【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于燃料电池，尤其涉及一种一键启停控制策略的sofc热电联供系统设计方法。
技术介绍
1、由于氢能直接在内燃机中使用会受到卡诺循环的限制，导致效率比较低。而固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell）作为一种直接将氢能所含的化学能转化为电能的装置，相比于直接燃烧更可控，利用的也更充分，因此能源转化效率也更高，一般能量转化率可达80%以上，以电能和热能的形式被使用。
2、由于单独的sofc电堆运行过程中存在燃料残余和产生大量热量的问题，因此sofc的工作往往以热电联供系统的形式出现，但整个系统在启动和停运过程中均存在操作复杂，一旦出现操作失误将导致sofc电堆的性能衰退甚至直接损坏，造成巨大的经济损失，且由于sofc系统的启停时间较长，依靠操作人员难以保证操作的及时性。因此基于以上两个问题，迫切需要一种一键启停控制策略的sofc热电联供系统设计方法，以保证系统启停时，启动和停运操作的准确性和及时性等。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题就是提供一种一键启停控制策略的sofc热电联供系统设计方法，以现有发电系统为基准系统，在各个气体管道上安装电磁阀及流量控制器，通过控制台综合控制实现sofc热电联供系统的一键启停。
2、采用的技术方案为：
3、一种一键启停控制策略的sofc热电联供系统设计方法，包括sofc热电联供系统和控制台启停控制策略的设计方法；
4、所述sofc热电联供系统包括控制模块、电堆
5、所述控制模块包括控制台，控制台启停控制策略的设计方法包括一键升温和一键降温的启停控制策略，在气体管道上安装电磁阀及压力传感器，在控制台编入一键升温和一键降温启停控制策略，通过控制台综合控制实现sofc热电联供系统的一键启停。
6、优选的，所述电堆模块包括电堆，为阳极支撑的电堆；所述电堆将阳极中通入的燃料气与阴极中通入的空气发生电化学反应，直接将燃料中蕴含的化学能转化为电能和热能，并排除蕴含少量未完全反应的燃料气及阴极空气，进入热回收模块。
7、优选的，所述阳极燃料进气模块包含脱硫器、混合器、燃料预热器、重整器、第一单向阀、第一压力传感器、第一流量控制器、第一电磁阀，混合器将燃料与水蒸气充分混合后进行重整转化为氢气继而进入电堆阳极；其流程为燃料经过脱硫器、混合器、重整器进入电堆阳极。
8、优选的，所述阴极进气模块包含第一空气压缩机、第一空气过滤器、第五单向阀、第五压力传感器、第五流量控制器、第六电磁阀、第三换热器；将空气进行预热和压缩后输入电堆阴极，以保证阴极入口压力和阳极入口压力相等，其流程为第一空气压缩机提供空气，空气经第一空气过滤器进行过滤、第三换热器余热后进入电堆阴极。
9、优选的，所述去离子水供给模块包括去离子水箱、水流量计、蒸发器、水泵、第二电磁阀，去离子水供给模块将去离子水转化为水蒸气，为重整器提供水蒸气，其流程为去离子水经水泵抽出，流经蒸发器后进入混合器与天然气进行混合。
10、优选的，所述补燃空气模块包括第二空气压缩机、第二空气过滤器、第四单向阀、第四压力传感器、第四流量控制器、第五电磁阀，所述补燃空气模块与尾气燃烧室相通，其流程为第二空气压缩机抽取空气、经第二空气过滤器后进入尾气燃烧室；所述补燃天然气模块包括第六流量控制器、第七电磁阀，其中第六流量控制器控制补燃天然气流量，第七电磁阀控制补燃天然气开闭。
11、优选的，所述保护气模块包括氮气管道与氢气管道，氮气管道包括第二单向阀、第二压力传感器、第二流量控制器、第三电磁阀。
12、优选的，所述热回收模块包括尾气燃烧室、换热器、热水箱、三通管道、自来水管道，其中水经自来水管道通过三通管道分别与第一换热器、第二换热器进行连接，通过第一换热器与阳极尾气进行换热，通过第二换热器与阴极尾气进行换热。
