一种高温燃料电池运行系统及其应急电热管理方法与流程

本发明涉及固体氧化物燃料电池，尤其是一种高温燃料电池运行系统及其应急电热管理方法。

背景技术：

1、固体氧化物燃料电池(sofc)发电技术是一种能够直接将燃料中的化学能转化电能的绿色高效的新能源技术，具有综合效率高、无污染、无噪声等优点。

2、作为新兴的清洁能源，固体氧化物燃料电池具有能量密度高、转换效率高和环境友好等优点，因此具有非常广阔的应用前景。对于燃料电池来说，热管理辅助系统是不可或缺的关键组成部分，其主要实现系统的高温设备预热，余热回收及热失控下的应急热管理，保证整个电源系统的稳定性，延长电源系统的使用寿命，提高电源系统的能效等目的。

3、目前，大部分固体氧化物燃料电池采用的燃料气体多为碳基燃料，如甲烷(ch4)、一氧化碳(co)、氢气(h2)或天然气等，其反应尾气主要成份为高温co2和水蒸气，同时伴有部分未反应的燃料气。通常情况下，固体氧化物燃料电池的尾气处理方法为：采用尾气催化燃料器，将尾气中未反应的燃料气体直接催化燃烧为co2，除去有害气体后排入大气中。这样的处理方式虽然降低了污染物的排放量，但是同时将大量的co2排入大气，且大量的热量被浪费，无法实现环境友好发展，达到节能减排的目标。

技术实现思路

1、为了解决上述的问题，本发明提供了一种高温燃料电池运行系统及其应急电热管理方法。

2、为了实现以上目的，本发明的第一目的在于提供一种高温燃料电池运行系统，包括控制整个系统运行的控制系统以及固体氧化物燃料电池电堆、固体氧化物电解池、储气罐、储热罐、保温装置；所述固体氧化物燃料电池电堆与用电负载连接，且燃料供给系统的燃料、外部水源、外部空气通过预热后供所述固体氧化物燃料电池电堆进行反应；所述固体氧化物电解池分别与所述固体氧化物燃料电池电堆和低谷电/调峰电供电装置连接，且所述外部空气通过所述固体氧化物电解池的阳极后再供所述固体氧化物燃料电池电堆的阴极进行反应，所述固体氧化物燃料电池电堆的阳极尾气供所述固体氧化物电解池的阴极进行反应；所述储气罐和所述储热罐分别与所述固体氧化物电解池连通；所述保温装置安装在所述固体氧化物燃料电池电堆上，所述保温装置与所述外部水源连通，且所述保温装置产生的高温水蒸气分别供给所述固体氧化物电解池进行反应和所述储热罐进行储存。

3、进一步的，所述燃料供给系统依次连接第一压缩机、燃料预热器、混合器、燃料重整器、所述固体氧化物燃料电池电堆的阳极，所述混合器与所述外部水源连通。

4、进一步的，所述外部水源通过一号三通阀分别与蒸汽发生器和所述保温装置连通。

5、进一步的，所述外部空气依次连通第二压缩机、空气预热器、所述固体氧化物电解池的阳极，所述固体氧化物燃料电池电堆的阴极与所述第二压缩机连接。

6、进一步的，所述固体氧化物电解池的阴极通过四通阀分别与所述储气罐、燃烧器、与所述固体氧化物燃料电池电堆连接的燃料重整器连接，所述燃烧器依次通过与所述燃料连通的燃料预热器、与所述外部水源连通的蒸汽发生器、与所述外部空气连通的空气预热器与所述储热罐连通。

7、进一步的，所述保温装置通过二号三通阀分别与所述固体氧化物电解池的阴极和所述储热罐连通。

8、进一步的，所述保温装置包括包裹所述固体氧化物燃料电池电堆的内层结构和与所述内层结构连接的外层结构，所述内层结构和所述外层结构中空设置且所述内层结构与所述外部水源连通。

9、更进一步的，所述外层结构包括中空隔板，所述内层结构包括若干与所述中空隔板连接的三角形封闭中空管束。

10、进一步的，所述储热罐为hts熔盐储热罐。

11、本发明的第二目的在于提供一种高温燃料电池运行系统的应急电热管理方法，应用于上述所述的高温燃料电池运行系统，包括以下两个方案：

12、方案一：所述高温燃料电池运行系统在高峰电和平峰电时段运行，且所述固体氧化物燃料电池电堆的温度大于其最大反应温度时，首先切断所述用电负载的开关，之后控制一号三通阀，使得所述外部水源只流向所述保温装置，最后控制二号三通阀，使得所述保温装置只与所述储热罐连通；

