CN116592347A - 燃料电池阳极尾气燃烧器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于燃料电池系统技术领域，公开了燃料电池阳极尾气燃烧器及其控制方法，该燃料电池阳极尾气燃烧器，天然气预混体的第一空气进气口和天然气进气口均与天然气预混腔连通，第一燃烧体设有连通的阳极尾气燃烧腔、天然气燃烧腔和第一气体出口，天然气预混腔与天然气燃烧腔连通，阳极尾气导入件和空气导入件均与阳极尾气燃烧腔连通，催化预混体设有催化预混腔、第二空气进气口和第二气体出口，第二空气进气口、第二气体出口和第一气体出口均与催化预混腔连通，第二燃烧体设有容纳腔、第三空气进气口和第三气体出口，容纳腔内容纳有催化载体，第三空气进气口、第三气体出口和第二气体出口均与容纳腔连通。能够实现燃料的宽域调节和完全燃烧。

Description

燃料电池阳极尾气燃烧器及其控制方法

技术领域

本发明涉及燃料电池系统技术领域，尤其涉及燃料电池阳极尾气燃烧器及其控制方法。

背景技术

燃料电池阳极尾气燃烧器是燃料电池系统中热量的来源，要具备高热流量、宽燃料范围的特点，以实现燃料电池系统的快速启动与变组分可燃物质的处理。燃料电池系统在启动过程中需要对空气进行预热，现有技术中一般通过电加热器或者燃烧器来为空气预热提供热量。然而，大功率电加热器对电路要求高，高温加热能力不足。而采用燃烧器提供热量时，因燃料电池系统的运行，进入燃烧器的空气的温度不断增加，向燃烧器供给的燃料减少，若要维持稳定火焰只能依靠扩散式燃烧或多孔介质燃烧等方式。而常规扩散式火焰燃烧器的火焰长度长，设备的体积大，不利于集成化系统；多孔介质燃烧器受限于多孔介质材料加工工艺，难以大规模应用。若采用催化燃烧器，则由于催化燃烧器需要达到一定初始温度才能启动燃烧，在燃料电池系统启动工况下，无法依靠催化燃烧器供给初始热量。从而现有的燃烧器无法既适应燃料电池系统启动工况，又适应燃料电池燃料利用率提高使阳极尾气的可燃组分降低的变组分工况，无法避免不稳定燃烧造成的熄火现象，不仅对能源造成了浪费，可燃物质的排放也增加了设备的风险性和污染物排放。

发明内容

本发明的目的在于提供燃料电池阳极尾气燃烧器及其控制方法，以解决现有的燃烧器无法既适用燃料电池启动工况，又适用随着燃料电池燃料利用率提高，阳极尾气的可燃组分降低的变组分工况，无法实现宽域调节，稳定燃烧的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

燃料电池阳极尾气燃烧器，包括：

天然气预混体，所述天然气预混体设有第一空气进气口、天然气进气口和天然气预混腔，所述第一空气进气口和所述天然气进气口均与所述天然气预混腔连通；

空气导入件和阳极尾气导入件，所述阳极尾气导入件固定穿设于所述空气导入件，所述空气导入件固定穿设于所述天然气预混体，所述阳极尾气导入件设有阳极尾气进气口；

第一燃烧体，所述第一燃烧体设有连通的阳极尾气燃烧腔、天然气燃烧腔和第一气体出口，所述天然气预混腔与所述天然气燃烧腔连通，所述阳极尾气导入件和所述空气导入件均与所述阳极尾气燃烧腔连通；

催化预混体，所述催化预混体设有催化预混腔、第二空气进气口和第二气体出口，所述第二空气进气口、所述第二气体出口和所述第一气体出口均与所述催化预混腔连通；

第二燃烧体，所述第二燃烧体设有容纳腔、第三空气进气口和第三气体出口，所述容纳腔内容纳有催化载体，所述第三空气进气口、所述第三气体出口和所述第二气体出口均与所述容纳腔连通；

空气输入管，所述第一空气进气口、空气导入件、所述第二空气进气口和所述第三空气进气口均与所述空气输入管连通。

作为上述燃料电池阳极尾气燃烧器的一种优选方案，所述天然气预混体包括预混体外壳、预混体中壳和预混体内壳，所述预混体中壳穿设于所述预混体外壳，所述预混体内壳穿设于所述预混体中壳，所述预混体外壳设有所述天然气进气口，所述预混体外壳和所述预混体中壳之间形成天然气分配腔，所述预混体中壳和所述预混体内壳之间形成所述天然气预混腔和所述第一空气进气口，所述预混体中壳设有连通孔，所述连通孔的两端分别与所述天然气分配腔和所述天然气预混腔连通。

