熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)是一种新型的发电设备,与传统的热力发电装置相比较,燃料电池发电不受卡诺循环的限制,能量转化效率远远超过传统能源转换效率,可达60%-80%[1]。由于其排气温度高,余热具有较高的利用价值,因而可以用余热锅炉回收其高温排气中热量进行发电,这样不但可以提高能源的利用效率,而且能大幅度降低污染物的排放。近年来,MCFC/GT以及MCFC/ST组成的复合发电系统受到各国研究人员的重视,使得对MCFC复合系统的变工况研究也具有重要意义。为确保系统在工况变化时整个系统不至受到较大影响甚至损坏,保证MCFC正常稳定运行,有必要对燃料电池系统进行有效的控制。负载的变化或燃料输入量的变化都会引起电池性能和系统运行工况的变化。本文基于MCFC稳态变工况模型,一方面对MCFC/ST复合系统进行了优化,探讨了电流密度同燃料利用率、CO2利用率及输出电压之间的关系。一方面对MCFC/GT以及MCFC/ST组成的复合发电系统分别进行了变工况研究,探索出合理的变工况控制策略,并分析了各控制策略对复合系统运行特性的影响。熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)独特的内部反应机理能有效实现CO2捕获,本文还探究了利用多级高燃料利用率MCFC回收CO2,设计出一种能够回收CO2的MCFC/ST复合动力系统,并与富氧燃烧脱碳进行了比较,在碳捕获率相同的条件下系统性能表现出了极大的优越性。论文最后介绍了 MCFC单体实验台的实验情况,对单体燃料电池进行了一系列的实验,探究了不同燃料浓度对电池性能的影响以及在不同的运行工况下系统各主要参数的变化规律。本文的研究成果为MCFC复合动力系统稳态变工况研究奠定了一定的理论基础。