CN118231700A - 固体氧化物燃料电池热电联供系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种固体氧化物燃料电池热电联供系统及方法。固体氧化物燃料电池热电联供系统包括：固体氧化物燃料电池、余热回收系统和二氧化碳富集系统；余热回收系统包括：燃烧器和与燃烧器连通的第一氧气管道；二氧化碳富集系统包括：气液分离器和与气液分离器连通的二氧化碳储罐；固体氧化物燃料电池的阳极尾气出口与燃烧器连通，燃烧器的气体出口与气液分离器连通，二氧化碳储罐与燃烧器的气体入口连通。该系统有利于保持燃烧器中二氧化碳的浓度，二氧化碳储罐中的混合气循环回燃烧器，且有利于控制燃烧器温度。

Description

固体氧化物燃料电池热电联供系统及方法

技术领域

本发明属于固体氧化物燃料电池技术领域，具体涉及一种固体氧化物燃料电池热电联供系统及方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)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。固体氧化物燃料电池由阴极、阳极和电解质构成。工作状态下，氧化气在阴极发生还原反应放出电子，燃料气在阳极发生氧化反应得到电子。固体氧化物燃料电池的能量转换效率高，并具有环境友好、连续工作时间长、安全性高等优点，既可以作为小型家用和大型集中供电的固定电站，也可以用作移动电源。

现有的固体氧化物燃料电池发电系统阳极尾气采用空气燃烧，燃烧后的阳极尾气换热后直接排放，没有充分利用阳极尾气燃烧后产生的二氧化碳。

发明内容

针对现有技术中的上述缺陷，本发明提供一种固体氧化物燃料电池热电联供系统，采用氧气对燃烧器内的阳极尾气助燃，二氧化碳储罐中的混合气循环回燃烧器，有利于保持燃烧器中二氧化碳的浓度，且有利于控制燃烧器温度。

本发明还提供了利用固体氧化物燃料电池热电联供系统进行热电联供的方法，采用氧气对燃烧器内的阳极尾气助燃，二氧化碳储罐中的混合气循环回燃烧器，有利于保持燃烧器中二氧化碳的浓度，且有利于控制燃烧器温度。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种固体氧化物燃料电池热电联供系统，所述系统包括：