作为上述燃料电池阳极尾气燃烧器的一种优选方案，所述空气导入件包括第一连接部、第二连接部和多个第一空气旋流片，所述第一连接部固定套设于所述阳极尾气导入件，所述第二连接部固定穿设于所述预混体内壳，所述第一空气旋流片的一端与所述第一连接部固定连接，另一端与所述第二连接部固定连接，多个所述第一空气旋流片沿所述第一连接部的周向间隔设置，所述第一连接部沿其周向间隔设有多个第四空气进气口，所述第四空气进气口的两端分别与所述空气输入管和所述阳极尾气燃烧腔连通。

作为上述燃料电池阳极尾气燃烧器的一种优选方案，所述第一燃烧体包括燃烧体外壳和燃烧体内壳，所述燃烧体外壳与所述预混体外壳固定连接，所述燃烧体外壳和所述燃烧体内壳之间形成混合气分配腔，所述混合气分配腔与所述天然气预混腔连通，所述燃烧体内壳设有混合气喷射孔、所述阳极尾气燃烧腔和所述天然气燃烧腔，所述混合气喷射孔的两端分别连通所述混合气分配腔和所述天然气燃烧腔。

作为上述燃料电池阳极尾气燃烧器的一种优选方案，所述第一空气进气口与所述天然气预混腔之间间隔设有多个第二空气旋流片；或者，所述天然气预混腔与所述混合气分配腔之间间隔设有多个第二空气旋流片。

作为上述燃料电池阳极尾气燃烧器的一种优选方案，所述燃烧体内壳设置有均流板，所述均流板位于所述混合气分配腔内。

作为上述燃料电池阳极尾气燃烧器的一种优选方案，所述天然气燃烧腔的内壁设有金属纤维网。

作为上述燃料电池阳极尾气燃烧器的一种优选方案，所述阳极尾气导入件伸入所述阳极尾气燃烧腔，所述阳极尾气导入件还设有阳极尾气喷射孔，所述阳极尾气喷射孔与所述阳极尾气燃烧腔连通。

作为上述燃料电池阳极尾气燃烧器的一种优选方案，所述燃料电池阳极尾气燃烧器还包括燃烧器外壳，所述天然气预混体、所述第一燃烧体、所述催化预混体和所述第二燃烧体依次连接且均位于所述燃烧器外壳内，所述燃烧器外壳与所述天然气预混体、所述第一燃烧体、所述催化预混体和所述第二燃烧体之间形成空气分配腔，所述燃烧器外壳与所述天然气预混体之间形成第五空气进气口，所述第二空气进气口、所述第三空气进气口和所述第五空气进气口均与所述空气分配腔连通，所述第五空气进气口与所述空气输入管连通。