13、方案二：所述高温燃料电池运行系统在低谷电时段运行，且所述固体氧化物燃料电池电堆的温度大于其最大反应温度时，首先切断所述用电负载的开关，之后控制所述一号三通阀，使得所述外部水源只流向所述保温装置，然后控制所述二号三通阀，使得所述保温装置只与所述固体氧化物电解池的阴极连通，最后控制四通阀，使得所述固体氧化物电解池的阴极只与所述储气罐连通。

14、本发明的有益效果是：固体氧化物燃料电池电堆的阳极尾气供固体氧化物电解池的阴极进行反应，使得固体氧化物燃料电池电堆产生的co2作为固体氧化物电解池的反应物被利用，减少了碳排放；而储气罐和储热罐分别与固体氧化物电解池连通，保温装置产生的高温水蒸气分别供给固体氧化物电解池进行反应和储热罐进行储存，使得系统产生的能量被储存后再次投入系统中使用，节约能源。

技术特征：

1.一种高温燃料电池运行系统，其特征在于，包括控制整个系统运行的控制系统以及固体氧化物燃料电池电堆、固体氧化物电解池、储气罐、储热罐、保温装置；所述固体氧化物燃料电池电堆与用电负载连接，且燃料供给系统的燃料、外部水源、外部空气通过预热后供所述固体氧化物燃料电池电堆进行反应；所述固体氧化物电解池分别与所述固体氧化物燃料电池电堆和低谷电/调峰电供电装置连接，且所述外部空气通过所述固体氧化物电解池的阳极后再供所述固体氧化物燃料电池电堆的阴极进行反应，所述固体氧化物燃料电池电堆的阳极尾气供所述固体氧化物电解池的阴极进行反应；所述储气罐和所述储热罐分别与所述固体氧化物电解池连通；所述保温装置安装在所述固体氧化物燃料电池电堆上，所述保温装置与所述外部水源连通，且所述保温装置产生的高温水蒸气分别供给所述固体氧化物电解池进行反应和所述储热罐进行储存。

2.根据权利要求1所述的高温燃料电池运行系统，其特征在于，所述燃料供给系统依次连接第一压缩机、燃料预热器、混合器、燃料重整器、所述固体氧化物燃料电池电堆的阳极，所述混合器与所述外部水源连通。

3.根据权利要求1所述的高温燃料电池运行系统，其特征在于，所述外部水源通过一号三通阀分别与蒸汽发生器和所述保温装置连通。

4.根据权利要求1所述的高温燃料电池运行系统，其特征在于，所述外部空气依次连通第二压缩机、空气预热器、所述固体氧化物电解池的阳极，所述固体氧化物燃料电池电堆的阴极与所述第二压缩机连接。

5.根据权利要求1所述的高温燃料电池运行系统，其特征在于，所述固体氧化物电解池的阴极通过四通阀分别与所述储气罐、燃烧器、与所述固体氧化物燃料电池电堆连接的燃料重整器连接，所述燃烧器依次通过与所述燃料连通的燃料预热器、与所述外部水源连通的蒸汽发生器、与所述外部空气连通的空气预热器与所述储热罐连通。

6.根据权利要求1所述的高温燃料电池运行系统，其特征在于，所述保温装置通过二号三通阀分别与所述固体氧化物电解池的阴极和所述储热罐连通。

7.根据权利要求1所述的高温燃料电池运行系统，其特征在于，所述保温装置包括包裹所述固体氧化物燃料电池电堆的内层结构和与所述内层结构连接的外层结构，所述内层结构和所述外层结构中空设置且所述内层结构与所述外部水源连通。

8.根据权利要求7所述的高温燃料电池运行系统，其特征在于，所述外层结构包括中空隔板，所述内层结构包括若干与所述中空隔板连接的三角形封闭中空管束。

9.根据权利要求1-8任一项所述的高温燃料电池运行系统，其特征在于，所述储热罐为hts熔盐储热罐。

10.一种高温燃料电池运行系统的应急电热管理方法，其特征在于，应用于如权利要求1所述的高温燃料电池运行系统，包括以下两个方案：

技术总结
本发明涉及一种高温燃料电池运行系统及其应急电热管理方法，属于固体氧化物燃料电池技术领域，其中固体氧化物燃料电池电堆的阳极尾气供固体氧化物电解池的阴极进行反应，使得固体氧化物燃料电池电堆产生的CO<subgt;2</subgt;作为固体氧化物电解池的反应物被利用，减少了碳排放；而储气罐和储热罐分别与固体氧化物电解池连通，保温装置产生的高温水蒸气分别供给固体氧化物电解池进行反应和储热罐进行储存，使得系统产生的能量被储存后再次投入系统中使用，节约能源。

技术研发人员：阮鹏,胡艳鑫,林梓荣,陈江颖
受保护的技术使用者：广东佛燃科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15