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。

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

煤电在我国电力结构中占主体地位，也是碳排放大户。在双碳目标下，煤电行业面临着碳减排的巨大压力。煤气化燃料电池（IGFC）将煤气化和燃料电池相结合，实现了从传统煤基热力循环发电向先进复合电化学发电的技术跨越，可以大幅提高煤电效率，同时高效富集CO2，降低CO2捕集成本，是一项煤炭发电的根本性变革技术。2017年，国家能源集团牵头承担了国家重点研发计划项目“CO2近零排放的煤气化发电技术”，开始推动国内IGFC技术开发与示范。项目团队在彭苏萍院士的带领下，历经五年的攻关，取得了一系列阶段性成果。
基于这些宝贵的研究成果，北京低碳清洁能源研究院精心组织编写了CO2近零排放的煤气化燃料电池发电技术丛书。这套丛书包括《整体煤气化燃料电池发电系统设计》《新型煤气化净化技术及应用》《固体氧化物电解池：制备、表征及应用》和《煤气化燃料电池发电系统集成》四册。丛书全面且系统地总结了IGFC系统设计与模拟、新型煤气化净化技术、固体氧化物电解池技术和IGFC系统集成示范等多个关键领域的研究进展和成果，为广大读者提供了全面深入了解IGFC技术发展的有效途径，更为后续相关研究的开展提供了有力的参考依据，对推动国内IGFC技术的发展和应用具有重要意义。
本书着重聚焦于IGFC系统集成技术。书中详细介绍了IGFC系统集成技术在国内外的最新进展，深入系统地梳理和总结了IGFC系统关键材料筛选、零部件开发、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内容及成果，旨在为读者打开一扇深入了解IGFC集成技术的大门，为后续研究的顺利开展提供坚实的基础。
在本书编写过程中，参考了相关的专著和资料，谨在此向其作者表示感谢；也感谢参与本书资料收集与整理的项目组人员：许明，姚金松，李文霄，郝国政，于双恩，薛云鹏，张颖，刘书贤，王翰林，杨征，龚思琦，李萍萍，张朝环，巩玉栋等，他们搜集整理的详实资料丰富了本书的内容；同时还要感谢为本书研究工作开展及在出版过程中给与热情支持和大力帮助的相关单位和同志。
本书在编写过程中，遵循IGFC系统集成中从材料、部件、装备到系统的逻辑思路，精心组织内容，力求条理清晰、层次分明，便于读者理解和掌握复杂的专业知识。然而，需要坦诚指出的是，IGFC系统集成技术涉及多个学科领域，专业知识跨度大，尽管编写团队全力以赴，但书中难免存在不足之处。在此，我们真诚地希望广大读者能够不吝批评指正，共同推动IGFC技术的发展和应用。

著者
2025年6月