作为上述燃料电池阳极尾气燃烧器的一种优选方案，所述阳极尾气燃烧腔的内壁固定设有第一隔热耐火层。

作为上述燃料电池阳极尾气燃烧器的一种优选方案，所述容纳腔的内壁与所述催化载体之间设有第二隔热耐火层。

本发明还提供了燃料电池阳极尾气燃烧器的控制方法，采用上述的燃料电池阳极尾气燃烧器，包括：

S1：向燃料电池阳极尾气燃烧器通入空气；

S2：向燃料电池阳极尾气燃烧器通入天然气，并对天然气燃烧腔进行点火；

S3：对天然气燃烧腔进行火焰检测，判断天然气燃烧腔是否产生火焰；

若是，进行S4；

S4：根据第三出口处的气体温度和设定燃烧器出口温度，调节天然气流量；

S5：检测空气输入管内的空气温度；

S6：判断空气输入管内的空气温度是否大于设定燃烧器入口空气温度；

若是，则进行S7；

S7：向燃料电池阳极尾气燃烧器通入阳极尾气；

S8：实时对阳极尾气燃烧腔进行火焰检测，判断阳极尾气燃烧腔是否产生火焰；

若是，则进行火焰燃烧，并进行S10；

若否，则进行S9；

S9：根据第三出口处的气体温度衰减速率和催化载体的温度，判断燃料电池阳极尾气燃烧器是否进行稳定催化燃烧；

若是，则进行S10；

若否，则燃料电池阳极尾气燃烧器熄火；

S10：根据第三出口处的气体温度和设定燃烧器出口温度，调节天然气流量。

作为上述燃料电池阳极尾气燃烧器的控制方法的一种优选方案，根据第三出口处的气体温度衰减速率和催化载体的温度，判断燃料电池阳极尾气燃烧器是否进行稳定催化燃烧包括：

判断第三出口处的气体温度衰减速率是否大于设定温度衰减速率；

若是；则进行S91；

若否，则燃料电池阳极尾气燃烧器进行稳定催化燃烧；

S91：判断设定时间内催化载体的温度是否升高；

若是，则燃料电池阳极尾气燃烧器进行稳定催化燃烧；

若否，则燃料电池阳极尾气燃烧器未进行稳定催化燃烧。

作为上述燃料电池阳极尾气燃烧器的控制方法的一种优选方案，S3中，若天然气燃烧腔未产生火焰；则进行S31；

S31：停止向燃料电池阳极尾气燃烧器供给天然气，并向燃料电池阳极尾气燃烧器供给空气以吹扫天然气燃烧腔；

S32：判断对天然气燃烧腔的点火次数是否大于设定次数；

若是，则燃料电池阳极尾气燃烧器熄火；

若否，则返回S2。

作为上述燃料电池阳极尾气燃烧器的控制方法的一种优选方案，根据第三出口处的气体温度和设定燃烧器出口温度，调节天然气流量包括：

判断第三出口处的气体温度是否大于设定燃烧器出口温度；

若是，则降低天然气流量；

若否，则增大天然气流量。

作为上述燃料电池阳极尾气燃烧器的控制方法的一种优选方案，在S7和S8之间还包括：对阳极尾气燃烧腔进行点火。

本发明的有益效果：

本发明提供了燃料电池阳极尾气燃烧器及其控制方法，该燃料电池阳极尾气燃烧器，在燃料电池系统启动工况时，天然气和空气在天然气燃烧腔进行全预混燃烧，之后通入阳极尾气，刚通入阳极尾气时，阳极尾气的可燃组分的含量多，能够在第一燃烧体内进行火焰燃烧，当阳极尾气的可燃组分的含量变少，直至无法再支持火焰燃烧，火焰熄灭时，阳极尾气、天然气和空气还能在催化载体内进行稳定催化燃烧。现有技术中的燃烧器，在阳极尾气中的可燃组分过少时无法产生稳定燃烧，而该燃料电池阳极尾气燃烧器不仅在阳极尾气中的可燃组分过少时还能进行稳定催化燃烧，适应阳极尾气的可燃组分降低的变组分工况，还适应燃料电池系统启动工况，能够实现燃料的宽域调节和完全燃烧，能降低污染物排放，且提高热效率，节约了能源。

附图说明

图1是本发明具体实施例提供的燃料电池阳极尾气燃烧器的剖视图一；

图2是本发明具体实施例提供的燃料电池阳极尾气燃烧器的剖视图二；

图3是本发明具体实施例提供的燃料电池阳极尾气燃烧器的剖视图三；

图4是本发明具体实施例提供的燃料电池阳极尾气燃烧器的侧视图。

图中：

11、预混体外壳；12、预混体中壳；13、预混体内壳；14、第一空气进气口；15、天然气进气口；16、天然气分配腔；17、天然气预混腔；18、连通孔；19、第二空气旋流片；

2、阳极尾气导入件；21、阳极尾气进气口；22、阳极尾气喷射孔；

31、第一连接部；32、第二连接部；33、第一空气旋流片；34、第四空气进气口；

41、燃烧体外壳；42、燃烧体内壳；43、混合气分配腔；44、阳极尾气燃烧腔；45、天然气燃烧腔；46、混合气喷射孔；

5、催化预混体；51、第二空气进气口；

6、第二燃烧体；61、催化载体；62、第二隔热耐火层；63、第三空气进气口；

7、燃烧器外壳；71、空气分配腔；72、第五空气进气口；

8、第一隔热耐火层；

9、点火器通道；

10、点火针。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

本发明提供燃料电池阳极尾气燃烧器，如图1-4所示，该燃料电池阳极尾气燃烧器包括天然气预混体、空气导入件、阳极尾气导入件2、第一燃烧体、催化预混体5、第二燃烧体6和空气输入管，天然气预混体设有第一空气进气口14、天然气进气口15和天然气预混腔17，第一空气进气口14和天然气进气口15均与天然气预混腔17连通，阳极尾气导入件2固定穿设于空气导入件，空气导入件固定穿设于天然气预混体，阳极尾气导入件2设有阳极尾气进气口21，第一燃烧体设有连通的阳极尾气燃烧腔44、天然气燃烧腔45和第一气体出口，天然气预混腔17与天然气燃烧腔45连通，阳极尾气导入件2和空气导入件均与阳极尾气燃烧腔44连通，催化预混体5设有催化预混腔、第二空气进气口72和第二气体出口，第二空气进气口51、第二气体出口和第一气体出口均与催化预混腔连通，第二燃烧体6设有容纳腔、第三空气进气口63和第三气体出口，容纳腔内容纳有催化载体61，第三空气进气口63、第三气体出口和第二气体出口均与容纳腔连通，第一空气进气口14、空气导入件、第二空气进气口51和第三空气进气口63均与空气输入管连通。

