SOFC发电系统中扩散焊板翅式热交换器应用介绍
- 分享
- 发布时间
- 2021/5/20
概要
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，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。被普遍认为是在未来会与质子交换膜燃料电池(PEMFC)一样得到广泛普及应用的一种燃料电池。
一 、 SOFC 简介
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，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。被普遍认为是在未来会与质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 一样得到广泛普及应用的一种燃料电池。
二、 SOFC 系统原理及热交换器作用
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 1 是一个以天然气为燃料、常压运行的发电系统为例。空气经过压缩器压缩，克服系统阻力后进入空气热交换器预热，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（重整器），与蒸汽发生器（热交换器）中产生的过热蒸汽混合，混合后的燃料气体进入燃气热交换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。
图 1 天然气为燃料、常压运行的发电系统
由此热交换器在 SOFC 发电系统里比重很大，热交换器效率、体积、寿命决定 SOFC 大小及寿命。
三、热交换器技术要求
SOFC中热交换器主要技术难点为温度端差大（可达400℃以上），同时热交换器频繁循环启动，因此该热交换器需要有良好耐热冲击性能，同时具有耐高温（850℃以上）性能。具体技术指标见下表。
表 1 SOFC 中热交换器常规技术指标
|
项目 |
变量 |
单位 |
空气热交换器 |
燃气热交换器 |
水蒸气发生器 |
|---|---|---|---|---|---|
|
冷侧 |
介质 |
/ |
空气 |
燃气 |
水 |
|
|
进口温度 |
℃ |
20~400 |
2 0~400 |
2 0 |
|
|
进口压力 |
kPa A |
101~120 |
101~120 |
1 50 |
|
热侧 |
介质 |
/ |
尾气 |
尾气 |
尾气 |
|
|
进口温度 |
℃ |
700~850 |
5 50~650 |
200~300 |
|
|
进口压力 |
kPa A |
101~120 |
1 01~120 |
1 01~120 |
四、扩散焊板翅式热交换器特点
扩散焊板翅式热交换器采用真空扩散焊工艺，该工艺不需添加任何焊料、材料与材料间的固态结合、扩散焊焊接接头等同于母材物理性能等特点。有效解决了高温、热冲击、寿命等问题。
扩散焊板翅式热交换器采用翅片结构有效提高换热效率，解决了热交换器体积过大等问题。
扩散焊板翅式热交换器可制作多股流热交换器，将SOFC发电系统中的多台热交换器集成到一台热交换器，在SOFC发电系统有效运行的同时减少零部件数量。
扩散焊板翅式热交换器可选择不锈钢系列、高温合金系列等材料。
五、扩散焊板翅式热交换器结构
扩散焊板翅式热交换器结构见下图：
图 2 扩散焊板翅式热交换器结构示图
图 3 多股流扩散焊板翅式热交换器结构示图
扩散焊板翅式热交换器实物见下图：
图 4 燃气扩散焊板翅式热交换器
图 5 空气扩散焊板翅式热交换器
图 6 多股流（空气、燃气、水蒸气）扩散焊板翅式热交换器