固体氧化物燃料电池、余热回收系统和二氧化碳富集系统；

所述余热回收系统包括：燃烧器和与所述燃烧器连通的第一氧气管道；

所述二氧化碳富集系统包括：气液分离器和与所述气液分离器连通的二氧化碳储罐；

所述固体氧化物燃料电池的阳极尾气出口与所述燃烧器连通，所述燃烧器的气体出口与所述气液分离器连通，所述二氧化碳储罐与所述燃烧器的气体入口连通。

在一些实施方案中，二氧化碳富集系统还包括：增压泵，所述增压泵设置在所述气液分离器和所述二氧化碳储罐之间。

在一些实施方案中，所述增压泵采用气体驱动。

在一些实施方案中，所述余热回收系统还包括：热交换装置，所述热交换装置设置在所述燃烧器与所述气液分离器之间。

在一些实施方案中，所述热交换装置包括：燃料预热器、第一蒸汽发生器、第二蒸汽发生器和第一换热器；

所述燃烧器、所述燃料预热器、所述第一蒸汽发生器、所述第二蒸汽发生器、所述第一换热器和所述气液分离器依次设置。

在一些实施方案中，所述系统还包括：燃料供给系统，所述燃料供给系统用于向所述固体氧化物燃料电池的阳极提供气体，以使所述阳极发电。

在一些实施方案中，所述燃料供给系统包括：进气管道和与所述进气管道连通的重整反应器。

所述重整反应器与所述阳极的进气口连通。

在一些实施方案中，所述燃料预热器还设置在所述进气管道上。

在一些实施方案中，所述燃料供给系统还包括与所述进气管道连通的脱硫器。

所述脱硫器靠近所述进气管道的进气端，所述重整反应器远离所述进气管道的进气端。

在一些实施方案中，所述脱硫器、所述燃料预热器和所述重整反应器依次设置。

在一些实施方案中，所述重整反应器与所述燃烧器为一体式结构。

在一些实施方案中，所述燃烧器位于所述重整反应器的下方。

在一些实施方案中，所述系统还包括：空气供给系统，所述空气供给系统用于向所述固体氧化物燃料电池的阴极提供空气或氧气。

在一些实施方案中，所述空气供给系统包括空气输入管道、补充氧气管道和空气压缩机；

所述空气输入管道与所述阴极的进气口连通；

所述补充氧气管道与所述空气输入管道连通；

所述空气压缩机的进气端与所述阴极的出气口连通，所述空气压缩机的出气端与所述空气输入管道连通。

在一些实施方案中，所述余热回收系统还包括：设置在所述空气压缩机的进气端与所述阴极的出气口之间的第三蒸汽发生器和第四蒸汽发生器。

第二方面，本发明提供了利用第一方面的系统进行热电联供的方法，所述方法包括以下步骤：

a)通过所述第一氧气管道向所述燃烧器通入氧气，所述固体氧化物燃料电池的阳极尾气进入所述燃烧器进行反应，产生的气体从所述燃烧器的气体出口排出，之后进入气液分离器进行气液分离，得到含有二氧化碳的混合气，所述混合气进入所述二氧化碳储罐储存，且所述二氧化碳储罐向所述燃烧器通入部分所述混合气。

在一些实施方案中，在步骤a)中，通过控制进入所述燃烧器内的所述混合气的量，来控制所述燃烧器的温度。

在一些实施方案中，在步骤a)中，所述混合气经过所述增压泵后，进入所述二氧化碳储罐储存。

在一些实施方案中，在步骤a)中，从所述燃烧器排出的气体经过热交换装置进行换热降温后，进入气液分离器。

在一些实施方案中，在步骤a)中，从所述燃烧器排出的气体依次经过所述燃料预热器、所述第一蒸汽发生器、所述第二蒸汽发生器和所述第一换热器换热降温后，进入气液分离器。

在一些实施方案中，在步骤a)中，从所述燃烧器排出的气体经过所述燃料预热器换热降温后的温度不低于600℃，例如810～600℃。

在一些实施方案中，在步骤a)中，从所述燃烧器排出的气体经过所述第一蒸汽发生器换热降温后的温度不高于400-450℃，产生压力为2.5-6MPa的中压蒸汽。

在一些实施方案中，在步骤a)中，从所述燃烧器排出的气体经过所述第二蒸汽发生器换热降温后的温度小于250℃，产生压力小于2.5MPa的低压蒸汽。

在一些实施方案中，在步骤a)中，从所述燃烧器排出的气体经过所述第一换热器换热降温后的温度不高于100℃。

在一些实施方案中，所述方法包括：b)燃料气进入所述燃料供给系统反应，所述燃料供给系统向所述固体氧化物燃料电池的阳极提供气体，以使所述阳极发电。

在一些实施方案中，步骤b)为燃料气经所述进气管道进入所述重整反应器反应，产生的气体进入所述阳极，以使所述阳极发电。

在一些实施方案中，在步骤b)中，燃料气经所述燃料预热器加热后进入所述重整反应器反应。

在一些实施方案中，在步骤b)中，燃料气先经过所述脱硫器脱硫后，再进入所述重整反应器反应。

在一些实施方案中，所述方法包括：c)在所述系统的启动阶段，所述空气供给系统向所述固体氧化物燃料电池的阴极提供空气，或在所述系统的运行阶段，所述空气供给系统向所述固体氧化物燃料电池的阴极提供氧气。

