同时控制SOFC系统下电堆和尾气燃烧室温度安全的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种同时控制SOFC系统下电堆和尾气燃烧室温度安全的方法，取代现有的通过空气旁路阀调节、电子负载电流调节两种方式进行SOFC系统的电堆温度和尾气燃烧室温度的控制方法，引入电堆阳极入口温度和尾气燃烧室出口温度对比参数

【技术实现步骤摘要】
同时控制SOFC系统下电堆和尾气燃烧室温度安全的方法


[0001]本专利技术属于SOFC系统的温度安全管控领域，更具体地，涉及同时控制SOFC系统下电堆和尾气燃烧室温度安全的方法。

技术介绍

[0002]当下，固体氧化物燃料电池已经成为下一代新能源技术的重要载体，它是一种将碳氢燃料中的化学能和空气一并送入电堆进行发电的重要设备，其简称为SOFC。SOFC系统的电堆与尾气燃烧室温度与系统的运行寿命息息相关。而针对SOFC电堆来说，其分类分为电流型和电压型两种。电流型电堆为电流可人为设置，其放电时的电压为随动的；电压型电堆为电压可人为设置，其放电电流为随动值。若SOFC电堆温度偏低时，会引起系统发电不足；若尾气燃烧室温度过低，会引起系统温度偏低，难以足量发挥系统的发电能力；若SOFC电堆温度偏高时，会引起电堆燃烧等危险；若尾气燃烧室温度过高，会引起系统温度安全问题，可能导致系统组件损坏；上述所有问题最后都有可能造成电堆温度失控和放电电流失衡，从而引起负载跟踪能力不足。
[0003]SOFC系统所连接的歧管上一般有空气旁路阀调节器。电堆本体连接有电子负载，可通过电流调节改变SOFC系统工况，这两种方式的组合调节，有助于实现SOFC电堆温度和尾气燃烧室温度的安全管理。
[0004]传统的SOFC控制系统忽视了同时对SOFC电堆的歧管旁路开度和电子负载电流的联动调节，只能单独调节阴阳极气体的阀门或是电子负载的电流，然后根据调整后的参数进行估算，进行下一次调节，效率较低，且没有固定的调节计算方法，往往在多次调节后依然难以有效地获得稳定运行状态。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种同时控制SOFC系统下电堆和尾气燃烧室温度安全的方法，取代现有的“通过旁路阀调节、电子负载电流调节两种方式，单独进行SOFC系统的电堆温度与电流调节”方法，引入电流和温度对比参数
△
E和
△
T来表示SOFC电堆实际运行中的电流和温度与目标值的偏离度，通过反馈优化算法持续对偏离较大的对比参数进行缩小，即通过控制系统调节空气旁路阀开度和电子负载电流，使SOFC电堆实际运行中的电堆温度和尾气燃烧室温度向目标值靠拢，最终保持一致，从而达到同时控制SOFC电堆和尾气燃烧室温度的目的。
[0006]为了实现上述的技术特征，本专利技术采用的技术方案是：一种同时控制SOFC系统下电堆和尾气燃烧室温度安全的方法，包括如下步骤：
[0007]步骤S1：SOFC系统的核心部件为SOFC电堆，电堆所连接的歧管上安装有空气旁路阀；将SOFC系统的电子负载以及空气旁路阀与控制系统相连；设置SOFC系统的阳极气体进口温度为T1，尾气燃烧室出口温度为T2；
[0008]步骤S2：在SOFC系统正常运行范围内设置SOFC系统阳极气体进口温度目标值N1、
尾气燃烧室出口温度目标值N2和电堆放电电流目标值N3，为N1、N2和N3赋值并将数据上传至控制系统；
[0009]步骤S3：在SOFC系统下电堆的放电电流正常运行范围内，设置SOFC电堆阳极气体进口温度最大值T1_max和阳极气体进口温度最小值T1_min，SOFC电堆尾气燃烧室出口温度最大值T2_max和尾气燃烧室出口温度最小值T2_min；为T1_max、T1_min、T2_max、T2_min赋值并将数据上传至控制系统；
[0010]步骤S4：SOFC电堆运行后，通过连接在PLC上的热电偶与点导线将SOFC系统的阳极气体进口温度T1、尾气燃烧室出口温度T2和电堆放电电流C1反馈至上位机中，再通过实测温度和电流数值为T1、T2、C1赋值，并将数据上传至SOFC控制系统；
[0011]步骤S5：通过控制系统进行安全运算，安全运算步骤如下：
[0012]步骤S5.1：判断C1是否满足设定值＝反馈值；
[0013]步骤S5.2：判断T1是否落在[T1_min，T1_max]区间内；
[0014]步骤S5.3：判断T2是否落在[T2_min，T2_max]区间内；
[0015]步骤S5.4：当步骤S5.1与步骤S5.2、步骤S5.3同时为真时，SOFC系统继续运行进入下一步骤；当步骤S5.1为真，步骤S5.2与步骤S5.3不同时为真时，或步骤S5.1为假时，报警停机开关启动，对SOFC电堆相连的电子负载关机，同时SOFC系统自动报警；
[0016]步骤S6：设置对比参数
△
E和
△
T：
[0017]△
E＝T1/N1；
[0018]△
T＝T2/N2；
[0019]步骤S7：进行调节运算，调节运算步骤如下：
[0020]步骤S7.1：对比
△
E与
△
T的数值大小，若
△
E≥1或
△
T＜1，进入步骤S7.2；若
△
E＜1或
△
T≥1，进入步骤S7.4；
[0021]步骤S7.2：若N1＜T1，此时SOFC系统阳极气体进口温度偏高，通过控制系统增大空气旁路阀开度；若空气旁路阀开度已全开，则降低SOFC系统电子负载电流，以降低SOFC系统阳极气体进口温度至目标值；
