷预混器进行多次梯级热交换，使燃烧能量实现梯级利用，简化整个装置的结构，并提高装置集成度。【专利说明】一种SOFC系统用燃烧能量梯级利用的重整反应装置及发 电系统
本专利技术涉及热处理技术及催化领域，具体地，本专利技术涉及一种S0FC系统用燃烧能 量梯级利用的重整反应装置，以及应用此重整反应装置的S0FC发电系统。
技术介绍
固体氧化物燃料电池 （solid oxide fuel cell)系统，即S0FC发电系统，是一种 新型发电装置，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。 S0FC发电系统作为将燃料从化学能转变成电能和热能的能量转换装置，其高效 率、无污染、全固态结构等优点，已经使其成为最具有潜力的重要能量转换工具之一。S0FC 发电系统在燃料效率、排放、维修和噪声污染方面都有很大优势。 典型的S0FC热电联产系统包括燃料处理系统、S0FC本体发电系统、直交流电转化 系统、余热回收系统，所需要的设备包括压缩机、蒸汽发生器、重整反应器、换热器以及燃烧 器等。 气体燃料或液体燃料在进入电池堆发生电化学反应之前，一般都需要转化为H2和 C0的合成气，以天然气为原料的燃料电池，通常选用水蒸气重整的方式（CH4+H20 - C0+3H2) 实时制取氢气，该反应是一个强吸热反应（Λ H298K=+226kJ/m〇l)，其反应所需的热量则来 自于燃烧器。燃烧器通过燃烧从S0FC电堆出来的阳极尾气来为整个系统提供热量，而对于 S0FC系统来说，重整反应是这个能量的主要消费者。 根据重整反应发生在电池内部或外部，可以分为内重整和外重整。内重整容易造 成电极各处温度分布不均且有积碳反应发生，从而导致电池功率密度大幅度下降。通过在 电池外部附加专门的重整反应器的外重整技术发展的较为成熟，是世界上已有燃料电池应 用系统最主流的制氢方式。 目前的重整反应装置主要是由分立式的重整反应器和尾气燃烧器组成，通过S0FC 电堆尾气燃烧所产生的高温烟气冲刷重整反应器的壁面完成热交换，进而对重整反应进行 供热。这种换热方式的瓶颈在于高温烟气冲刷重整反应器壁面的换热系数较低，为达到预 期的换热效果，就必须有较大的换热面积，从而造成这种分立式的重整反应装置体积庞大， 系统集成度低，且易与装置系统中其它部件产生结构干涉。 另一方面，重整反应所需的原料为天然气和水蒸汽。为了使重整反应能够达到较 高的反应效率，原料在进入重整器进行反应之前还需要经过原料预混器，使天然气和水蒸 汽充分地混合预热。另外，还需要通过蒸汽发生器将液态水加热产生所需的水蒸汽。 综上所述，本领域迫切需要开发一种体积小，装置简易，高效率的重整反应装置。
技术实现思路
本专利技术提供了一种体积小、热效率高的重整反应装置。 本专利技术的第一方面，提供了一种固体氧化物燃料电池 （solid oxide fuel cell，S0FC)系统用燃烧能量梯级利用的重整反应装置，所述装置包括燃气-空气预混器、 燃烧室和位于燃烧室外围的重整腔，还包括：预重整烟气辐射腔和预重整腔； 其中，所述的燃烧室与燃气-空气预混器相连通； 所述的预重整烟气辐射腔与燃烧室相连通；并且 所述的预重整腔位于预重整烟气辐射腔的外围，且预重整腔与重整腔相连通。 在另一优选例中，所述装置还包括水-甲烷预混器和汽化预热腔。 在另一优选例中，所述的汽化预热腔与预重整烟气辐射腔相连通；所述的水-甲 烷预混器位于汽化预热腔之内并与预重整腔相连通。 在另一优选例中，所述装置还具有以下一个或多个特征： 所述的燃烧室位于燃气-空气预混器之上； 所述的预重整烟气辐射腔位于燃烧室之上；和/或 预重整腔位于重整腔之上。 在另一优选例中，所述的燃烧室还包括填充的多孔介质体。 在另一优选例中，所述的多孔介质体的孔径和分布密度按燃气-空气混合气流自 上游至下游的流向由小到大渐变分布。 在另一优选例中，所述的多孔介质体的孔径为30_120mm，和/或所述的多孔介质 体的孔分布密度为60PPI-10PPI。 在另一优选例中，所述多孔介质体的四周是经封边处理的。 在另一优选例中，所述的多孔介质体包括SiC、Zr02或八120 3泡沫陶瓷。 在另一优选例中，在所述的多孔介质体和燃烧室外壁之间的空隙处填充有SiC或 A1203质浆料。 在另一优选例中，所述的预重整腔和重整腔内部设有分流翅片。 在另一优选例中，所述的分流翅片沿重整反应原料气流自上游至下游的流向呈纵 向分布，所述分流翅片将预重整腔和重整腔内部纵向分隔为η个气流隔室，其中n=4-16的 正整数。 在另一优选例中，所述分流翅片的数量为4-16片。 在另一优选例中，预重整腔和重整腔内部还含有催化剂，较佳地所述催化剂为颗 粒式催化剂，并填充分布于分流翅片之间。 在另一优选例中，所述的预重整腔还设有气体分流盘，且所述的气体分流盘用于 收集所述空气预混腔中的混合气体并将混合气体沿所述分流翅片流入所述预重整腔。 在另一优选例中，所述的气体分流盘设于预重整腔的内部，且所述的气体分流盘 连通各个气流隔室。 在另一优选例中，所述的重整腔还设有气体集流盘。 在另一优选例中，所述的重整腔还设有重整产物输出管。 在另一优选例中，所述的气体集流盘设于重整腔的内部，且所述的气体集流盘连 通各个气流隔室并与重整产物输出管相连接。 在另一优选例中，所述的水-甲烷预混器包括水输入管、甲烷输入管和汽化预热 管。 在另一优选例中，所述的水输入管和甲烷输入管均与所述的汽化预热管相连接。 在另一优选例中，液态水和甲烷分别通过所述水输入管和所述甲烷输入管通入所 述汽化预热管。 在另一优选例中，所述的汽化预热管盘绕分布于汽化预热腔的内部。 在另一优选例中，所述的水-甲烷预混器还设有预热缓冲腔。 在另一优选例中，所述的预热缓冲腔与汽化预热管相连通。 在另一优选例中，所述的汽化预热管盘绕于预热缓冲腔的外围。 在另一优选例中，所述的水-甲烷预混器还设有分流管，分流管连通预热缓冲腔 和预重整腔。 在另一优选例中，所述的分流管的数量为4-16个。 在另一优选例中，所述的预热缓冲腔的形状为圆柱体。 在另一优选例中，所述的预热缓冲腔内填充有导热材料，其中所述的导热材料包 括泡沫金属、金属网、多孔介质材料。 在另一优选例中，所述的汽化预热管的管径相同或不同。 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell,SOFC）系统用燃烧能量梯级利用的重整反应装置，所述装置包括燃气‑空气预混器、燃烧室和位于燃烧室外围的重整腔，其特征在于，还包括：预重整烟气辐射腔和预重整腔；其中，所述的燃烧室与燃气‑空气预混器相连通；所述的预重整烟气辐射腔与燃烧室相连通；并且所述的预重整腔位于预重整烟气辐射腔的外围，且预重整腔与重整腔相连通。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈丹丹，叶爽，王蔚国，陈赛虎，彭军，姜松林，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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