一种基于SOEC的蒸汽发生系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于SOEC的蒸汽发生系统及其控制方法，包括蓄水箱、磁力泵、耐压水箱、液体质量流量计和蒸汽发生器；所述蓄水箱、磁力泵、耐压水箱、液体质量流量计和蒸汽发生器通过管道依次连接；所述蒸汽发生器的蒸汽出口与蒸汽输送管道连接，将产生的蒸汽送至后续的用汽单元中；所述磁力泵与耐压水箱之间，设有用于调节流量的电磁调节阀a；所述液体质量流量计和蒸汽发生器之间，设有用于调节流量的耦合电磁阀；所述蒸汽输送管道分别与用汽单元和排空管道连接，且连接处分别设有用于管道开合的切断阀a和切断阀b。

【技术实现步骤摘要】
一种基于SOEC的蒸汽发生系统及其控制方法
本专利技术涉及固体氧化物电解技术(SOEC)领域，尤其涉及一种基于SOEC的蒸汽发生系统及其控制方法。
技术介绍
氢气因具有清洁、热值高、原料储量大、应用场景丰富等优势而越来越受到关注，成为我国开发新能源的载体，其大规模利用的前提是先要解决氢的制备问题，电解水制氢的产物和过程中均无任何污染物，是一种清洁的制氢方法。目前电解水制氢储能技术主要有碱性电解技术、固体聚合物电解技术(SPE)和固体氧化物电解技术(SOEC)。碱性电解技术最为成熟、成本最低，已经实现了大规模制氢应用，但是效率较低。SPE电解水制氢适用于波动性电源供电场合的应用，成本较高。固体氧化物水电解技术(SOEC)采用固体氧化物作为电解质材料，在高温下进行电氢转换，具有能量转化效率高不需要贵金属催化剂，电解电压低等优点，是当前最具前景的一种电解水技术。目前国外在SOEC领域开展研究的公司有德国的Sunfire公司，美国Idaho国家实验室、BloomEnergy，丹麦托普索燃料电池公司、韩国能源研究所以及欧盟Relhy高温电解技术发展项目，研究方向由电解池材料研究逐渐转向电解池堆和系统集成。从近几年的研究成果得知，美国Idaho国家实验室的项目SOEC电堆功率已达到15kW，德国Sunfire公司在2017年推出初期产品，加氢站已经开始进行示范。国内中国科学院大连化学物理研究所、清华大学、中国矿业大学、国家电网公司、中国科技大学在固体氧化物燃料电池研究的基础上，开展了SOEC相关研究工作。由于SOEC对材料要求十分苛刻，其研究方向也具有一定的针对性，如电解水在高温高湿条件下，Ni/YSZ氢电极中的Ni容易氧化失活的衰减机理和微观结构的调控研究；常规材料的氧电极在电解模式下存在严重的阳极极化和易发生脱层，氧电极电压损失远高于氢电极和电解质的损失，开发新型材料及新氧电极以降低极化损失的研究。在电堆集成方面，新型玻璃或玻璃–陶瓷密封材料以提高材料的使用寿命的研究。但对于电解池系统层面上的研究还很少，尤其在SOEC系统中各模块单元的专利技术创新更少。一般的，在SOEC系统中主要包括电解池堆单元、气体供应单元、水蒸气制备单元、气体预热单元、电解池充放电单元、尾气处理单元等。SOEC制氢系统在制氢的工作模式下，进气一般是氢和水蒸气的混合气，得到的产物是纯氢和纯氧，进气中需要有足够高含量的水蒸气以保证电解的顺利进行，高温水蒸气能否实现连续、精准、稳定的供应是影响SOEC系统顺利运行的关键因素之一，也是当前急需攻克的一个难题；同时，由于蒸汽单元产生的高温蒸汽一般在700℃左右，属于高温危险源，如何在连续稳定输出高温蒸汽的前提下提高系统单元的安全性能也是研究的关键点。目前，已经公布的与SOEC系统相关的专利如CN101067209A“高温蒸汽电解制氢电极测试装置”、CN101216495A“高温水蒸汽电解制氢在线测试系统及其测试方法”、CN105449250A“一种千瓦级可逆固体氧化物燃料电池—电解池测试系统”、CN208955118U“一种基于固体氧化物电解池的固体氧化物燃料电池尾气处理系统”等，但没有关于SOEC系统中蒸汽单元控制方法的相关报道。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于SOEC的蒸汽发生系统及其控制方法，以实现水蒸气连续、精准、稳定的供应，确保SOEC中蒸汽发生系统的顺利运行。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种基于SOEC的蒸汽发生系统，包括蓄水箱、磁力泵、耐压水箱、液体质量流量计和蒸汽发生器；所述蓄水箱、磁力泵、耐压水箱、液体质量流量计和蒸汽发生器通过管道依次连接；所述蒸汽发生器的蒸汽出口与蒸汽输送管道连接，将产生的蒸汽送至后续的用汽单元中；所述磁力泵与耐压水箱之间，设有用于调节流量的电磁调节阀a；所述液体质量流量计和蒸汽发生器之间，设有用于调节流量的耦合电磁阀；所述蒸汽输送管道分别与用汽单元和排空管道连接，且连接处分别设有用于管道开合的切断阀a和切断阀b。