一种尾气燃烧器、尾气处理系统及处理方法与流程

本发明涉及尾气处理，更具体的说是涉及一种尾气燃烧器、尾气处理系统及处理方法。

背景技术：

1、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，是几种燃料电池中，应用最广泛，且理论能量密度最高的一种。

2、目前，sofc主要是以氢气作为燃料，考虑到在sofc电堆内部不可能100％将输入的阳极气体反应完全，因此用于将电堆反应后的尾气进行进一步燃烧的尾气燃烧器是必要的。

3、当前，现有技术涉及到的sofc尾气燃烧主要有三种形式：催化燃烧、预混燃烧、扩散燃烧。催化燃烧的燃烧器虽可以较好的提升燃烧效率，但因需要昂贵的催化剂而使制造成本大幅增加，并且这种燃烧方式会带来较大压损从而反过来影响整体效率；预混燃烧的燃烧器虽可使尾气与空气较充分、均匀混合，但其允许的过量空气系数及温度范围一般较小，且目前采用预混燃烧方案的尾气燃烧器为了改进上述缺陷，结构设计愈加复杂，对可靠性与寿命带来了不利影响；扩散燃烧的燃烧器组成通常较简单，不存在催化剂或多孔介质等成本较高的材料，但因对燃烧可靠性及安全性的保证几乎全部依靠设计，故结构设计难度很大，通常会因为设计不良存在回火和脱火等不稳定燃烧状况，且燃烧腔室会因燃烧分布不均存在明显的温度梯度，导致存在较大的热应力。

4、因此，随着相关产业的不断发展，如何提供一种新的尾气燃烧器、尾气处理系统及处理方法，以满足sofc系统日渐提高的要求是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，为了克服现有技术中尾气燃烧器存在的缺陷，本发明提供了一种结构简单的新型尾气燃烧器，以及包含尾气燃烧器的尾气处理系统以及处理方法，旨在提高安全性与可靠性，降低制造成本，提升燃烧均匀性以及能够适应更宽的过量空气系数。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一方面，本申请公开了一种尾气燃烧器，包括组成密封内腔的上极板和下极板，所述密封内腔的一端有阴极尾气入口，

4、所述上极板的两侧，沿所述阴极尾气的流向，线性排列冷却气体排气孔，

5、所述上极板的中部设有多个阴极尾气排气孔，所述阴极排气孔的开孔尺寸随所述阴极尾气的流向递减；所述上极板的中部还有贯穿于所述上极板与所述下极板的阳极尾气排气孔，

6、所述上极板上方安装燃烧腔，形成燃烧室，用于为所述阴极尾气和所述阳极尾气提供燃烧空间，所述燃烧室上方有高温废气出口，所述燃烧室里面有点火装置；

7、所述下极板上有旁路空气进气孔。

8、优选的，所述阴极尾气排气孔所在的平面高于所述阳极尾气排气孔所在的平面。

9、优选的，所述下极板下方有凸起结构一和凸起结构二，所述凸起结构一覆盖所述旁路空气进气孔形成密闭空间一，所述密闭空间一具有旁路空气入口；

10、所述凸起结构二覆盖所述阳极尾气排气孔形成密闭空间二，所述密闭空间二具有阳极尾气入口。

11、优选的，所述凸起结构一和所述凸起结构二组成一体式底扣板结构；

12、优选的，所述上极板向下形成凹槽，所述凹槽使所述上极板在两侧形成两个通道，所述通道的方向与所述阴极尾气流向平行，且所述通道上有所述冷却气体排气孔，在与所述通道垂直的方向上平行布设有连通所述通道的阴极尾气扩散通道，所述阴极尾气扩散通道上布设所述阴极尾气排气孔；所述凹槽内还有贯穿于所述上极板和所述下极板的阳极尾气排气孔；

13、优选的，平行布设的所述阴极尾气扩散通道的横截面尺寸沿所述通道内阴极尾气的流向递减；

14、所述阴极尾气排气孔的开孔尺寸沿所述阴极尾气扩散通道内阴极尾气的流向对称递减；

15、优选的，所述燃烧腔外侧有隔板，所述隔板与所述燃烧腔形成包含所述冷却气体排气孔的狭窄通道。

16、另一方面，本申请还公开了一种尾气处理系统，包括sofc电堆、换热器以及如上所述的一种尾气燃烧器，

17、所述sofc电堆，用于将产生的阴极尾气和阳极尾气分别通过所述阴极尾气入口和所述阳极尾气排气孔输入至所述尾气燃烧器，

18、所述尾气燃烧器，用于使所述阴极尾气和所述阳极尾气燃烧，产生高温废气，并将所述高温废气输送至所述换热器，

19、所述换热器，通过所述高温废气对外部空气加热，并将加热的所述外部空气输送至所述sofc电堆，用于为所述sofc电堆提供反应温度。

20、优选的，所述系统还包括分气装置，所述分气装置用于通过所述旁路空气进气孔为所述尾气燃烧器提供旁路空气，以及为所述换热器提供所述外部空气。

21、再一方面，本发明还公开了一种尾气处理方法，主要基于如上所述的尾气处理系统，所述方法包括：

22、所述sofc电堆产生的阴极尾气和阳极尾气分别输入至所述尾气燃烧器进行燃烧，产生高温废气，

23、所述换热器根据所述高温废气对外部空气进行加热，得到加热后的外部空气；将所述加热后的外部空气传输至所述sofc电堆，用于为所述sofc电堆提供适宜的反应温度；