在一些实施方案中，在步骤c)中，从所述阴极的出气口排出的气体经所述空气压缩机压缩后，进入空气输入管道，与所述空气输入管道中的空气或氧气混合，进入所述阴极。

在一些实施方案中，在步骤c)中，进入所述阴极的气体的温度为700～750℃。

在一些实施方案中，在步骤c)中，从所述阴极的出气口排出的气体先依次经过所述第三蒸汽发生器和所述第四蒸汽发生器换热，再经过所述空气压缩机压缩，之后进入空气输入管道。

在一些实施方案中，在步骤c)中，从所述阴极的出气口排出的气体先经过所述第三蒸汽发生器换热后的温度为400-450℃，产生压力为2.5-6MPa的中压蒸汽。

在一些实施方案中，从所述阴极的出气口排出的气体经过所述第四蒸汽发生器换热后的温度为小于250℃，产生压力小于2.5MPa的低压蒸汽。

在一些实施方案中，燃料气包括甲烷、炼厂干气、液化气、城市天然气、煤气、生物质气等常见的碳氢燃料，或者含有硫化氢、氮气、氯气、水、一氧化碳、二氧化碳的副产氢气体，例如氯碱工业副产氢、丙烷脱氢工业副产氢气、煤焦炉气副产氢等。

本发明提供的固体氧化物燃料电池热电联供系统采用氧气对燃烧器内的阳极尾气助燃，相对于采用空气助燃混入大量的氮气等气体，有利于保持燃烧器中二氧化碳的浓度，二氧化碳储罐中的混合气循环回燃烧器，有利于控制燃烧器温度。并且该系统对阳极尾气燃烧后产生的二氧化碳进行富集，有利于二氧化碳的后续利用。

本发明提供的固体氧化物燃料电池热电联供系统先经过热交换产生水蒸气，压缩后与空气进料或补充氧气混合，返回阴极，实现了阴极尾气的零排放。并且使用的换热器较少，节省了设备成本。

本发明提供的固体氧化物燃料电池热电联供系统的阳极产生的余热先供给重整反应器和燃料预热器，后产不同等级的蒸汽和热水，将余热充分进行利用。

本发明提供的固体氧化物燃料电池热电联供系统的燃烧器和重整反应器采用一体式的设计，能够减少热量损失，提高热量利用效率。

本发明提供的利用固体氧化物燃料电池热电联供系统进行热电联供的方法，燃料气在固体氧化物燃料电池中发生不完全反应，产生的阳极尾气进入燃烧器，在氧气的助燃下充分燃烧生成二氧化碳、水，因此燃烧器出口气体主要包含二氧化碳、水、未反应的氮气、氯气和过量的氧气。通过调节通入燃烧器中助燃剂氧气的量，以及从二氧化碳储罐循环回燃烧器的混合气量，可以调节二氧化碳的浓度。具体地，通过减少通入燃烧器中助燃剂氧气的量，燃烧器出口氧气浓度减少，二氧化碳浓度提高。通过增加循环回燃烧器的混合气量，混合气中氧气得到消耗，二氧化碳浓度将提高。

本发明提供的利用固体氧化物燃料电池热电联供系统进行热电联供的方法能够获得高浓度的二氧化碳。储存在二氧化碳储罐中混合气的二氧化碳浓度大于或等于60％。

本发明提供的利用固体氧化物燃料电池热电联供系统进行热电联供的方法，阴极采用过量空气进料带走电堆反应热，阴极尾气先经过两级换热产水蒸汽，后压缩之后与补充氧气混合。由于压缩之后的阴极尾气温度仍然较高，与补充氧气混合后温度可达到700℃左右，能够满足电堆阴极进料条件，无需再设置换热器。相比现有技术先换热后产蒸汽的工艺，提高了产蒸汽效率。对于阴极的余热回收，只需要两个蒸汽发生器与一个压缩机，相比现有技术减少了一个换热器，节省了设备成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种固体氧化物燃料电池热电联供系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种固体氧化物燃料电池热电联供系统的结构示意图。

