SOFC發(fā)電系統(tǒng)中擴散焊板翅式熱交換器應(yīng)用介紹
一 、 SOFC 簡介
固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell，簡稱 SOFC) 屬于第三代燃料電池，是一種在中高溫下直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能高效、環(huán)境友好地轉(zhuǎn)化成電能的全固態(tài)化學(xué)發(fā)電裝置。被普遍認為是在未來會與質(zhì)子交換膜燃料電池 (PEMFC) 一樣得到廣泛普及應(yīng)用的一種燃料電池。
二、 SOFC 系統(tǒng)原理及熱交換器作用
一般的SOFC發(fā)電系統(tǒng)包括燃料處理單元、燃料電池發(fā)電單元以及能量回收單元。圖 1 是一個以天然氣為燃料、常壓運行的發(fā)電系統(tǒng)為例?？諝饨?jīng)過壓縮器壓縮，克服系統(tǒng)阻力后進入空氣熱交換器預(yù)熱，然后通入電池的陰極。天然氣經(jīng)過壓縮機壓縮后，克服系統(tǒng)阻力進入混合器（重整器），與蒸汽發(fā)生器（熱交換器）中產(chǎn)生的過熱蒸汽混合，混合后的燃料氣體進入燃氣熱交換器提升溫度后通入燃料電池陽極。陰陽極氣體在電池內(nèi)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，電池發(fā)出電能的同時，電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱量將未反應(yīng)完全的陰陽極氣體加熱。陽極未反應(yīng)完全的氣體和陰極剩余氧化劑通入燃燒器進行燃燒，燃燒產(chǎn)生的高溫氣體除了用來預(yù)熱燃料和空氣之外，也提供蒸汽發(fā)生器所需的熱量。經(jīng)過蒸汽發(fā)生器后的燃燒產(chǎn)物，其熱能仍有利用價值，可以通過余熱回收裝置提供熱水或用來供暖而進一步加以利用。
圖 1 天然氣為燃料、常壓運行的發(fā)電系統(tǒng)
由此熱交換器在 SOFC 發(fā)電系統(tǒng)里比重很大，熱交換器效率、體積、壽命決定 SOFC 大小及壽命。
三、熱交換器技術(shù)要求
SOFC中熱交換器主要技術(shù)難點為溫度端差大（可達400℃以上），同時熱交換器頻繁循環(huán)啟動，因此該熱交換器需要有良好耐熱沖擊性能，同時具有耐高溫（850℃以上）性能。具體技術(shù)指標見下表。
表 1 SOFC 中熱交換器常規(guī)技術(shù)指標
|
項目 |
變量 |
單位 |
空氣熱交換器 |
燃氣熱交換器 |
水蒸氣發(fā)生器 |
|---|---|---|---|---|---|
|
冷側(cè) |
介質(zhì) |
/ |
空氣 |
燃氣 |
水 |
|
|
進口溫度 |
℃ |
20~400 |
2 0~400 |
2 0 |
|
|
進口壓力 |
kPa A |
101~120 |
101~120 |
1 50 |
|
熱側(cè) |
介質(zhì) |
/ |
尾氣 |
尾氣 |
尾氣 |
|
|
進口溫度 |
℃ |
700~850 |
5 50~650 |
200~300 |
|
|
進口壓力 |
kPa A |
101~120 |
1 01~120 |
1 01~120 |
四、擴散焊板翅式熱交換器特點
擴散焊板翅式熱交換器采用真空擴散焊工藝，該工藝不需添加任何焊料、材料與材料間的固態(tài)結(jié)合、擴散焊焊接接頭等同于母材物理性能等特點。有效解決了高溫、熱沖擊、壽命等問題。
擴散焊板翅式熱交換器采用翅片結(jié)構(gòu)有效提高換熱效率，解決了熱交換器體積過大等問題。
擴散焊板翅式熱交換器可制作多股流熱交換器，將SOFC發(fā)電系統(tǒng)中的多臺熱交換器集成到一臺熱交換器，在SOFC發(fā)電系統(tǒng)有效運行的同時減少零部件數(shù)量。
擴散焊板翅式熱交換器可選擇不銹鋼系列、高溫合金系列等材料。
五、擴散焊板翅式熱交換器結(jié)構(gòu)
擴散焊板翅式熱交換器結(jié)構(gòu)見下圖：
圖 2 擴散焊板翅式熱交換器結(jié)構(gòu)示圖
圖 3 多股流擴散焊板翅式熱交換器結(jié)構(gòu)示圖
擴散焊板翅式熱交換器實物見下圖：
圖 4 燃氣擴散焊板翅式熱交換器
圖 5 空氣擴散焊板翅式熱交換器
圖 6 多股流（空氣、燃氣、水蒸氣）擴散焊板翅式熱交換器
