采用内部重整使甲烷反应生成所需的氢气，空气由压气机压缩、经换热器加热后进入SOFC阴极。甲烷气体由压缩机压缩后与余热锅炉产生的水蒸气混合，经换热器加热后进入SOFC阳极。在阳极室甲烷与水蒸气发生重整与置换反应，产生氢气。空气中的氧在空气极/电解质界面被还原，氧离子通过电解质向阳极移动。在燃料极，氧离子与氢气发生电化学反应，生成水，放出电子。电子通过外电路返回空气极，形成回路，电流通过DC/AC换流器转换为交流电。阳极与阴极的产物进入后燃室，其中可燃成分完成燃烧，燃气进入透平做功，排气分为两部分，一部分进入换热器1（HR1），预热空气后再进入余热锅炉生产水蒸气。

　　另一部分进入换热器2（HR2）预热燃料混合物。改进后系统：改进后的混合发电系统如所示。采用陶瓷质子膜对第一级电池堆阳极反应产物进行分离，分离出来的氢气先由燃料及水蒸气混合物冷却，然后进入压气机3升压，压缩后的氢气进入改进换热器4（HR4）被透平出口准备预热燃料混合物的烟气加热，最后被引入第二级电池堆的阳极；同时，第一级电池堆的阴极产物被引入在第二级电池堆中阴极。在第二级电池堆中氢气继续发生电化学反应。第二级电池堆的反应产物与分离膜分离氢气后的其它气体均进入后燃烧室混合燃烧，后燃室出口燃气进入透平膨胀做功。

　　改进前混合发电系统示意图改进后混合发电系统示意。陶瓷质子膜氢在陶瓷质子膜中分离原理示意图改进系统中氢气分离采用了陶瓷质子膜技术，陶瓷质子膜分离混合气体中的氢气的原理如所示。该分离技术有以下优点<10～13>：陶瓷膜材料不贵，系统简单经济；陶瓷耐高温，可以在高温下运行；陶瓷质子膜为非多孔致密膜，只有氢气能穿过，氢气纯度高，纯度可达99.99%；氢质子与电子跨越膜的驱动力主要是分压梯度与浓度差，分离氢气的能耗低。

　　数学模型与参数混合发电系统数学模型SOFC物质平衡在SOFC阳极发生重整与置换反应。重整反应：CH4+H2O∴CO+3H2（1）置换反应：CO+H2O∴CO2+H2（2）假设反应处于平衡状态，平衡常数有：Kpr=PcoP3H2PH2OPCH4P20（3）Kps=PCO2PH2PCOPH2O（4）式中：Kpr―重整反应平衡常数；Kps―为置换反应平衡常数；P0―标准压力。

　　平衡常数计算式为：logKp=AT4+BT3+CT2+DT+E（5）式中，T―SOFC的工作温度；A、B、C、D、E―计算平衡常数需要用到的系数<14>.根据反应平衡常数及燃料利用率Uf的定义列方程组即可解得反应物的成分。

　　整个混合系统效率随利用率提高而提高的特性规律的主要原因是：当燃料利用率提高时，有更多的氢气发生了电化学反应；相反，燃料利用率降低时，则有更多的氢气参与低温燃烧反应。研究表明：电化学反应能量转化效率要比热力循环效率（微燃气轮机透平初温较低）更高。但是燃料利用率是由燃料流速，阳极结构和温度等诸多因素决定，受当前技术水平的限制，不可能达到很高。