附图标记说明：

F1-燃烧器； L1-第一氧气管道；

S1-气液分离器； T1-二氧化碳储罐；

P1-增压泵； E1-燃料预热器；

E2-第一蒸汽发生器； E3-第二蒸汽发生器；

E4-第一换热器； 10-燃料供给系统；

R1-重整反应器； DS1-脱硫器；

20-空气供给系统； L3-空气输入管道；

L4-补充氧气管道； C1-空气压缩机；

E5-第三蒸汽发生器； E6-第四蒸汽发生器。

具体实施方式

以下所列举具体实施方式只是对本发明的原理和特征进行描述，所举实例仅用于解释本发明，并非限定本发明的范围。基于本发明实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

为使本领域技术人员更好地理解本发明的方案，下面结合附图对本发明作进一步地详细说明。

实施例一

本实施例提供了一种固体氧化物燃料电池热电联供系统。请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种固体氧化物燃料电池热电联供系统的结构示意图。如图1所示，本发明提供的固体氧化物燃料电池热电联供系统包括：固体氧化物燃料电池、余热回收系统和二氧化碳富集系统；余热回收系统包括：燃烧器F1和与燃烧器F1连通的第一氧气管道L1；二氧化碳富集系统包括：气液分离器S1和与气液分离器S1连通的二氧化碳储罐T1；固体氧化物燃料电池的阳极尾气出口与燃烧器F1连通，燃烧器F1的气体出口与气液分离器S1连通，二氧化碳储罐T1与燃烧器F1的气体入口连通。

利用上述固体氧化物燃料电池热电联供系统进行进行热电联供的方法。该方法包括以下步骤：

通过第一氧气管道L1向燃烧器F1通入氧气，固体氧化物燃料电池的阳极尾气进入燃烧器F1进行反应，产生的气体从燃烧器F1的气体出口排出，之后进入气液分离器S1进行气液分离，得到含有二氧化碳的混合气，混合气进入二氧化碳储罐T1储存，且二氧化碳储罐T1向燃烧器F1通入部分混合气。

本实施例提供的固体氧化物燃料电池热电联供系统，以及利用该系统进行热电联供的方法，采用氧气对燃烧器内的阳极尾气助燃，二氧化碳储罐中的混合气循环回燃烧器，有利于保持燃烧器中二氧化碳的浓度，且有利于控制燃烧器温度。

作为一种优选的实施方式，二氧化碳富集系统还包括：增压泵P1，增压泵P1设置在气液分离器S1和二氧化碳储罐T1之间。混合气经过增压泵P1后，进入二氧化碳储罐T1储存。二氧化碳储罐T1中的混合气中的二氧化碳浓度大于或等于60％，利于对燃烧器控温。

具体地，增压泵P1可以采用气体驱动。

作为一种具体实施方式，通过控制进入燃烧器F1内的混合气的量，来控制燃烧器F1的温度。

作为一种具体实施方式，余热回收系统还包括：热交换装置，热交换装置设置在燃烧器F1与气液分离器S1之间。从燃烧器F1排出的气体经过热交换装置进行换热降温后，进入气液分离器S1。

作为一种更具体实施方式，参见图2，热交换装置包括：燃料预热器E1、第一蒸汽发生器E2、第二蒸汽发生器E3和第一换热器E4；燃烧器F1、燃料预热器E1、第一蒸汽发生器E2、第二蒸汽发生器E3、第一换热器E4和气液分离器S1依次设置。从燃烧器F1排出的气体依次经过燃料预热器E1、第一蒸汽发生器E2、第二蒸汽发生器E3和第一换热器E4换热降温后，进入气液分离器S1。通过逐级的换热降温，更有利于控温，并产生不同热量的蒸汽。

具体地，从燃烧器F1排出的气体经过燃料预热器E1换热降温不低于600℃，例如810～600℃，经过第一蒸汽发生器E2换热降温400℃-450℃，产生压力为2.5-6MPa的中压蒸汽，经过第二蒸汽发生器E3换热降温小于250℃，产生压力小于2.5MPa的低压蒸汽，经过第一换热器E4换热降温至不高于100℃。

