[发明专利]利用熔盐蓄热快速启动固体燃料电池的系统及方法

说明书

本发明涉及固体燃料电池领域，提出利用熔盐蓄热快速启动固体燃料电池的系统及方法，系统包括熔盐储能系统、燃料电池组及燃气轮机系统；熔盐储能系统与燃料电池组连通，燃料电池组与燃气轮机系统连通；燃料电池组包括空气极与燃料极，空气极通入空气，燃料极通入燃料；燃料电池组连接有逆变器，逆变器连接电网，燃料电池组通过逆变器将直流电变为交流电供给所述电网；还包括能够缩减燃料电池组启动时间及带动所述燃气轮机系统工作的尾料回收利用装置，尾料回收利用装置同时与燃料电池组、燃气轮机系统及熔盐储能系统连通；熔盐储能系统同时对燃料电池组进行保温；本发明缩减了固体燃料电池(SOFC)的启动时间；充分利用燃料气体的余热，提高了固体燃料电池的效率。

技术领域

本发明涉及固体燃料电池领域，提出利用熔盐蓄热快速启动固体燃料电池的系统及方法。

背景技术

固定燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell：SOFC)，其反应温度在650℃～950℃，能量转换是通过电极上的电化学过程来进行的，其工作原理见附图1；

SOFC由阴极、阳极和电解质组成，致密的电解质将多孔的阴极和阳极分隔开，形成三明治结构；在阳极一侧通入燃料气体(H₂、CO)，阴极一侧通入氧化剂(如02、空气)，若外电路连通，则会有电流流过负载；在阴极，氧分子得电子还原为氧离子，氧离子在电解质两侧电位差和浓度差的共同作用下，通过电解质中的氧空位传递到阳极一侧；在阳极，氢分子失去电子被氧化为氢离子，电子通过外电路向阴极转移，氢离子与晶格氧结合生成水；

在固体燃料电池本身的运行中存在一些问题制约其产业化的发展，SOFC的操作温度范围在600℃至1000℃之间，故导致SOFC启动时间过长；目前SOFC一般采用电加热的方式预热，启动时间为6小时以上，严重制约了固体燃料电池的发展；同时，国内外对固体燃料电池能量回收多聚焦于提高效率的问题上，如利用联合循环发电系统对固体燃料电池进行能量回收，但都未考虑固体燃料电池启动时间问题。

发明内容

本发明提出利用熔盐蓄热快速启动固体燃料电池的系统及方法，通过使用熔盐储能系统，充分利用燃料电池组自身产生的热量、带有热量的尾气，以及利用过量氧气与燃料气体余料在后燃室中燃烧产生的带有热量的尾气对固态熔盐预热箱及固态熔盐保温箱内的固态熔盐进行热量置换，对空气和燃料气体进行预热、对燃料电池组进行保温，从而有效缩减了固体燃料电池(SOFC)的启动时间；同时充分利用了燃料气体的余热，提高了固体燃料电池组的效率。

为了实现上述目的，本发明提出了利用熔盐蓄热快速启动固体燃料电池的系统及方法，其中利用熔盐蓄热快速启动固体燃料电池的系统包括：熔盐储能系统、燃料电池组及燃气轮机系统；

所述熔盐储能系统与所述燃料电池组连通，所述燃料电池组与所述燃气轮机系统连通；

所述燃料电池组包括空气极与燃料极，所述空气极通入空气，所述燃料极通入燃料；

所述燃料电池组连接有逆变器，所述逆变器连接电网，所述燃料电池组通过所述逆变器将直流电变为交流电供给所述电网；

还包括能够缩减燃料电池组启动时间及带动所述燃气轮机系统工作的尾料回收利用装置，所述尾料回收利用装置同时与所述燃料电池组、燃气轮机系统及熔盐储能系统连通；

所述熔盐储能系统同时对所述燃料电池组进行保温。

进一步，所述尾料回收利用装置包括后燃室；

所述空气极排放有过量氧气，所述燃料电池组内有未反应的燃料气体余料，所述过量氧气与所述燃料气体余料同时通入所述后燃室；

所述过量氧气与所述燃料气体余料在所述后燃室内充分燃烧并产生高温高压尾气；