进一步地，所述耐压水箱、蒸汽发生器的顶部分别通过排气管道回连至蓄水箱内，且排气管道上分别对应设置有自动排气阀和安全阀。进一步地，所述磁力泵与电磁调节阀a之间，通过一循环管道回连至蓄水箱内，且该循环管道上设有用于调节流量的电磁调节阀b。进一步地，所述蓄水箱的底部设有排水口，其通过手阀a与排空管道连接，通过排空管道将蓄水箱内的水排空；所述排空管道出水口处设有手阀b。进一步地，所述耦合电磁阀与蒸汽发生器之间，设有止回阀。进一步地，所述蓄水箱上设有用于监测蓄水箱内水位的液位计L1；所述耐压水箱上设有用于监测耐压水箱内压力的压力表P1；所述蒸汽发生器上设有用于监测蒸汽发生器内温度的温度表T1。进一步地，所述蒸汽输送管道上设有压力表P2和温度表T2。更进一步地，还包括PLC控制系统，所述PLC控制系统的插脚分别信号连接液位计L1、磁力泵、电磁调节阀b、电磁调节阀a、压力表P1、液体质量流量计、耦合电磁阀、温度表T1、压力表P2、温度表T2、切断阀a和切断阀b，以及蜂鸣器。本专利技术还提供上述基于SOEC的蒸汽发生系统的控制方法，包括如下步骤：S1：液位计L1监测蓄水箱水位信号，并发送至PLC控制系统，PLC控制系统判定水位信号是否正常，异常则PLC控制系统向蜂鸣器发出信号，蜂鸣器报警，正常则进入步骤S2；S2：PLC控制系统向电磁调节阀a、电磁调节阀b发出启动信号，电磁调节阀a、电磁调节阀b执行动作，启动异常则向PLC控制系统反馈信号，PLC控制系统显示屏弹出异常窗口，同时向蜂鸣器发出信号，蜂鸣器报警，正常则进入步骤S3；S3：PLC控制系统向磁力泵发出启动信号，磁力泵执行动作，启动异常则向PLC控制系统反馈信号，PLC控制系统显示屏弹出异常窗口，同时向蜂鸣器发出信号，蜂鸣器报警，正常则自动排气阀自动控制排气，并进入步骤S4；S4：压力表P1监测耐压水箱内的压力信号，并将信号发送至PLC控制系统，PLC控制系统判定压力信号是否正常，异常则PLC控制系统向电磁调节阀a、电磁调节阀b发出调节信号，调整相应的开度；压力信号正常后进入步骤S5；S5：PLC控制系统向液体质量流量计、耦合电磁阀和切断阀b发出启动信号，液体质量流量计、耦合电磁阀和切断阀b执行动作，启动异常则向PLC控制系统反馈信号，PLC控制系统显示屏弹出异常窗口，同时向蜂鸣器发出信号，蜂鸣器报警，正常则进入步骤S6；S6：PLC控制系统向蒸汽发生器发出启动信号，蒸汽发生器执行动作，启动异常则向PLC控制系统反馈信号，PLC控制系统显示屏弹出异常窗口，同时向蜂鸣器发出信号，蜂鸣器报警，正常则进入步骤S7；S7：温度表T1监测蒸汽发生器内温度信号，并发送至PLC控制系统，PLC控制系统判定温度信号是否正常，异常则PLC控制系统显示屏弹出异常窗口，同时向蜂鸣器发出信号，蜂鸣器报警，正常则本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于SOEC的蒸汽发生系统，其特征在于，包括蓄水箱(1)、磁力泵(2)、耐压水箱(4)、液体质量流量计(5)和蒸汽发生器(8)；/n所述蓄水箱(1)、磁力泵(2)、耐压水箱(4)、液体质量流量计(5)和蒸汽发生器(8)通过管道依次连接；/n所述蒸汽发生器(8)的蒸汽出口与蒸汽输送管道连接，将产生的蒸汽送至后续的用汽单元(14)中；/n所述磁力泵(2)与耐压水箱(4)之间，设有用于调节流量的电磁调节阀a(3)；/n所述液体质量流量计(5)和蒸汽发生器(8)之间，设有用于调节流量的耦合电磁阀(6)；/n所述蒸汽输送管道分别与用汽单元(14)和排空管道连接，且连接处分别设有用于管道开合的切断阀a(10)和切断阀b(9)。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于SOEC的蒸汽发生系统，其特征在于，包括蓄水箱(1)、磁力泵(2)、耐压水箱(4)、液体质量流量计(5)和蒸汽发生器(8)；
所述蓄水箱(1)、磁力泵(2)、耐压水箱(4)、液体质量流量计(5)和蒸汽发生器(8)通过管道依次连接；
所述蒸汽发生器(8)的蒸汽出口与蒸汽输送管道连接，将产生的蒸汽送至后续的用汽单元(14)中；
所述磁力泵(2)与耐压水箱(4)之间，设有用于调节流量的电磁调节阀a(3)；
所述液体质量流量计(5)和蒸汽发生器(8)之间，设有用于调节流量的耦合电磁阀(6)；
所述蒸汽输送管道分别与用汽单元(14)和排空管道连接，且连接处分别设有用于管道开合的切断阀a(10)和切断阀b(9)。


