一种SOFC固体氧化物电池系统电堆供热循环装置的制作方法

一种sofc固体氧化物电池系统电堆供热循环装置
技术领域
1.本实用新型属于氢能发电、新能源技术发电领域，尤其涉及一种sofc固态氧化物燃料电池系统电堆供热循环装置。


背景技术：

2.sofc固体氧化物电池系统电堆供热装置一般为燃烧机、换热器构成。其在结构设计上，电堆燃料出口和空气出口多为直接排空，此种结构较为单一，无法将电堆排出的高温空气和燃料回收利用到自身系统，换热效率低下、燃料耗费较大，系统整体效能低下。
3.因此，在现有技术中，sofc固体燃料电池系统天然气燃料燃烧不充分、燃烧效率低下、热量回收利用率低。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种充分利用余热的sofc固体氧化物电池系统电堆供热循环装置，以提高电堆供热系统效率。
5.为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案如下：
6.一种sofc固体氧化物电池系统电堆供热循环装置，包括自下而上依次设置的燃烧机、进烟道、一级并联换热器、二级并联换热器和排烟道；所述一级并联换热器的两侧分别安装有压缩空气路换热器与三级并联换热器；整个装置通过支架固定；
7.所述燃烧机通过法兰安装在支架内，所述进烟道通过法兰安装连接在支架顶部，并与燃烧机连通；进烟道、一级并联换热器、二级并联换热器、排烟道之间依次通过法兰连接，压缩空气路换热器、三级并联换热器与一级并联换热器之间均为卡套连接；二级并联换热器与三级并联换热器之间为卡套连接。
8.具体地，所述压缩空气路换热器的底部设有电堆排出高温空气入口n2，顶部设有电堆排出高温空气出口n3，侧面设有压缩空气入口n4和压缩空气出口n5，并通过压缩空气出口n5与一级并联换热器连通。
9.具体地，所述二级并联换热器的一侧设有重整气入口n8，另一侧设有重整气出口n9，并通过重整气出口n9与三级并联换热器连通。
10.具体地，所述三级并联换热器的顶部设有一次换热后重整气入口n10，底部设有一次换热后重整气出口n11，侧面设有一次换热后压缩空气入口n6和一次换热后压缩空气出口n7，并通过一次换热后重整气入口n10与重整气出口n9连接，通过一次换热后压缩空气入口n6与一级并联换热器连通。
11.具体地，所述一级并联换热器的一侧设有冷却水入口管，另一侧设有冷却水出口管。
12.进一步地，所述燃烧机通过燃料尾气入口n0与电堆连接，将电堆反应后排出的燃料尾气通过n0口进入燃烧机进行二次燃烧。
13.进一步地，各换热器的换热进出口分别设有温度测点n1。
14.有益效果：
15.该电堆供热循环装置通过多级换热器换热，提高换热效率；提供给电堆的高温空气与高温燃气，在电堆反应后排出的燃料尾气，再通过n0口进入燃烧机进行二次燃烧，提高了燃料的利用率；排出的高温空气，没有直接排入空气当中，而是通过n2口进入压缩空气路换热器，为压缩空气进入三级并联换热器前提供热量预热，将废余热量回收充分利用。既节约了燃料，降低了环境污染，充分利用了高温空气的余热，使得整个电堆供热系统装置效率提高。本装置结构简单、紧凑，安装方便，稳定性强，便于测量各个部位的温度，并且其装置本身可以与电堆实现分离，便于运输。
附图说明
16.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做更进一步的具体说明，本实用新型的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
17.图1是该sofc固体氧化物电池系统电堆供热循环装置的正视图。
18.图2是该sofc固体氧化物电池系统电堆供热循环装置的左视图。
19.其中，各附图标记分别代表：
20.1-压缩空气路换热器；
21.2-三级并联换热器；
22.3-进烟道；
23.4-冷却水入口管；
24.5-一级并联换热器；
25.6-二级并联换热器；
26.7-排烟道；
27.8-冷却水出口管；
28.9-支架；
29.10-燃烧机；
30.n1-温度测点；
31.n2-电堆排出高温空气入口；
32.n3-电堆排出高温空气出口；
33.n4-压缩空气入口；
34.n5-压缩空气出口；
35.n6-一次换热后压缩空气入口；
36.n7-一次换热后压缩空气出口；
37.n8-重整气入口；
38.n9-重整气出口；
39.n10-一次换热后重整气入口；
40.n11-一次换热后重整气出口。
具体实施方式
41.根据下述实施例，可以更好地理解本实用新型。
42.说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