如图1-4所示，该燃料电池阳极尾气燃烧器，在燃料电池系统启动工况时，向空气输入管通入空气，空气分别从第一空气进气口14进入天然气预混腔17、从第二空气进气口51进入催化预混腔、从第三空气进气口63进入容纳腔以及从空气导入件进入阳极尾气燃烧区，且向天然气进气口15通入天然气，空气和天然气在天然气预混腔17混合之后进入天然气燃烧腔45并燃烧，空气和天然气在天然气燃烧腔45燃烧产生的高温烟气进入催化预混腔，并与通过第二空气进气口51进入催化预混腔的空气混合之后一起进入第二燃烧体6，能预热第二燃烧体6的催化载体61，经过容纳腔的高温烟气与通过第三空气进气口63进入容纳腔的空气混合之后从第三出口流出，随着燃料电池的运行，进入空气输入管的空气的温度会不断升高，随着空气温度逐步提高，为了维持第三出口处的气体温度恒定，需降低天然气的流量，在空气的流量不变的条件下，天然气与空气形成的混合气的过剩空气系数逐渐增大。当空气输入管内的空气温度大于设定燃烧器入口空气温度时，阳极尾气产生并通入阳极尾气进气口21，阳极尾气和空气在阳极尾气燃烧腔44混合，有可能进行燃烧产生火焰，可以理解的是，阳极尾气和空气在阳极尾气燃烧腔44混合之后能否燃烧产生火焰，取决于阳极尾气中可燃组分的含量。当阳极尾气中可燃组分的含量多时，阳极尾气能阳极尾气燃烧腔44进行燃烧产生火焰，此时该燃料电池阳极尾气燃烧器内进行火焰燃烧；当阳极尾气中可燃组分的含量变少，直至无法再支持阳极尾气在阳极尾气燃烧腔44内燃烧，阳极尾气燃烧腔44内火焰熄灭时，该燃料电池阳极尾气燃烧器还能进行稳定催化燃烧，阳极尾气、天然气和空气在催化载体61内燃烧，继续供给热量。

该燃料电池阳极尾气燃烧器，在燃料电池系统启动工况时，天然气和空气在天然气燃烧腔45进行全预混燃烧，之后通入阳极尾气，刚通入阳极尾气时，阳极尾气的可燃组分的含量多，能够在第一燃烧体内进行火焰燃烧，当阳极尾气的可燃组分的含量变少，直至无法再支持火焰燃烧，火焰熄灭时，阳极尾气、天然气和空气还能在催化载体61内进行稳定催化燃烧。现有技术中的燃烧器，在阳极尾气中的可燃组分过少时无法产生稳定燃烧，而该燃料电池阳极尾气燃烧器不仅在阳极尾气中的可燃组分过少时还能进行稳定催化燃烧，适应阳极尾气的可燃组分降低的变组分工况，还适应燃料电池系统启动工况，能够实现燃料的宽域调节和完全燃烧，能降低污染物排放，且提高热效率，节约了能源。

可以理解的是，从第二空气进气口51进入催化预混腔的空气用于冷却进入催化预混腔的高温烟气，防止损坏催化剂。从第三空气进气口63进入容纳腔的空气用于冷却第三出口处的高温烟气。可选地，第二空气进气口51和第三空气进气口63的个数均为多个，多个第二空气进气口51沿催化预混体5的周向间隔设置，多个第三空气进气口63沿第二燃烧体6的周向间隔设置。

可以理解的是，燃料电池系统包括空气预热器，空气预热器能加热进入空气输入管的空气，从第三出口流出的高温烟气能为空气预热器提供热量。

可选地，天然气预混体包括预混体外壳11、预混体中壳12和预混体内壳13，预混体中壳12穿设于预混体外壳11，混体内壳13穿设于预混体中壳12，预混体外壳11设有天然气进气口15，预混体外壳11和预混体中壳12之间形成天然气分配腔16，预混体中壳12和预混体内壳13之间形成天然气预混腔17和第一空气进气口14，预混体中壳12设有连通孔18，连通孔18的两端分别与天然气分配腔16和天然气预混腔17连通。天然气从天然气进气口15进入天然气分配腔16，之后通过连通孔18进入天然气预混腔17，空气从第一空气进气口14进入天然气预混腔17，天然气和空气在天然气预混腔17内混合形成混合气。

可选地，预混体外壳11、预混体中壳12和预混体内壳13均呈圆筒形，且同轴设置。连通孔18的个数为多个，多个连通孔18沿预混体中壳12的圆周方向间隔设置。能使天然气均匀地进入天然气预混腔17。