2.根据权利要求1所述的基于SOEC的蒸汽发生系统，其特征在于，所述耐压水箱(4)、蒸汽发生器(8)的顶部分别通过排气管道回连至蓄水箱(1)内，且排气管道上分别对应设置有自动排气阀(12)和安全阀(13)。


3.根据权利要求2所述的基于SOEC的蒸汽发生系统，其特征在于，所述磁力泵(2)与电磁调节阀a(3)之间，通过一循环管道回连至蓄水箱(1)内，且该循环管道上设有用于调节流量的电磁调节阀b(11)。


4.根据权利要求1所述的基于SOEC的蒸汽发生系统，其特征在于，所述蓄水箱(1)的底部设有排水口，其通过手阀a(21)与排空管道连接，通过排空管道将蓄水箱(1)内的水排空；所述排空管道出水口处设有手阀b(22)。


5.根据权利要求1所述的基于SOEC的蒸汽发生系统，其特征在于，所述耦合电磁阀(6)与蒸汽发生器(8)之间，设有止回阀(7)。


6.根据权利要求3所述的基于SOEC的蒸汽发生系统，其特征在于，所述蓄水箱(1)上设有用于监测蓄水箱内水位的液位计L1(23)；所述耐压水箱(4)上设有用于监测耐压水箱内压力的压力表P1(17)；所述蒸汽发生器(8)上设有用于监测蒸汽发生器(8)内温度的温度表T1(20)。


7.根据权利要求6所述的基于SOEC的蒸汽发生系统，其特征在于，所述蒸汽输送管道上设有压力表P2(18)和温度表T2(19)。


8.根据权利要求7所述的基于SOEC的蒸汽发生系统，其特征在于，还包括PLC控制系统，所述PLC控制系统的插脚分别信号连接液位计L1(23)、磁力泵(2)、电磁调节阀b(11)、电磁调节阀a(3)、压力表P1(17)、液体质量流量计(5)、耦合电磁阀(6)、温度表T1(20)、压力表P2(18)、温度表T2(19)、切断阀a(10)和切断阀b(9)，以及蜂鸣器(15)。


9.权利要求8所述基于SOEC的蒸汽发生系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：液位计...

【专利技术属性】
技术研发人员：王绍荣，厉忠海，于跃，王栋，
申请(专利权)人：徐州普罗顿氢能储能产业研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32