基于三元催化剂的固体氧化物燃料电池尾气催化燃烧数值模拟

龚思琦; 云再鹏; 许明; 敖乐; 李初福; 黄凯; 孙晨

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.22168

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基于三元催化剂的固体氧化物燃料电池尾气催化燃烧数值模拟

储能 | 更新时间：2025-06-15

- 基于三元催化剂的固体氧化物燃料电池尾气催化燃烧数值模拟
- Numerical Simulation of Solid Oxide Fuel Cell Tail Gas Catalytic Combustion Based on Three-Way Catalyst
- 发电技术 2024年45卷第2期页码：331-340
- 作者机构：
  
  1.北京低碳清洁能源研究院，北京市昌平区　102209
  2.国家能源集团国华巴彦淖尔 (乌拉特中旗)风电有限公司，内蒙古自治区巴彦淖尔市　015000
- 作者简介：
  
  [ "龚思琦(1995)，女，硕士，工程师，研究方向为IGFC/SOFC系统，siqi.gong@chnenergy.com.cn；" ]
  [ "许明(1979)，男，博士，高级工程师，研究方向为反应器开发和燃料电池，本文通信作者，ming.xu.n@chnenergy.com.cn。" ]
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划项目(2017YFB0601900)
- DOI：10.12096/j.2096-4528.pgt.22168
  中图分类号： TK 16
- 收稿日期：2023-01-06，
  
  纸质出版日期：2024-04-30
- 稿件说明：
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龚思琦,云再鹏,许明等.基于三元催化剂的固体氧化物燃料电池尾气催化燃烧数值模拟[J].发电技术,2024,45(02):331-340.

GONG Siqi,YUN Zaipeng,XU Ming,et al.Numerical Simulation of Solid Oxide Fuel Cell Tail Gas Catalytic Combustion Based on Three-Way Catalyst[J].Power Generation Technology,2024,45(02):331-340.
龚思琦,云再鹏,许明等.基于三元催化剂的固体氧化物燃料电池尾气催化燃烧数值模拟[J].发电技术,2024,45(02):331-340. DOI： 10.12096/j.2096-4528.pgt.22168.

GONG Siqi,YUN Zaipeng,XU Ming,et al.Numerical Simulation of Solid Oxide Fuel Cell Tail Gas Catalytic Combustion Based on Three-Way Catalyst[J].Power Generation Technology,2024,45(02):331-340. DOI： 10.12096/j.2096-4528.pgt.22168.

摘要

固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell，SOFC)作为一种清洁高效的先进发电设备，具有空气、燃料气分离的结构优势，易于将燃料侧尾气中的CO

富集。为提高SOFC阳极尾气中CO

浓度，针对商业化的三元催化剂，综合考虑SOFC阳极尾气催化燃烧中传质、传热、化学反应过程，建立多物理场耦合稳态模型。基于该模型，模拟SOFC系统阳极尾气的催化燃烧特性，研究不同入口温度、反应空速和催化剂尺寸对燃烧温度、壁面温度、H

转化率、CO转化率、出口CO

浓度等参数的影响，得到各参数的变化趋势。借鉴已有实验，通过优化空速，可以将出口CO

浓度从94.72%提高至95.33%；通过优化催化剂尺寸，可以将出口CO

体积分数从94.72%提高至95.64%。通过分析尾气催化燃烧中不同工况下的出口CO

浓度变化特性，为商业三元催化剂用于SOFC系统阳极尾气催化转化和尾气CO

富集提供指导。

Abstract

As a clean and efficient advanced power generation equipment

the solid oxide fuel cell (SOFC) has the structural advantages o

f separation of air and fuel gas

which makes it easy to enrich the CO

in the tail gas of the fuel side. In order to improve the CO

concentration in SOFC anode tail gas

a steady-state multi-physical coupled model was established for the commercial three-way catalysts

considering the mass transfer

heat transfer

and chemical reaction processes in the catalytic combustion of SOFC anode tail gas. Based on this model

the catalytic combustion characteristics of SOFC anode tail gas were simulated. The effects of different inlet temperature

reaction space velocities and catalyst sizes on combustion temperature

wall temperature

conversion

CO conversion and outlet CO

concentration were studied

and the change trend of each parameter was obtained. Based on the existing experiments

the outlet CO

volume fraction could be increased from 94.72% to 95.33% by optimizing the space velocity

and the outlet CO

concentration could be increased from 94.72% to 95.64% by optimizing the catalyst size. By analyzing the variation characteristics of outlet CO

concentration under different working conditions in the catalytic combustion of tail gas

the guidance for the commercial three-way catalyst to be used in the catalytic conversion of anode tail gas and CO

enrichment in the tail gas of SOFC system was provided.

关键词

Keywords

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