13、优选的，所述电储存模块包括dc/ac转化装置及储电模块；控制模块接收压力传感器、流量控制器信息，控制电磁阀的开闭，通过流量控制器调整流量大小，设置系统的升降温状态。
14、优选的，一键升温启停控制策略包括如下步骤：
15、（1）向控制面板输入电堆电池片数，点击升温按钮；
16、（2）自动启动第一空气压缩机，打开第六电磁阀，打开空气入口，利用第五流量控制器定速率缓慢提高空气流量到指定值；
17、（3）打开第七电磁阀，打开补燃天然气入口，利用第六流量控制器定速率提高补燃天然气流量到指定值，燃烧室中打火针启动进行打火；
18、（4）检测电堆温度升至t1℃，打开第三电磁阀，打开氮气入口，利用第二流量控制器定速率缓慢提高氮气流量到指定值；
19、（5）检测电堆温度达到t2℃时，打开第四电磁阀，打开氢气入口，利用第三流量控制器定速率调整氢气流量到指定值；
20、（6）检测重整器温度达到t3℃时，打开第二电磁阀通入去离子水，利用水流量计定速率调整至所需流量，第六流量控制器降低补燃天然气流量，开启第一电磁阀，利用第一流量控制器定速率调整天然气流量，天然气流量达到设定值后关闭第七电磁阀；
21、（7）利用第二流量控制器定速率降低氮气流量至0，关闭第三电磁阀，利用第三流量控制器，定速率降低氢气流量至0，关闭第四电磁阀；
22、（8）检测电堆上下温度达到t4℃时，利用第一流量控制器降低天然气流量至定值，打开第四电磁阀，利用第四流量控制器通入补燃空气，调整保证电堆温度维持在t4℃，系统升温完成；
23、一键降温启停控制策略包括如下步骤：
24、（a）打开第七电磁阀通入补燃天然气，利用第一流量控制器定速率降低天然气流量至0，关闭第一电磁阀，利用水流量计定速率降低流量至0，关闭第二电磁阀，打开第四电磁阀打开氢气入口，利用第三流量控制器定速率调整氢气流量到指定值；
25、（b）检测电堆温度降至t2℃时，打开第三电磁阀打开氮气入口，利用第二流量控制器定速率缓慢提高氮气流量到指定值；
26、（c）检测电堆降至t1℃，利用第六流量控制器定速率降低补燃天然气流量至0，关闭第七电磁阀，利用第二流量控制器定速率降低氮气流量至0，关闭第三电磁阀，利用第三流量控制器定速率降低氢气流量至0，关闭第四电磁阀；
27、其中，t1<t2<t3<t4。
28、与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果在于：
29、1）本专利技术在原有sofc热电联供系统的基础上进行改进，在控制台编入了新的启停控制策略，实现了sofc热电联供系统一键自动启停，使得系统的启动和关停更加便捷，依靠程序也避免了因人为操作可能导致的故障或对电堆的损害。
30、2）本专利技术在设计上采用将所有部件划分为八个模块，继而对每个模块进本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种一键启停控制策略的SOFC热电联供系统设计方法，其特征在于，包括SOFC热电联供系统和控制台启停控制策略的设计方法；
2.根据权利要求1所述的一种一键启停控制策略的SOFC热电联供系统设计方法，其特征在于，所述电堆模块包括电堆，为阳极支撑的电堆；所述电堆将阳极中通入的燃料气与阴极中通入的空气发生电化学反应，直接将燃料中蕴含的化学能转化为电能和热能，并排除蕴含少量未完全反应的燃料气及阴极空气，进入热回收模块。
3.根据权利要求1所述的一种一键启停控制策略的SOFC热电联供系统设计方法，其特征在于，所述阳极燃料进气模块包含脱硫器、混合器、燃料预热器、重整器、第一单向阀、第一压力传感器、第一流量控制器、第一电磁阀，混合器将燃料与水蒸气充分混合后进行重整转化为氢气继而进入电堆阳极；其流程为燃料经过脱硫器、混合器、重整器进入电堆阳极。