[0022]若T2＜N2，此时SOFC系统尾气燃烧室出口温度偏小，通过控制系统增加SOFC系统电子负载电流，提升电化学放电时SOFC电堆在单位时间内产生的热量，以便于传递到尾气燃烧室；若电子负载电流已达到最大，则增大SOFC电堆空气旁路阀开度，以快速升高SOFC电堆在单位时间内进入尾气燃烧室的气体量，从而快速拉升尾气燃烧室出口温度至目标值；
[0023]步骤S7.3：热电偶重新测量SOFC系统的阳极气体进口温度T1、尾气燃烧室出口温度T2，电流传感器重新测量电堆放电电流C1，再对T1、T2、C1重新赋值，计算新的
△
E和
△
T；然后回到步骤S7.1；
[0024]步骤S7.4：若N2＜T2，此时SOFC系统尾气燃烧室出口温度T2偏高，通过控制系统降低SOFC系统电子负载电流，若电子负载电流已达到最低，则增大SOFC电堆空气旁路阀开度，以降低SOFC电堆尾气燃烧室出口温度至目标值；
[0025]若T1＜N1，此时SOFC系统阳极气体进口温度T1偏小，通过控制系统减小SOFC电堆空气旁路阀开度。若空气旁路阀开度已全关，则开始提高SOFC系统电子负载电流，以提升SOFC电堆和尾气燃烧室出口温度至目标值；
[0026]步骤S7.5：热电偶重新测量SOFC系统的阳极气体进口温度T1、尾气燃烧室出口温
度T2，电流传感器重新测量SOFC系统下电堆的放电电流C1，并对T1、T2和C1重新赋值，计算新的
△
E和
△
T；然后回到步骤S7.1。
[0027]进一步地，在所述步骤S7中，电子负载电流和空气旁路阀的开度调节可以通过控制系统手动输入数值，以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.同时控制SOFC系统下电堆和尾气燃烧室温度安全的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤S1：SOFC系统的核心部件为SOFC电堆，电堆所连接的歧管上安装有空气旁路阀；将SOFC系统的电子负载以及空气旁路阀与控制系统相连；设置SOFC系统的阳极气体进口温度为T1，尾气燃烧室出口温度为T2；步骤S2：在SOFC系统正常运行范围内设置SOFC系统阳极气体进口温度目标值N1、尾气燃烧室出口温度目标值N2和电堆放电电流目标值N3，为N1、N2和N3赋值并将数据上传至控制系统；步骤S3：在SOFC系统下电堆的放电电流正常运行范围内，设置SOFC电堆阳极气体进口温度最大值T1_max和阳极气体进口温度最小值T1_min，SOFC电堆尾气燃烧室出口温度最大值T2_max和尾气燃烧室出口温度最小值T2_min；为T1_max、T1_min、T2_max、T2_min赋值并将数据上传至控制系统；步骤S4：SOFC电堆运行后，通过连接在PLC上的热电偶与点导线将SOFC系统的阳极气体进口温度T1、尾气燃烧室出口温度T2和电堆放电电流C1反馈至上位机中，再通过实测温度和电流数值为T1、T2、C1赋值，并将数据上传至SOFC控制系统；步骤S5：通过控制系统进行安全运算，安全运算步骤如下：步骤S5.1：判断C1是否满足设定值＝反馈值；步骤S5.2：判断T1是否落在[T1_min，T1_max]区间内；步骤S5.3：判断T2是否落在[T2_min，T2_max]区间内；步骤S5.4：当S5.1与S5.2、S5.3同时为真时，SOFC系统继续运行进入下一步骤；当S5.1为真，S5.2与S5.3不同时为真时，或S5.1为假时，报警停机开关启动，对SOFC电堆相连的电子负载关机，同时SOFC系统自动报警；步骤S6：设置对比参数
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E和
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T：
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E＝T1/N1；
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T＝T2/N2；步骤S7：进行调节运算，调节运算步骤如下：步骤S7.1：对比
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E与
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T的数值大小，若
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E≥1或
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T＜1，进入步骤S7.2；若
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E＜1或
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T≥1，进入步骤S7.4；步骤S7.2：若N1＜T1，此时SOFC系统阳极气体进口温度偏高，通过控制系统增大空气旁路阀开度；若空气旁路阀开度已全开，则降低SOFC系统电子负载电...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴肖龙，高子林，杨伟杰，蔡仕云，李豫，胡凌燕，曾明如，胡建功，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：