可选地，第一燃烧体包括燃烧体外壳41和燃烧体内壳42，燃烧体外壳41与预混体外壳11固定连接，燃烧体外壳41和燃烧体内壳42之间形成混合气分配腔43，混合气分配腔43与天然气预混腔17连通，燃烧体内壳42设有混合气喷射孔46、阳极尾气燃烧腔44和天然气燃烧腔45，混合气喷射孔46的两端分别连通混合气分配腔43和天然气燃烧腔45。天然气和空气在天然气预混腔17内混合形成的混合气从天然气预混腔17进入混合气分配腔43，通过混合气喷射孔46进入天然气燃烧腔45。可选地，燃烧体内壳42和燃烧体外壳41均呈圆筒形，且同轴设置。混合气喷射孔46的个数为多个，多个混合气喷射孔46沿燃烧体内壳42的圆周方向间隔设置。天然气沿燃烧体内壳42的径向喷射，在天然气燃烧腔45内进行全预混燃烧，径向射流的结构能够有效稳定火焰、提高了火焰稳定性。

可选地，天然气预混腔17与混合气分配腔43之间间隔设有多个第二空气旋流片19。混合气经过第二空气旋流片19导流后，能使天然气和空气充分混合，之后进入混合气分配腔43。作为一种替代方案，第一空气进气口14与天然气预混腔17之间间隔设有多个第二空气旋流片19。空气经过第二空气旋流片19导流后，形成旋转的空气，能与天燃气充分混合。

可选地，燃烧体内壳42设置有均流板，均流板位于混合气分配腔43内。沿燃烧体内壳42的轴向，均流板位于混合气喷射孔46与天然气预混腔17之间。均流板能防止混合气的流量过大时混合气沿燃烧体内壳42的外壁流动，导致进入天然气燃烧腔45的混合气不均匀，使燃烧恶化。

可选地，天然气燃烧腔45的内壁设有金属纤维网。天然气和空气混合形成的混合气依次穿过混合气喷射孔46和金属纤维网后进入天然气燃烧腔45。采用金属纤维网稳焰材料能避免低负荷回火，能在天然气燃烧腔45进行极短火焰燃烧。

可选地，空气导入件包括第一连接部31、第二连接部32和多个第一空气旋流片33，第一连接部31固定套设于阳极尾气导入件2，第二连接部32固定穿设于预混体内壳13，第一空气旋流片33的一端与第一连接部31固定连接，另一端与第二连接部32固定连接，多个第一空气旋流片33沿第一连接部31的周向间隔设置，第一连接部31沿其周向间隔设有多个第四空气进气口34，第四空气进气口34的两端分别与空气输入管和阳极尾气燃烧腔44连通。一部分空气能从第四空气进气口34进入阳极尾气燃烧腔44，还有一部分空气能通过第一空气旋流片33导流后进入阳极尾气燃烧腔44，能使阳极尾气与空气充分混合。

可选地，阳极尾气导入件2伸入阳极尾气燃烧腔44，阳极尾气导入件2还设有阳极尾气喷射孔22，阳极尾气喷射孔22与阳极尾气燃烧腔44连通。阳极尾气从阳极尾气进气口21进入阳极尾气导入件2，从阳极尾气喷射孔22进入阳极尾气燃烧腔44。可选地，阳极尾气喷射孔22的个数为多个，多个阳极尾气喷射孔22沿阳极尾气导入件2的圆周方向间隔设置。阳极尾气沿阳极尾气导入件2的径向喷射入阳极尾气燃烧腔44，阳极尾气和空气进行扩散式燃烧，形成片状火焰。

可选地，燃料电池阳极尾气燃烧器还包括燃烧器外壳7，天然气预混体、第一燃烧体、催化预混体5和第二燃烧体6依次连接且均位于燃烧器外壳7内，燃烧器外壳7与天然气预混体、第一燃烧体、催化预混体5和第二燃烧体6之间形成空气分配腔71，燃烧器外壳7与天然气预混体之间形成第五空气进气口72，第二空气进气口51、第三空气进气口63和第五空气进气口72均与空气分配腔71连通，第五空气进气口72与空气输入管连通。空气输入管内的空气通过第五空气进气口72进入空气分配腔71，之后一部分空气通过第二空气进气口51进入催化预混腔，另一部分空气通过第三空气进气口63进入第二燃烧体6的容纳腔。

可以理解的是，第一空气进气口14、空气导入件和第五空气进气口72均位于燃烧器外壳7沿轴向的一端。

可选地，阳极尾气燃烧腔44的内壁固定设有第一隔热耐火层8。能避免阳极尾气和/或天然气在燃烧过程中，混合气分配腔43中混合气过早起燃。可选地，天然气燃烧腔45的内壁固定设有第三隔热耐火层(图中未示出)。