作为一种具体实施方式，请参见图1，该系统还包括：燃料供给系统10，燃料供给系统10用于向固体氧化物燃料电池的阳极提供气体，以使阳极发电。燃料气进入燃料供给系统10反应，燃料供给系统10向固体氧化物燃料电池的阳极提供气体，以使阳极发电。

具体地，请参见图2，燃料供给系统10包括：进气管道L2和与进气管道L2连通的重整反应器R1；重整反应器R1与阳极的进气口连通。燃料气经进气管道L2进入重整反应器R1反应，产生的气体进入阳极，以使阳极发电。

更具体地，燃料供给系统还包括与进气管道L2连通的脱硫器DS1；脱硫器DS1靠近进气管道L2的进气端，重整反应器R1远离进气管道L2的进气端。燃料气先经过脱硫器DS1脱硫后，再进入重整反应器R1反应。

作为一种优选的实施方式，燃料预热器E1还设置在进气管道L2上。燃烧器F1排出的气体经燃料预热器E1换热降温，产生的热量用于进气管道L2内的燃料气换热升温。

作为一种优选的实施方式，脱硫后的燃料气先经燃料预热器E1换热升温后，再进入重整反应器R1反应。

作为一种优选的实施方式，重整反应器R1与燃烧器F1为一体式结构。

具体地，燃烧器F1位于重整反应器R1的下方。该设计可以减少热量损失，提高热量利用效率。

作为一种具体实施方式，请参见图1，该系统还包括：空气供给系统20，空气供给系统20用于向固体氧化物燃料电池的阴极提供空气或氧气。在该系统的启动阶段，空气供给系统20向固体氧化物燃料电池的阴极提供空气，或在系统的运行阶段，空气供给系统20向固体氧化物燃料电池的阴极提供氧气。

作为一种优选的实施方式，请参见图2，空气供给系统20包括空气输入管道L3、补充氧气管道L4和空气压缩机C1；空气输入管道L3与阴极的进气口连通；补充氧气管道L4与空气输入管道L3连通；空气压缩机C1的进气端与阴极的出气口连通，空气压缩机C1的出气端与空气输入管道L3连通。从阴极的出气口排出的气体经空气压缩机C1压缩后，进入空气输入管道L3，与空气输入管道L3中的空气或氧气混合，进入阴极。进入阴极的气体的温度为700～750℃。

作为一种优选的实施方式，请参见图2，余热回收系统还包括：设置在空气压缩机C1的进气端与阴极的出气口之间的第三蒸汽发生器E5和第四蒸汽发生器E6。从阴极的出气口排出的气体先经过两次热交换产生水蒸气，压缩后与空气进料或补充氧气混合，返回阴极，实现了阴极尾气的零排放。并且使用的换热器较少，节省了设备成本。

具体地，从阴极的出气口排出的气体先经过第三蒸汽发生器E5换热后的温度为400℃-450℃，产生压力2.5-6MPa的中压蒸汽，再经过第四蒸汽发生器E6换热后的温度小于250℃，产生压力小于2.5MPa的低压蒸汽。

实施例二

本实施例提供了一种固体氧化物燃料电池热电联供系统。请参见图2，图2为本发明实施例提供的另一种固体氧化物燃料电池热电联供系统的结构示意图。如图2所示，本实施例提供的固体氧化物燃料电池热电联供系统包括：固体氧化物燃料电池(SOFC)、燃料供给系统、空气供给系统、余热回收系统和二氧化碳富集系统；

燃料供给系统包括脱硫器DS1、重整反应器R1，燃料先经过脱硫器DS1进行脱硫处理，再经燃料预热器E1预热后进入重整反应器R1，重整反应器R1出口的气体进入固体氧化物燃料电池的阳极发电；

