煤气化燃料电池发电系统集成

本书以我国“双碳”目标为背景，针对煤电行业高碳排放痛点，系统阐述了整体煤气化燃料电池（integrated gasification fuel cell，IGFC）技术作为革命性解决方案的理论基础、关键技术突破及产业化路径。全书围绕IGFC系统集成展开，覆盖从材料选择到示范工程的全链条技术。详细介绍了IGFC系统集成技术在国内外的最新进展,系统总结了编者在IGFC系统关键材料筛选、零部件开发、SOFC（固体氧化物燃料电池）发电模块集成放大、工艺系统及辅助设备、试验运行及控制策略、系统模拟及分析等多方面的研究进展及成果。书中首次公开了自主开发的国内首台/套100kW级IGFC示范系统、单机50kW级SOFC发电系统等核心成果，展示了我国在打破国外技术封锁、实现IGFC自主化方面的重大进展。
本书可供从事燃料电池开发工作的科研、企业人员参考，也可供相关专业在校师生作为补充教材。

李初福，北京低碳清洁能源研究院氢能（氨能）技术研究中心副主任，高ji工程师。主要从事氢能与燃料电池相关研究，先后主持和参与了多项SOFC相关项目，包括国家重点研发计划项目“CO2近零排放的煤气化发电技术”、北京市科委项目“碳基固体氧化物燃料电池高效电池堆设计及陶瓷-金属异相封接技术开发”、负责建成了国内首个兆瓦级IGFC技术试验基地，研制了国内首套百千瓦级CO2近零排放的IGFC试验示范系统。

第1章绪论1
1.1燃料电池技术3
1.1.1质子交换膜燃料电池（PEMFC）3
1.1.2碱性燃料电池（AFC）7
1.1.3磷酸燃料电池（PAFC）8
1.1.4熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）10
1.1.5固体氧化物燃料电池（SOFC）11
1.2IGFC发电系统17
1.3IGFC系统集成技术发展现状18
1.3.1SOFC发电技术发展现状19
1.3.2IGFC系统集成研究进展23
1.3.3IGFC技术面临的挑战26

第2章IGFC系统工艺及关键装备28
2.1积碳规律28
2.2关键材料32
2.2.1高温金属材料筛选32
2.2.2高温密封材料筛选32
2.3关键部件43
2.3.1高温布气板43
2.3.2不锈钢陶瓷接头47
2.4高温换热器50
2.5尾气燃烧器52
2.5.1尾气纯氧燃烧器52
2.5.2尾气催化燃烧器59
2.6逆变并网技术71
2.7关键单元控制策略77
2.7.1高温燃料电池发电单元热平衡模型79
2.7.2纯氧燃烧单元尾气CO2浓度预测模型81

第3章IGFC发电模块集成技术85
3.1SOFC电堆评估85
3.1.1电堆泄漏率评估85
3.1.2电堆压降监测86
3.2SOFC单堆发电性能90
3.2.1空气封闭式S型电堆90
3.2.2空气开放式S型电堆93
3.2.3空气开放式K型电堆95
3.3SOFC单塔集成技术102
3.3.1空气封闭式堆塔集成102
3.3.2空气开放式堆塔集成106
3.4SOFC多塔发电模块集成112
3.4.1空气封闭式电堆塔集成112
3.4.2空气开放式电堆塔集成116

第4章IGFC测试平台开发及系统集成示范122
4.1IGFC测试平台开发122
4.1.11kW级IGFC测试平台122
4.1.25kW级IGFC测试平台125
4.1.320kW级IGFC测试平台128
4.2IGFC试验基地建设132
4.3100kW级IGFC系统集成示范132
4.3.1100kW级IGFC试验示范系统设计132
4.3.2100kW级IGFC试验示范系统运行133
4.4单机30kW级SOFC热电联供系统143
4.4.1系统设计144
4.4.2关键设备148
4.4.3系统组装151
4.4.4调试运行153
4.5单机50kW级SOFC发电系统161
4.5.1系统设计161
4.5.2关键设备163
4.5.3系统组装167
4.5.4调试运行168

第5章IGFC系统模拟分析174
5.1IGFC系统流程174
5.2煤气化净化单元模拟175
5.3燃料电池发电单元模拟178
5.4IGFC系统模拟结果及分析186

第6章总结与展望191
6.1总结191
6.2展望193

参考文献195