可选地，容纳腔的内壁与催化载体61之间设有第二隔热耐火层62。在催化载体61外围包裹有第二隔热耐火层62，能防止高温催化载体61对燃烧器外壳7烧毁。

本发明还提供了燃料电池阳极尾气燃烧器的控制方法，采用上述的燃料电池阳极尾气燃烧器，包括：

S1：向燃料电池阳极尾气燃烧器通入空气。燃料电池系统启动后，风机开始运转，向燃料电池阳极尾气燃烧器的空气输入管通入空气。

S2：向燃料电池阳极尾气燃烧器通入天然气，并对天然气燃烧腔45进行点火。开启天然气供给阀门，向天然气进气口15通入天然气。第一燃烧体设有点火器通道9，点火器通道9能容纳点火器。检测到天然气流量后，点火器对天然气燃烧腔45进行点火，点火器可以为电火花点火器或脉冲点火器等。点火器在金属纤维网表面且位于天然气燃烧腔45内的位置点火。

S3：对天然气燃烧腔45进行火焰检测，判断天然气燃烧腔45是否产生火焰；若是，进行S4；若天然气燃烧腔45未产生火焰，则进行S31；S31：停止向燃料电池阳极尾气燃烧器供给天然气，并向燃料电池阳极尾气燃烧器供给空气以吹扫天然气燃烧腔45；S32：判断对天然气燃烧腔45的点火次数是否大于设定次数；若是，则确定燃料电池阳极尾气燃烧器熄火；若否，则返回S2。具体地，点火器点火10s后，进行火焰检测，若天然气燃烧腔45未产生火焰，则关闭天然气供给阀门，通入空气吹扫10s第一燃烧体，之后重新向天然气燃烧腔45供给天然气并点火，若如此连续点火3次还未点火成功，则认为燃料电池阳极尾气燃烧器熄火。具体地，可以通过紫外光电检测或光焰离子电流检测进行火焰检测。

S4：根据第三出口处的气体温度和设定燃烧器出口温度，调节天然气流量。

具体地，判断第三出口处的气体温度是否大于设定燃烧器出口温度；若是，则降低天然气流量；若否，则增大天然气流量。天然气燃烧腔45点火成功后，天然气和空气在天然气燃烧腔45进行全预混燃烧。通过调节天然气的流量使第三出口处的气体温度大致等于设定燃烧器出口温度。

S5：检测空气输入管内的空气温度。

S6：判断空气输入管内的空气温度是否大于设定燃烧器入口空气温度；若是，则进行S7；若否，则不向燃料电池阳极尾气燃烧器通入阳极尾气。本实施例中，设定燃烧器入口温度为400℃。

S7：向燃料电池阳极尾气燃烧器通入阳极尾气。开启阳极尾气供给阀门，向阳极尾气导入件2的阳极尾气进气口21通入阳极尾气，阳极尾气进入阳极尾气燃烧腔44。

S8：实时对阳极尾气燃烧腔44进行火焰检测，判断阳极尾气燃烧腔44是否产生火焰；若是，则进行火焰燃烧，并进行S10；若否，则进行S9。阳极尾气能否燃烧取决于阳极尾气中的可燃组分的含量。可燃组分的含量多时，阳极尾气在阳极尾气燃烧腔44内进行火焰燃烧。可以通过调节天然气的流量，来维持第三出口处的气体温度恒定，天然气火焰燃烧会在阳极尾气火焰尾部燃烧。

S9：根据第三出口处的气体温度衰减速率和催化载体61的温度，判断燃料电池阳极尾气燃烧器是否进行稳定催化燃烧；若是，则进行S10；若否，则确定燃料电池阳极尾气燃烧器熄火。

具体地，判断第三出口处的气体温度衰减速率是否大于设定温度衰减速率；若是；则进行S91；若否，则确定燃料电池阳极尾气燃烧器进行稳定催化燃烧；S91：判断设定时间内催化载体61的温度是否升高；若是，则去的燃料电池阳极尾气燃烧器进行稳定催化燃烧；若否，则确定燃料电池阳极尾气燃烧器未进行稳定催化燃烧。

当进入燃料电池燃料利用率提高使阳极尾气的可燃组分降低的变组分工况时，通入的阳极尾气中的可燃组分的含量过少，无法支持燃烧时，第一燃烧体内火焰熄灭，阳极尾气、天然气和空气还能在催化载体61内进行稳定催化燃烧。

本实施例中，设定时间为60s。由于催化燃烧存在起燃过程，设定60s为催化燃烧的起燃时间，若60内催化载体61的温度还未升高，则认为燃料电池阳极尾气燃烧器熄火。

可以理解的是，在第三出口处和催化载体61处别设置两个温度传感器。能分别检测第三出口处的气体温度和催化载体61的温度。

S10：根据第三出口处的气体温度和设定燃烧器出口温度，调节天然气流量。

具体地，判断第三出口处的气体温度是否大于设定燃烧器出口温度；若是，则降低天然气流量；若否，则增大天然气流量。

可选地，在S7和S8之间还包括：对阳极尾气燃烧腔44进行点火。设置有点火针10，点火针10伸入阳极尾气燃烧腔44，阳极尾气燃烧点火位置与火焰检测位置在阳极尾气导入件2周边区域内。阳极尾气燃烧腔44和天然气燃烧腔45分别使用点火针10和点火器进行分别点火，能提高点火成功率。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (16)