空气供给系统包括空气输入管道L3、补充氧气管道L4、空气压缩机C1。系统启动阶段通入空气，系统连续运行阶段，通入补充氧气，补充氧气与经压缩机加压后的阴极出口气体混合，进入固体氧化物燃料电池阴极；

余热回收系统包括第一氧气管道L1、燃烧器F1、燃料预热器E1、第一换热器E4、第一蒸汽发生器E2、第二蒸汽发生器E3、第三蒸汽发生器E5、第四蒸汽发生器E6。固体氧化物燃料电池阳极尾气进燃烧器F1进行反应，燃烧器F1与重整反应器R1为一体式设计，从第一氧气管道L1向燃烧器F1通入纯氧助燃。燃烧器F1出口气体依次经过燃料预热器E1、第一蒸汽发生器E2、第二蒸汽发生器E3换热降温，再进入气液分离器S1进行气液分离。固体氧化物燃料电池阴极出口尾气经过第三蒸汽发生器E5和第四蒸汽发生器E6换热之后经压缩机C1加压后与空气或补充氧气混合，进入固体氧化物燃料电池阴极；

二氧化碳富集系统包括气液分离器S1、增压泵P1、二氧化碳储罐T1。燃烧器F1出口气体经上述降温换热和气液分离后，气液分离器S1出口的混合气进入增压泵P1，增压后进入二氧化碳储罐T1，从二氧化碳储罐T1导出部分混合气循环回燃烧器F1。

实施例三

请参见图2，一个燃料低热值为100kW的固体氧化物燃料电池热电联供系统。燃料组成如表1所示，进入SOFC阳极的温度为700℃，反应后的阳极尾气温度为800℃。二氧化碳储罐T1中的混合气循环回燃烧器F1的体积流量是燃烧器F1氧气体积流量的4倍，燃烧器F1出口气体温度800℃，离开燃料预热器E1温度为600℃，离开第一蒸汽发生器E2温度为300℃，离开第二蒸汽发生器E3温度为150℃，离开第一换热器E4的温度为80℃。空气进入SOFC阴极的温度为700℃，反应后的阴极尾气温度为800℃，离开第三蒸汽发生器E5温度为700℃，离开第四蒸汽发生器E6温度为680℃。生产指标见表2。

表1城市天然气燃料组成

表2城市天然气进气量100kW(低热值)的生产指标

实施例四

请参见图2，一个燃料低热值为100kW的固体氧化物燃料电池热电联供系统。焦炉煤气燃料组成如表3所示，进入SOFC阳极的温度为720℃，反应后的阳极尾气温度为820℃。二氧化碳储罐中的混合气循环回燃烧器F1的体积流量是燃烧器F1氧气体积流量的2.5倍，燃烧器F1出口气体温度900℃，离开燃料预热器E1温度为650℃，离开第一蒸汽发生器E2温度为300℃，离开第二蒸汽发生器E3温度为200℃，离开第一换热器E4的温度为85℃。空气进入SOFC阴极的温度为720℃，反应后的阴极尾气温度为820℃，离开第三蒸汽发生器E5温度为720℃，离开第四蒸汽发生器E6温度为700℃。生产指标见表4。

表3焦炉煤气组成

燃料组分	体积分数
		甲烷	38％
氢气	46％
		一氧化碳	12％
乙烯	3％
		氮气	0.4％
二氧化碳	0.6％

表4煤气进气量100kW(低热值)的生产指标

实施例五

请参见图2，一个燃料低热值为100kW的固体氧化物燃料电池热电联供系统。乙烷制乙烯副产氢燃料组成如表5所示，进入SOFC阳极的温度为720℃，反应后的阳极尾气温度为800℃。二氧化碳储罐中的混合气循环回燃烧器F1的体积流量是燃烧器F1氧气体积流量的2倍，燃烧器F1出口气体温度1050℃，离开燃料预热器E1温度为750℃，离开第一蒸汽发生器E2温度为450℃，离开第二蒸汽发生器E3温度为250℃，离开第一换热器E4的温度为90℃。空气进入SOFC阴极的温度为720℃，反应后的阴极尾气温度为800℃。离开第三蒸汽发生器E5温度为740℃，离开第四蒸汽发生器E6温度为720℃。生产指标见表6。

