[发明专利]燃料电池系统及启动控制方法

说明书

本申请提供了一种燃料电池系统及启动控制方法。该燃料电池系统包括热区、启动燃烧器和阴极换热器，还包括电加热器；电加热器与阴极换热器并联在第一空气管道和阴极入口管道之间，第一空气管道用于向热区提供换热空气。从而在启动燃烧器发生故障时，燃料电池系统能够采用电加热器及时启动高温燃料电池系统，避免检修启动燃烧器所造成的延误。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池系统及启动控制方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称“SOFC”)和熔融碳酸盐燃料电池(Molten Carbonate Fuel Cell，简称“MCFC”)等高温燃料电池的工作温度可高达600至1000℃左右。高温有利于提高电化学反应速率，从而提高高温燃料电池的电转化效率。作为目前公认发电效率最高的燃料电池，SOFC的理论电效率可达到60％以上，其热电联供系统的理论热电效率可高达85％以上。此外，高温燃料电池还具有噪音小、绿色环保、可不间断供电等优势，因此其未来可被应用在商业社区、数据中心、固定电站等场景。

燃料电池单堆可以通过多种堆叠方式形成电堆塔结构，燃料电池系统的热区内分布有至少一个电堆塔，在高温燃料电池进入正常运行阶段前，需要对热区进行预热，使得电堆塔及燃料电池单堆的温度逐渐升高，从而保证燃料电池催化剂可以表现最佳催化活性，提高燃料电池发电效率。电堆塔的升温过程就是燃料电池系统的启动过程。稳定可靠的启动过程是燃料电池系统正常运行的必要条件。对于大型高温燃料电池系统，由于系统热惰性大，启动过程较为缓慢，持续时间可达40-50h左右。

现有的大型高温燃料电池系统所采用的燃料电池启动系统可包括启动燃烧器和阴极换热器，启动燃烧器通过燃烧燃气和空气的混合气体产生高温烟气，阴极换热器采用高温烟气对通过阴极入口进入热区的空气进行加热并将换热后的高温烟气作为尾气排出。加热后的空气流经热区对电堆塔进行预热并从热区的阴极出口流出进入燃烧器再次助燃。

然而，当启动燃烧器出现故障时，现有的燃料电池启动系统将无法启动高温燃料电池系统，为了启动高温燃料电池系统就不得不拆卸维修启动燃烧器，费时耗力，不利于高温燃料电池系统的顺利启动。

发明内容

针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种燃料电池系统及启动控制方法，在启动燃烧器发生故障时，燃料电池系统能够自动切换电加热器及时启动高温燃料电池系统，避免检修启动燃烧器所造成的延误。

第一方面，本发明提供了一种燃料电池系统，该燃料电池系统包括启动燃烧器、阴极换热器、阴极入口管道和第一空气管道，该燃料电池系统还包括电加热器，其与所述阴极换热器并联在所述第一空气管道和所述阴极入口管道之间。利用该燃料电池系统，在启动燃烧器发生故障时，燃料电池系统能够采用电加热器及时启动高温燃料电池系统，避免检修启动燃烧器所造成的延误。

在第一方面的一个实施方式中，所述第一空气管道上安装有第一空气阀门；所述阴极换热器通过阴极换热器进气管道与所述第一空气管道连通；所述电加热器通过电加热器进气管道与所述第一空气管道连通。通过该实施方式，有利于在启动燃烧器故障时，实现阴极换热器的换热加热与电加热器的电加热间的快速切换。

在第一方面的一个实施方式中，燃料电池系统还包括：燃烧器燃气进气管道，其与所述启动燃烧器连接以用于为所述启动燃烧器提供燃气；燃烧器空气进气管道，其与所述启动燃烧器连接以用于为所述启动燃烧器提供空气；烟气管道，其连接所述启动燃烧器和所述阴极换热器以用于将加热后的烟气输送给所述阴极换热器；尾气管道，其与所述阴极换热器连通以用于排气。通过该实施方式，在启动燃烧器正常工作时，有利于保证燃料电池系统的顺利启动。

在第一方面的一个实施方式中，燃料电池系统还包括第二空气管道，其连接在所述燃烧器空气进气管道与所述烟气管道之间以用于为所述烟气降温。通过该实施方式，能够使进入阴极换热器的烟气温度保持在预设阈值以下，有利于保护设备，也有利于热区的平稳升温。