1.燃料电池阳极尾气燃烧器，其特征在于，包括：

天然气预混体，所述天然气预混体设有第一空气进气口(14)、天然气进气口(15)和天然气预混腔(17)，所述第一空气进气口(14)和所述天然气进气口(15)均与所述天然气预混腔(17)连通；

空气导入件和阳极尾气导入件(2)，所述阳极尾气导入件(2)固定穿设于所述空气导入件，所述空气导入件固定穿设于所述天然气预混体，所述阳极尾气导入件(2)设有阳极尾气进气口(21)；

第一燃烧体，所述第一燃烧体设有连通的阳极尾气燃烧腔(44)、天然气燃烧腔(45)和第一气体出口，所述天然气预混腔(17)与所述天然气燃烧腔(45)连通，所述阳极尾气导入件(2)和所述空气导入件均与所述阳极尾气燃烧腔(44)连通；

催化预混体(5)，所述催化预混体(5)设有催化预混腔、第二空气进气口(51)和第二气体出口，所述第二空气进气口(51)、所述第二气体出口和所述第一气体出口均与所述催化预混腔连通；

第二燃烧体(6)，所述第二燃烧体(6)设有容纳腔、第三空气进气口(63)和第三气体出口，所述容纳腔内容纳有催化载体(61)，所述第三空气进气口(63)、所述第三气体出口和所述第二气体出口均与所述容纳腔连通；

空气输入管，所述第一空气进气口(14)、空气导入件、所述第二空气进气口(51)和所述第三空气进气口(63)均与所述空气输入管连通。

2.根据权利要求1所述的燃料电池阳极尾气燃烧器，其特征在于，所述天然气预混体包括预混体外壳(11)、预混体中壳(12)和预混体内壳(13)，所述预混体中壳(12)穿设于所述预混体外壳(11)，所述预混体内壳(13)穿设于所述预混体中壳(12)，所述预混体外壳(11)设有所述天然气进气口(15)，所述预混体外壳(11)和所述预混体中壳(12)之间形成天然气分配腔(16)，所述预混体中壳(12)和所述预混体内壳(13)之间形成所述天然气预混腔(17)和所述第一空气进气口(14)，所述预混体中壳(12)设有连通孔(18)，所述连通孔(18)的两端分别与所述天然气分配腔(16)和所述天然气预混腔(17)连通。

3.根据权利要求2所述的燃料电池阳极尾气燃烧器，其特征在于，所述空气导入件包括第一连接部(31)、第二连接部(32)和多个第一空气旋流片(33)，所述第一连接部(31)固定套设于所述阳极尾气导入件(2)，所述第二连接部(32)固定穿设于所述预混体内壳(13)，所述第一空气旋流片(33)的一端与所述第一连接部(31)固定连接，另一端与所述第二连接部(32)固定连接，多个所述第一空气旋流片(33)沿所述第一连接部(31)的周向间隔设置，所述第一连接部(31)沿其周向间隔设有多个第四空气进气口(34)，所述第四空气进气口(34)的两端分别与所述空气输入管和所述阳极尾气燃烧腔(44)连通。

4.根据权利要求2所述的燃料电池阳极尾气燃烧器，其特征在于，所述第一燃烧体包括燃烧体外壳(41)和燃烧体内壳(42)，所述燃烧体外壳(41)与所述预混体外壳(11)固定连接，所述燃烧体外壳(41)和所述燃烧体内壳(42)之间形成混合气分配腔(43)，所述混合气分配腔(43)与所述天然气预混腔(17)连通，所述燃烧体内壳(42)设有混合气喷射孔(46)、所述阳极尾气燃烧腔(44)和所述天然气燃烧腔(45)，所述混合气喷射孔(46)的两端分别连通所述混合气分配腔(43)和所述天然气燃烧腔(45)。

5.根据权利要求4所述的燃料电池阳极尾气燃烧器，其特征在于，所述第一空气进气口(14)与所述天然气预混腔(17)之间间隔设有多个第二空气旋流片(19)；或者，所述天然气预混腔(17)与所述混合气分配腔(43)之间间隔设有多个第二空气旋流片(19)。

