SOFC發電系統中擴散焊板翅式熱交換器應用介紹

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能高效、環境友好地轉化成電能的全固態化學發電裝置。被普遍認為是在未來會與質子交換膜燃料電池 (PEMFC) 一樣得到廣泛普及應用的一種燃料電池。

二、 SOFC 系統原理及熱交換器作用

一般的SOFC發電系統包括燃料處理單元、燃料電池發電單元以及能量回收單元。圖 1 是一個以天然氣為燃料、常壓運行的發電系統為例。空氣經過壓縮器壓縮，克服系統阻力后進入空氣熱交換器預熱，然后通入電池的陰極。天然氣經過壓縮機壓縮后，克服系統阻力進入混合器（重整器），與蒸汽發生器（熱交換器）中產生的過熱蒸汽混合，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發生電化學反應，電池發出電能的同時，電化學反應產生的熱量將未反應完全的陰陽極氣體加熱。陽極未反應完全的氣體和陰極剩余氧化劑通入燃燒器進行燃燒，燃燒產生的高溫氣體除了用來預熱燃料和空氣之外，也提供蒸汽發生器所需的熱量。經過蒸汽發生器后的燃燒產物，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、常壓運行的發電系統

由此熱交換器在 SOFC 發電系統里比重很大，熱交換器效率、體積、壽命決定 SOFC 大小及壽命。

三、熱交換器技術要求

SOFC中熱交換器主要技術難點為溫度端差大（可達400℃以上），同時熱交換器頻繁循環啟動，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。具體技術指標見下表。

表 1 SOFC 中熱交換器常規技術指標

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結合、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構有效提高換熱效率，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發電系統中的多臺熱交換器集成到一臺熱交換器，在SOFC發電系統有效運行的同時減少零部件數量。

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構

擴散焊板翅式熱交換器結構見下圖：

圖 2 擴散焊板翅式熱交換器結構示圖

圖 3 多股流擴散焊板翅式熱交換器結構示圖

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