43.如图1和图2所示，该sofc固体氧化物电池系统电堆供热循环装置包括自下而上依次设置的燃烧机10、进烟道3、一级并联换热器5、二级并联换热器6和排烟道7；所述一级并联换热器5的两侧分别安装有压缩空气路换热器1与三级并联换热器2；整个装置通过支架9固定。
44.其中，燃烧机10通过法兰安装在支架9内，所述进烟道3通过法兰安装连接在支架9顶部，并与燃烧机10连通；进烟道3、一级并联换热器5、二级并联换热器6、排烟道7之间依次通过法兰连接，压缩空气路换热器1、三级并联换热器2与一级并联换热器5之间均为卡套连接；二级并联换热器6与三级并联换热器2之间为卡套连接。
45.压缩空气路换热器1的底部设有电堆排出高温空气入口n2，顶部设有电堆排出高温空气出口n3，侧面设有压缩空气入口n4和压缩空气出口n5，并通过压缩空气出口n5与一级并联换热器5连通。电堆空气出口排出高温空气，通过电堆排出高温空气入口n2进、电堆排出高温空气出口n3出；压缩空气通过压缩空气入口n4进、压缩空气出口n5出。高温空气与压缩空气两路气体在压缩空气路换热器1中换热，压缩空气被升温后进入一级并联换热器5。
46.二级并联换热器6的一侧设有重整气入口n8，另一侧设有重整气出口n9，并通过重整气出口n9与三级并联换热器2连通。三级并联换热器2的顶部设有一次换热后重整气入口n10，底部设有一次换热后重整气出口n11，侧面设有一次换热后压缩空气入口n6和一次换热后压缩空气出口n7，并通过一次换热后重整气入口n10与重整气出口n9连接，通过一次换热后压缩空气入口n6与一级并联换热器5连通。重整气从重整气入口n8口进入，重整气出口n9口出来，在二级并联换热器6中进行换热升温。升温后的重整气再通过一次换热后重整气入口n10进，一次换热后重整气出口n11出，在换热器三级并联换热器2中换热，之后再通入到电堆中。
47.一级并联换热器5中热区热量来源于燃烧机燃烧，当空气管路压缩空气在一级并联换热器5换热被升温后，再进入换热器进行二次换热升温，路线为从压缩空气出口n5到一次换热后压缩空气入口n6。
48.一级并联换热器5的一侧设有冷却水入口管4，另一侧设有冷却水出口管8，冷却水从冷却水入口管4进入，冷却水出口管8流出，其目的是一级并联换热器5近火焰侧布置冷却液通道，防止一级并联换热器5近火焰测因长时间高温下燃烧，导致封口开裂等，进而提高换热器的使用寿命。
49.燃烧机10通过燃烧天然气为整个装置提供热源。燃烧机10通过燃料尾气入口n0与电堆连接，将电堆反应后排出的燃料尾气通过n0口进入燃烧机10进行二次燃烧。
50.燃烧机燃烧后进入进烟道3。整个系统装置燃料燃烧后，尾气从排烟道7排出。
51.各换热器的换热进出口分别设有温度测点n1，对各自换热器换热进出口温度测量。
52.该电堆供热循环装置中，n4是压缩空气初始入口，压缩空气经由n4
→
n5
→
换热器5
→
n6
→
n7
→
电堆
→
n2
→
n3
→
排空。n8是重整天然气初始入口，重整天然气经由n8
→
换热器6
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n9
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n10
→
n11
→
电堆
→
n0。燃烧机
→
进烟道3
→
换热器5
→
换热器6
→
排烟道7。
53.值得注意的是，n5
→
换热器5
→
n6这个过程中，换热器5将压缩空气温度升高，高温空气为进入电堆做准备，再通过n6入口进入换热器2。而重整气在换热器6中换热后，温度被升高，通过n10口进入换热器2。受热后的高温压缩空气与高温天然气重整气在换热器2中相遇，进行换热，这样一来，使得两路气体温差减小，更好的在电堆中反应，提高换热效率和反应效能。
54.燃气经燃烧机10燃烧后的高温烟气，通过一级并联换热器5换热后，再与二级并联换热器6进行换热，各气体从一、二级换热器换热完成后，共同进入电堆入口前的三级并联换热器2的各自管道，从三级并联换热器2出来的高温燃气和高温空气提供给反应电堆。电堆反应后排出的燃料尾气，再通过n0口进入燃烧机进行二次燃烧，提高了燃料燃烧效率；排出的高温空气，通过n2口进入压缩空气路换热器1，将压缩空气路换热器1中的压缩空气加热，使得高温尾气热量得到充分利用。
55.因此，将电堆出口出来的高温燃料和高温空气循环利用，既节约了燃料，降低了环境污染，充分利用了高温空气的余热，使得整个电堆供热系统装置效率提高。
56.本实用新型提供了一种sofc固体氧化物电池系统电堆供热循环装置的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。