6.根据权利要求4所述的燃料电池阳极尾气燃烧器，其特征在于，所述燃烧体内壳(42)设置有均流板，所述均流板位于所述混合气分配腔(43)内。

7.根据权利要求1-6任一项所述的燃料电池阳极尾气燃烧器，其特征在于，所述天然气燃烧腔(45)的内壁设有金属纤维网。

8.根据权利要求1-6任一项所述的燃料电池阳极尾气燃烧器，其特征在于，所述阳极尾气导入件(2)伸入所述阳极尾气燃烧腔(44)，所述阳极尾气导入件(2)还设有阳极尾气喷射孔(22)，所述阳极尾气喷射孔(22)与所述阳极尾气燃烧腔(44)连通。

9.根据权利要求1-6任一项所述的燃料电池阳极尾气燃烧器，其特征在于，所述燃料电池阳极尾气燃烧器还包括燃烧器外壳(7)，所述天然气预混体、所述第一燃烧体、所述催化预混体(5)和所述第二燃烧体(6)依次连接且均位于所述燃烧器外壳(7)内，所述燃烧器外壳(7)与所述天然气预混体、所述第一燃烧体、所述催化预混体(5)和所述第二燃烧体(6)之间形成空气分配腔(71)，所述燃烧器外壳(7)与所述天然气预混体之间形成第五空气进气口(72)，所述第二空气进气口(51)、所述第三空气进气口(63)和所述第五空气进气口(72)均与所述空气分配腔(71)连通，所述第五空气进气口(72)与所述空气输入管连通。

10.根据权利要求1-6任一项所述的燃料电池阳极尾气燃烧器，其特征在于，所述阳极尾气燃烧腔(44)的内壁固定设有第一隔热耐火层(8)。

11.根据权利要求1-6任一项所述的燃料电池阳极尾气燃烧器，其特征在于，所述容纳腔的内壁与所述催化载体(61)之间设有第二隔热耐火层(62)。

12.燃料电池阳极尾气燃烧器的控制方法，其特征在于，采用权利要求1-11任一项所述的燃料电池阳极尾气燃烧器，包括：

S1：向燃料电池阳极尾气燃烧器通入空气；

S2：向燃料电池阳极尾气燃烧器通入天然气，并对天然气燃烧腔(45)进行点火；

S3：对天然气燃烧腔(45)进行火焰检测，判断天然气燃烧腔(45)是否产生火焰；

若是，进行S4；

S4：根据第三出口处的气体温度和设定燃烧器出口温度，调节天然气流量；

S5：检测空气输入管内的空气温度；

S6：判断空气输入管内的空气温度是否大于设定燃烧器入口空气温度；

若是，则进行S7；

S7：向燃料电池阳极尾气燃烧器通入阳极尾气；

S8：实时对阳极尾气燃烧腔(44)进行火焰检测，判断阳极尾气燃烧腔(44)是否产生火焰；

若是，则进行火焰燃烧，并进行S10；

若否，则进行S9；

S9：根据第三出口处的气体温度衰减速率和催化载体(61)的温度，判断燃料电池阳极尾气燃烧器是否进行稳定催化燃烧；

若是，则进行S10；

若否，则燃料电池阳极尾气燃烧器熄火；

S10：根据第三出口处的气体温度和设定燃烧器出口温度，调节天然气流量。

13.根据权利要求12所述的燃料电池阳极尾气燃烧器的控制方法，其特征在于，根据第三出口处的气体温度衰减速率和催化载体(61)的温度，判断燃料电池阳极尾气燃烧器是否进行稳定催化燃烧包括：

判断第三出口处的气体温度衰减速率是否大于设定温度衰减速率；

若是；则进行S91；

若否，则燃料电池阳极尾气燃烧器进行稳定催化燃烧；

S91：判断设定时间内催化载体(61)的温度是否升高；

若是，则燃料电池阳极尾气燃烧器进行稳定催化燃烧；

若否，则燃料电池阳极尾气燃烧器未进行稳定催化燃烧。

14.根据权利要求12所述的燃料电池阳极尾气燃烧器的控制方法，其特征在于，S3中，若天然气燃烧腔(45)未产生火焰；则进行S31；

S31：停止向燃料电池阳极尾气燃烧器供给天然气，并向燃料电池阳极尾气燃烧器供给空气以吹扫天然气燃烧腔(45)；

S32：判断对天然气燃烧腔(45)的点火次数是否大于设定次数；

若是，则燃料电池阳极尾气燃烧器熄火；

若否，则返回S2。

15.根据权利要求12所述的燃料电池阳极尾气燃烧器的控制方法，其特征在于，根据第三出口处的气体温度和设定燃烧器出口温度，调节天然气流量包括：

判断第三出口处的气体温度是否大于设定燃烧器出口温度；

若是，则降低天然气流量；

若否，则增大天然气流量。

16.根据权利要求12所述的燃料电池阳极尾气燃烧器的控制方法，其特征在于，在S7和S8之间还包括：对阳极尾气燃烧腔(44)进行点火。