24、所述sofc电堆在所述适宜的反应温度下进行反应。

25、经由上述的技术方案可知，本发明公开提供了一种尾气燃烧器，与现有技术相比，本申请的有益效果在于，通过将阴极尾气和阳极尾气经过本申请提供的尾气燃烧器进行混合燃烧，能够明显改善阴极尾气和阳极尾气的混合效果，提升燃烧效率，同时，本申请中尾气燃烧器结构简单，仅通过3个零件便可实现尾气燃烧器的基本功能，且通过旁路空气的摄入，使燃烧器能够适应更宽的过量空气系数，从而满足宽域燃烧的要求，此外，通过本发明设置的阴极尾气排气孔以及阳极尾气排气孔，能够提升燃烧的均匀性，减少燃烧腔的不均匀热应力。

26、本申请的另一有益效果还在于，充分挖掘有限资源，创新性地提出用燃烧前温度较低的阴极尾气与外部空气的混合气体为高温的燃烧室进行降温，对燃烧器使用寿命与可靠性的增加起到有益效果。

27、本申请的又一有益效果还在于，充分考虑低成本设计思想，不仅无需使用催化剂等，还可使尾气燃烧器的结构组成简化，从而为进一步的大批量生产提供了有益的基础。

技术特征：

1.一种尾气燃烧器，其特征在于，包括组成密封内腔的上极板和下极板，所述密封内腔的一端有阴极尾气入口，

2.根据权利要求1所述的一种尾气燃烧器，其特征在于，所述阴极尾气排气孔所在的平面高于所述阳极尾气排气孔所在的平面。

3.根据权利要求1所述的一种尾气燃烧器，其特征在于，所述下极板下方有凸起结构一和凸起结构二，所述凸起结构一覆盖所述旁路空气进气孔形成密闭空间一，所述密闭空间一具有旁路空气入口；

4.根据权利要求3所述的一种尾气燃烧器，其特征在于，所述凸起结构一和所述凸起结构二组成一体式底扣板结构。

5.根据权利要求1所述的一种尾气燃烧器，其特征在于，所述上极板向下形成凹槽，所述凹槽使所述上极板在两侧形成两个通道，所述通道的方向与所述阴极尾气流向平行，且所述通道上有所述冷却气体排气孔，在与所述通道垂直的方向上平行布设有连通所述通道的阴极尾气扩散通道，所述阴极尾气扩散通道上布设所述阴极尾气排气孔；所述凹槽内还有贯穿于所述上极板和所述下极板的阳极尾气排气孔。

6.根据权利要求5所述的一种尾气燃烧器，其特征在于，平行布设的所述阴极尾气扩散通道的横截面尺寸沿所述通道内阴极尾气的流向递减；

7.根据权利要求1所述的一种尾气燃烧器，其特征在于，所述燃烧腔外侧有隔板，所述隔板与所述燃烧腔形成包含所述冷却气体排气孔的狭窄通道。

8.一种尾气处理系统，其特征在于，包括sofc电堆、换热器以及权利要求1-7任一所述的一种尾气燃烧器，

9.根据权利要求8所述的一种尾气处理系统，其特征在于，所述系统还包括分气装置，所述分气装置用于通过所述旁路空气进气孔为所述尾气燃烧器提供旁路空气，以及为所述换热器提供所述外部空气。

10.一种尾气处理方法，其特征在于，基于权利要求8所述的一种尾气处理系统，所述方法包括：

技术总结
本发明公开了一种尾气燃烧器、尾气处理系统及处理方法，其中，尾气处理器包括组成密封内腔的上极板和下极板，内腔一端留有阴极尾气入口，上极板的两侧，沿阴极尾气的流向，线性排列冷却气体排气孔，上极板的中部设有多个阴极尾气排气孔，阴极排气孔的开孔尺寸随阴极尾气的流向递减；上极板的中部还有贯穿于上极板与下极板的阳极尾气排气孔，上极板上方安装燃烧腔，形成燃烧室，用于为阴极尾气和阳极尾气提供燃烧空间，燃烧室上方有高温废气出口，燃烧室里面有点火装置；下极板上有旁路空气进气孔。本发明中的结构设计能够提高尾气燃烧器的安全性、可靠性，降低其制造成本，提升燃烧均匀性以及能够适应更宽的过量空气系数。

技术研发人员：雷宪章,张安安,张永清,廖长江,许子卿,和永,周元兴,刘雨禾,李小琪,许任伟,伍彩虹
受保护的技术使用者：成都岷山绿氢能源有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12