千瓦级固体氧化物燃料电池发电系统的设计与研究 *

马强强

(中国船舶重工集团公司第七一一研究所，上海 201108)

1 引言

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，工作温度通常需高于700 ℃，在此温度下燃料能迅速氧化并达到热力平衡，将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化为电能[1]。同时SOFC对燃料纯度要求不高，“吃粗粮”即可正常工作，适应性广，因此具有很好的市场前景。

目前市场上提供的SOFC发电系统装置由于核心部件集成度低，出现燃烧器、重整器点火困难、易熄火、火焰燃烧不稳定等情况，造成系统能量分布不均匀，热效率低，进而影响后续发电效率；同时未能有效利用阳极尾气，降低能源利用率；系统多数采用催化氧化方式来进行启动，不仅导致启动时间过长，而且反应过程不受控制，影响系统的安全性与稳定性。

为了最大限度的降低生产成本，以实现产业化，本文主要以千瓦级固体氧化物燃料电池发电系统为研究对象，主要通过工作原理从结构上进行系统优化，本系统采用内置燃烧加热方式，同时提出模块化设计理念[2-3]，将具有一定功能的构件进行组合设计，实现各项既定功能的要求，不仅缩短设计周期，提高设计效率，而且进一步提高装置的运行的可靠性。

2 总体结构设计

本文设计的SOFC发电系统装置分为原料供应区、原料反应区、控制柜三部分，如下图1所示。原料供应区为原料反应区提供反应介质，原料供应区为常温区，原料反应区为高温区，原料供应区与反应区上下分离，可以通过管路进行连接，有利于减少温度交叉影响；……