4.根据权利要求1所述的一种一键启停控制策略的SOFC热电联供系统设计方法，其特征在于，所述阴极进气模块包含第一空气压缩机、第一空气过滤器、第五单向阀、第五压力传感器、第五流量控制器、第六电磁阀、第三换热器；将空气
5.根据权利要求1所述的一种一键启停控制策略的SOFC热电联供系统设计方法，其特征在于，所述去离子水供给模块包括去离子水箱、水流量计、蒸发器、水泵、第二电磁阀，去离子水供给模块将去离子水转化为水蒸气，为重整器提供水蒸气，其流程为去离子水经水泵抽出，流经蒸发器后进入混合器与天然气进行混合。
6.根据权利要求1所述的一种一键启停控制策略的SOFC热电联供系统设计方法，其特征在于，所述补燃空气模块包括第二空气压缩机、第二空气过滤器、第四单向阀、第四压力传感器、第四流量控制器、第五电磁阀，所述补燃空气模块与尾气燃烧室相通，其流程为第二空气压缩机抽取空气，经第二空气过滤器后进入尾气燃烧室；所述补燃天然气模块包括第六流量控制器、第七电磁阀，其中第六流量控制器控制补燃天然气流量，第七电磁阀控制补燃天然气开闭。
7.根据权利要求1所述的一种一键启停控制策略的SOFC热电联供系统设计方法，其特征在于，所述保护气模块包括氮气管道与氢气管道，氮气管道包括第二单向阀、第二压力传感器、第二流量控制器、第三电磁阀。
8.根据权利要求1所述的一种一键启停控制策略的SOFC热电联供系统设计方法，其特征在于，所述热回收模块包括尾气燃烧室、换热器、热水箱、三通管道、自来水管道；其中，水经自来水管道通过三通管道分别与第一换热器、第二换热器连接。
9.根据权利要求1所述的一种一键启停控制策略的SOFC热电联供系统设计方法，其特征在于，所述电储存模块包括DC/AC转化装置及储电模块；控制模块接收压力传感器、流量控制器信息，控制电磁阀的开闭，通过流量控制器调整流量大小，设置系统的升降温状态。
10.根据权利要求1所述的一种一键启停控制策略的SOFC热电联供系统设计方法，其特征在于，一键升温启停控制策略包括：
...【技术特征摘要】
1.一种一键启停控制策略的sofc热电联供系统设计方法，其特征在于，包括sofc热电联供系统和控制台启停控制策略的设计方法；
2.根据权利要求1所述的一种一键启停控制策略的sofc热电联供系统设计方法，其特征在于，所述电堆模块包括电堆，为阳极支撑的电堆；所述电堆将阳极中通入的燃料气与阴极中通入的空气发生电化学反应，直接将燃料中蕴含的化学能转化为电能和热能，并排除蕴含少量未完全反应的燃料气及阴极空气，进入热回收模块。
3.根据权利要求1所述的一种一键启停控制策略的sofc热电联供系统设计方法，其特征在于，所述阳极燃料进气模块包含脱硫器、混合器、燃料预热器、重整器、第一单向阀、第一压力传感器、第一流量控制器、第一电磁阀，混合器将燃料与水蒸气充分混合后进行重整转化为氢气继而进入电堆阳极；其流程为燃料经过脱硫器、混合器、重整器进入电堆阳极。
4.根据权利要求1所述的一种一键启停控制策略的sofc热电联供系统设计方法，其特征在于，所述阴极进气模块包含第一空气压缩机、第一空气过滤器、第五单向阀、第五压力传感器、第五流量控制器、第六电磁阀、第三换热器；将空气进行预热和压缩后输入电堆阴极，以保证阴极入口压力和阳极入口压力相等，其流程为第一空气压缩机提供空气，空气经第一空气过滤器进行过滤、第三换热器余热后进入电堆阴极。
5.根据权利要求1所述的一种一键启停控制策略的sofc热电联供系统设计方法，其特征在于，所述去离子水供给模块包括去离子水箱、水流量计、蒸发器、水泵、第二电磁阀，去离子水供给模块将去离子水转化...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋文春，石亚洲，郑红祥，罗云，崔永健，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
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