表5乙烷制乙烯副产氢燃料组成

燃料组分	体积分数
		甲烷	16％
氢气	83％
		乙烷	0.5％
一氧化碳	0.5％

表6乙烷制乙烯副产氢进气量100kW(低热值)生产指标值

实施例六

请参见图2，一个燃料低热值为100kW的固体氧化物燃料电池热电联供系统。焦炉气燃料组成如表7所示，进入SOFC阳极的温度为710℃，反应后的阳极尾气温度为810℃。二氧化碳储罐T1中的混合气循环回燃烧器F1的体积流量是燃烧器F1氧气体积流量的1.5倍，燃烧器F1出口气体温度980℃，离开燃料预热器E1温度为720℃，离开第一蒸汽发生器E2温度为420℃，离开第二蒸汽发生器E3温度为230℃，离开第一换热器E4的温度为80℃。空气进入SOFC阴极的温度为710℃，反应后的阴极尾气温度为810℃。离开第三蒸汽发生器E5温度为750℃，离开第四蒸汽发生器E6温度为730℃。生产指标见表8。

表7焦炉气燃料组成

燃料组分	体积分数
		氢气	60％
氧气	0.8％
		氮气	7％
甲烷	23％
		一氧化碳	5％
二氧化碳	4.2％

表8焦炉气进气量100kW(低热值)生产指标值

对比例

公开号CN109326805A的专利文献公开固体氧化物燃料电池发电系统及工艺进行供热。焦炉气燃料组成如表7所示，进入SOFC阳极的温度为710℃，反应后的阳极尾气温度为810℃，燃烧器出口气体温度850℃，饱和蒸汽的温度为120℃，压力为188.94kPa。生产指标见表9。

表9焦炉气进气量100kW(低热值)生产指标值

以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种固体氧化物燃料电池热电联供系统，其特征在于，所述系统包括：

固体氧化物燃料电池、余热回收系统和二氧化碳富集系统；

所述余热回收系统包括：燃烧器和与所述燃烧器连通的第一氧气管道；

所述二氧化碳富集系统包括：气液分离器和与所述气液分离器连通的二氧化碳储罐；

所述固体氧化物燃料电池的阳极尾气出口与所述燃烧器连通，所述燃烧器的气体出口与所述气液分离器连通，所述二氧化碳储罐与所述燃烧器的气体入口连通。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，二氧化碳富集系统还包括：增压泵，所述增压泵设置在所述气液分离器和所述二氧化碳储罐之间；

优选地，所述增压泵采用气体驱动。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述余热回收系统还包括：热交换装置，所述热交换装置设置在所述燃烧器与所述气液分离器之间；

优选地，所述热交换装置包括：燃料预热器、第一蒸汽发生器、第二蒸汽发生器和第一换热器；

所述燃烧器、所述燃料预热器、所述第一蒸汽发生器、所述第二蒸汽发生器、所述第一换热器和所述气液分离器依次设置。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：燃料供给系统，所述燃料供给系统用于向所述固体氧化物燃料电池的阳极提供气体，以使所述阳极发电；

优选地，所述燃料供给系统包括：进气管道和与所述进气管道连通的重整反应器；

所述重整反应器与所述阳极的进气口连通；

更优选地，所述燃料预热器还设置在所述进气管道上；

更优选地，所述燃料供给系统还包括与所述进气管道连通的脱硫器；

所述脱硫器靠近所述进气管道的进气端，所述重整反应器远离所述进气管道的进气端；

更优选地，所述重整反应器与所述燃烧器为一体式结构；

更优选地，所述燃烧器位于所述重整反应器的下方。

5.根据权利要求1至4任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：空气供给系统，所述空气供给系统用于向所述固体氧化物燃料电池的阴极提供空气或氧气；

