上表所列的5中基本燃料电池可分为两大类:头三种AFC、SPFC和PAFC采用氢气做燃料,运行温度较低,属于第一代燃料电池;后两种MCFC和SOFC可用氢气、一氧化碳和碳氢化合物做燃料,可在较高的温度下运行,是第二代燃料电池。
固体氧化物燃料电池采用固体氧化物作为电解质,除了高效、环境友好的特点外,它无材料腐蚀和电解液腐蚀等问题;在高的工作温度下电池排出的高质量余热可以充分利用,使其综合效率可由50%提高到70%以上;它的燃料适用范围广,不仅能用氢气,还可直接用一氧化碳、天然气、煤气化气、碳氢化合物等作燃料,这类电池最适合于分散和集中发电。
目前世界上已安装使用的热量电池约300套,多数采用天然气为原料,其中安装在美国某公司的1号机和安装在日本大阪煤气公司的2号机,累计运行时间相继突破了4万小时。
(二)沼气燃料电池及发电装置
沼气燃料电池是将经严格净化后的沼气,在一定的条件下进行烃裂解反应,以产生出以氢气为主的缓和气体(氢气含量达77%),然后将此混合气体以电化学方式进行能量转换,实现沼气发电。德国科隆市RODENKIRCHEN污水处理厂使用的发电机组即为一例。据介绍,该机组由5部分组成,分别为沼气净化装置、加热裂解(反应)室、转化器、磷酸电化学电池装置和逆变器,其中后4部分为一体,总尺寸为5m×2.5m×3m。国内只有广州市番禹水门种猪场正在建设由日本政府提供的200千瓦的沼气燃料电池装置。该沼气燃料电池由3个单元组成:燃料处理单元、发电单元和电流转换单元。
1.燃料处理单元。该单元主要部件是沼气裂解转化器(改质器),它以镍为催化剂,将甲烷转化为氢气。
2.发电单元。把沼气燃料中的化学能直接转化为电能。
3.电流转换系统。主要任务是把直流电转换为交流电。
燃料电池产生的水蒸汽和热量可供消化池加热或采暖用,排出废气的热量也可用于加热消化池。
(三)作为燃料电池原料的沼气的预处理
为了满足燃料电池对燃料的要求,必须首先对沼气进行预处理。沼气中的有用成分是甲烷,燃料电池要求的甲烷的浓度在90%以上,其他成分如二氧化碳、硫化氢等对燃料电池有不利影响。下表是沼气用作燃料电池时各种气体含量的限制值及超过此限值时对燃料电池的影响。
燃料电池对气体的限制值
有害物质
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限制值
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对燃料电池的影响
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7.12毫克/米以下
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缩短内部催化剂的寿命
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HCI
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1.0%以下
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SO
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0.5%以下
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NO
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1.0%以下
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使内部催化剂能力地下
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F化合物
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1.0%以下
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O
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1.0%以下
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对脱硫催化剂有不利影响
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粉尘
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0.003克/米以下
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使催化剂压力损失增大
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10%以下
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减少电池发出的电力
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90%以上
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减少电池发出的电力
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