Thermische Nutzung von SOFC-Abgasen: Praktische Erfahrung mit nicht-katalytischen Systemen

摘要

In den letzten Jahren wurde die Entwicklung von Festoxidbrennstoffzellen (Solid Oxide Fuel Cell, SOFC) stark vorangetrieben. Die Brenngasnutzung ist allerdings aufgrund von chemischen und technischen Grunden nach wie vor begrenzt. Daher wird eine Losung zur thermischen Nutzung der SOFC-Abgase benotigt, um den Gesamtwirkungsgrad zu erhohen, und Emissionen toxischer oder brennbarer Gase zu begrenzen. Die Art der Losung hangt von den Randbedingungen des Systems, wie. z.B. Emissionsgrenzwerten, Zyklierbarkeit, Lebensdauer, Bauraum und Kosten ab. Die Untersuchungen zur thermischen Nutzung von SOFC-Abgasen eines kleinen Systems, fur Haushaltsanwendung oder als mobiler Stromgenerator wurden am Oel-Waerme-Institut durchgefuhrt. Fur diesen Anwendungsfall sind Kosten und Lebensdauer das Hauptkriterium fur den Erfolg des Produkts, weshalb ein moglichst einfaches Design und so wenig Komponenten wie moglich eingesetzt werden sollten. Weiterhin sollte das System zur Abgasnachbehandlung dazu in der Lage sein, den Systemstart zu realisieren, indem es die notige Warme zur Aufheizung der Brennstoffzelle zur Verfugung stellt. Daraus folgt ein weites Betriebsfenster fur die Abgasnachbehandlung, mit kalten Gasen und hohem Heizwert im Startfall, und heissen Gasen von 950K bis 1150K mit niedrigen Heizwerten im Betriebsfall. Fur die Verbrennung der SOFC-Abgase wurden verschiedene Moglichkeiten untersucht und getestet. Als Konsequenz dazu wurde ein Diffusionsflammendesign als bester Kompromiss gewahlt. Dieses Design gewahrleistet eine stabile Verbrennung des Anodenabgases mit einem Heizwert zwischen 0,9 MJ/m~3 und 4,7 MJ/m~3 und einer thermischen Beladung zwischen 0,5 MW/m~3 und 20 MW/m~3.