优选地，所述空气供给系统包括空气输入管道、补充氧气管道和空气压缩机；

所述空气输入管道与所述阴极的进气口连通；

所述补充氧气管道与所述空气输入管道连通；

所述空气压缩机的进气端与所述阴极的出气口连通，所述空气压缩机的出气端与所述空气输入管道连通；

优选地，所述余热回收系统还包括：设置在所述空气压缩机的进气端与所述阴极的出气口之间的第三蒸汽发生器和第四蒸汽发生器。

6.一种利用权利要求1至5任一项所述的系统进行热电联供的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

a)通过所述第一氧气管道向所述燃烧器通入氧气，所述固体氧化物燃料电池的阳极尾气进入所述燃烧器进行反应，产生的气体从所述燃烧器的气体出口排出，之后进入气液分离器进行气液分离，得到含有二氧化碳的混合气，所述混合气进入所述二氧化碳储罐储存，且所述二氧化碳储罐向所述燃烧器通入部分所述混合气。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤a)中，通过控制进入所述燃烧器内的所述混合气的量，来控制所述燃烧器的温度；

优选地，在步骤a)中，所述混合气经过所述增压泵后，进入所述二氧化碳储罐储存。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤a)中，从所述燃烧器排出的气体经过热交换装置进行换热降温后，进入气液分离器；

优选地，在步骤a)中，从所述燃烧器排出的气体依次经过所述燃料预热器、所述第一蒸汽发生器、所述第二蒸汽发生器和所述第一换热器换热降温后，进入气液分离器；

更优选地，在步骤a)中，从所述燃烧器排出的气体经过所述燃料预热器换热降温后的温度不低于600℃；和/或

从所述燃烧器排出的气体经过所述第一蒸汽发生器换热降温后的温度不高于400-450℃，产生压力为2.5-6MPa的中压蒸汽；和/或

从所述燃烧器排出的气体经过所述第二蒸汽发生器换热降温后的温度小于250℃，产生压力小于2.5MPa的低压蒸汽；和/或

从所述燃烧器排出的气体经过所述第一换热器换热降温后的温度不高于100℃。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法包括：b)燃料气进入所述燃料供给系统反应，所述燃料供给系统向所述固体氧化物燃料电池的阳极提供气体，以使所述阳极发电；

优选地，步骤b)为燃料气经所述进气管道进入所述重整反应器反应，产生的气体进入所述阳极，以使所述阳极发电；

优选地，在步骤b)中，燃料气经所述燃料预热器加热后进入所述重整反应器反应；

优选地，在步骤b)中，燃料气先经过所述脱硫器脱硫后，再进入所述重整反应器反应。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法包括：c)在所述系统的启动阶段，所述空气供给系统向所述固体氧化物燃料电池的阴极提供空气，或在所述系统的运行阶段，所述空气供给系统向所述固体氧化物燃料电池的阴极提供氧气；

优选地，在步骤c)中，从所述阴极的出气口排出的气体经所述空气压缩机压缩后，进入空气输入管道，与所述空气输入管道中的空气或氧气混合，进入所述阴极；

更优选地，在步骤c)中，进入所述阴极的气体的温度为700～750℃；

更优选地，在步骤c)中，从所述阴极的出气口排出的气体先依次经过所述第三蒸汽发生器和所述第四蒸汽发生器换热，再经过所述空气压缩机压缩，之后进入空气输入管道；

更优选地，在步骤c)中，从所述阴极的出气口排出的气体先经过所述第三蒸汽发生器换热后的温度为400-450℃，产生压力为2.5-6MPa的中压蒸汽；和/或

从所述阴极的出气口排出的气体经过所述第四蒸汽发生器换热后的温度小于250℃，产生压力小于2.5MPa的低压蒸汽。