【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及液基燃料电池，具体是一种液基燃料电池气化系统及控制方法。
技术介绍
1、柴油是二次能源，多用于重型或载重机车，传统高效柴油机的能源转化效率也只有30％左右。柴油重整制氢技术可将柴油原位转化为合成气，再通过固体氧化物燃料电池(sofc)将其化学能直接转变成电能，能源转化效率可在50％以上。目前，柴油已成为sofc领域的重要氢源之一，基于柴油重整制氢的sofc在船舶动力、野外营地、应急电源等分布式发电领域应用前景十分广阔。
2、柴油重整制氢的初步工艺是将柴油和去离子水气化分别产生符合要求的稳定柴油蒸汽和水蒸气，再经充分混合后从而进行后续的重整反应制取合成气。柴油重整制氢相较于其他燃料重整制氢存在以下难点：1、柴油是复杂多碳烃类混合物，且其重整往往需要较高的水碳比(可高达20:1)，因此需要更多蒸发水量；2、柴油在常压下的沸点较高(300℃-400℃)，其气化需要有较高品位的热源；3、柴油重整更易积碳，更加依赖于柴油蒸汽和水蒸气二者流量的稳定供应和精确调节；4、由于柴油蒸汽温度较高一般已超过其燃点，为保证气化的安全性，气化后的柴油蒸汽管路中应避免存有空气；5、水蒸气温度(200℃以内)远低于柴油蒸汽温度且其流量远大于柴油蒸汽，若将柴油蒸汽与水蒸气直接混合，可能导致柴油蒸汽的再冷凝破坏气化效果。因此，柴油重整制氢不同于常规的天然气重整制氢，其难度更高、能耗巨大，因此亟待解决。
技术实现思路
1、为了避免和克服现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供了一种液基燃料电
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种液基燃料电池气化系统，包括用于加热柴油的第一燃烧室以及用于加热水的第二燃烧室,油箱内的柴油通入第一燃烧室中，第一燃烧室以及第二燃烧室上分别布置有用于燃烧燃料的第一燃烧器以及第二燃烧器，第一燃烧器以及第二燃烧器均以油箱内的柴油作为燃料，柴油在两燃烧器内燃烧产生的高温烟气与通过两燃烧室的柴油以及水换热；
4、第一燃烧室以及第二燃烧室的排出介质分别通入第一缓冲罐以及第二缓冲罐内，第一缓冲罐以及第二缓冲罐用于使气液分离；两缓冲罐内的分离蒸汽通往混合模块内引射混合；第一缓冲罐内分离的柴油液体重新输送至油箱内，第二缓冲罐内的分离的水重新输送至去离子水箱内；
5、第二缓冲罐内的分离水蒸气通过水蒸气预热器后再进入混合模块内，第一燃烧室以及第二燃烧室的排出烟气均通往水蒸气预热器内，与离开第二缓冲罐的分离水蒸气换热。
6、作为本专利技术进一步的方案：第一缓冲罐的柴油蒸汽排出口处安装有柴油蒸汽流量计以及柴油蒸汽调节阀，第二缓冲罐的水蒸气排出口处设置有水蒸气流量计以及水蒸气调节阀，柴油蒸汽流量计、柴油蒸汽调节阀、水蒸气流量计以及水蒸气调节阀均与控制模块连接；第一缓冲罐的柴油蒸汽排出口处以及水蒸气预热器的水蒸气排出口处均安装有温度传感器以及压力传感器。
7、作为本专利技术再进一步的方案：去离子水箱通过去离子水输送管路与第二燃烧室的介质入口连通，去离子水输送管路上设置有用于输送去离子水的第四输送泵，第二燃烧室的介质入口处安装有流量计；去离子水输送管路还通过去离子水回流管与去离子水箱连通以供去离子水回流，去离子水回流管上设置有调节阀。
8、作为本专利技术再进一步的方案：所述第一缓冲罐以及第二缓冲罐上均设置有温度传感器、压力传感器以及液位计；第一缓冲罐与介质出口之间的连接管路上还设置有氮气吹扫模块。
9、作为本专利技术再进一步的方案：油箱通过介质输送管路与第一燃烧室的介质入口连通，介质输送管路上安装有第三输送泵，第一燃烧室的介质入口处安装有流量计；介质输送管路还通过介质回流管与油箱连通以供介质回流，介质回流管上设置有调节阀。
10、作为本专利技术再进一步的方案：油箱通过两燃料输送管路分别为第一燃烧器以及第二燃烧器供给柴油燃料，两燃料输送管路上分别设置有用于输送柴油的第一输送泵以及第二输送泵，第一燃烧器以及第二燃烧器的入口处均设置有流量计，两燃料输送管路还通过燃料回流管路与油箱连通以供柴油燃料回流，两燃料回流管路上均设置有调节阀以调节燃料回流量。
11、作为本专利技术再进一步的方案：第一燃烧室内沿轴向开设有烟气通道，烟气通道的两端分别与第一燃烧室的烟气进口以及烟气出口连通，烟气通道内沿轴向布置有用于输送柴油介质的螺旋管，螺旋管的两端分别与介质入口以及介质出口连通，柴油介质经螺旋管时与烟气通道内的高温烟气换热；第二燃烧室与第一燃烧室结构相同。
12、作为本专利技术再进一步的方案：两燃烧室内的介质与高温烟气逆流换热。
13、一种液基燃料电池气化系统的控制方法：包括如下步骤：
14、s1、通过控制模块通过读取柴油蒸汽的体积流量m柴来设定水的基准蒸发体积流量m水，
15、
16、
17、其中，n柴为柴油的摩尔质量；
18、n水为水的摩尔质量；
19、n为柴油分子的碳原子数；
20、λ为水碳比，
21、θ为基准水碳比，由柴油重整制氢所用催化剂决定；
22、ρ(p柴,t柴)为柴油蒸汽密度，由第一缓冲罐的温度以及压力传感器测量数值查表确定；
23、ρ(p水,t水)为水蒸气密度，由第二缓冲罐的温度以及压力传感器测量数值查表确定；
24、s2、当水蒸气流量低于m水时，加大水蒸气调节阀开度的同时减小柴油蒸汽调节阀开度，以确保重整催化剂不积碳；
25、当水蒸气流量高于105％m水时，减小水蒸气调节阀开度；
26、当水蒸气流量位于105％m水和m水之间时，水蒸气调节阀以及柴油蒸汽调节阀的开度维持不变；
27、s3、通过温度传感器以及压力传感器测量柴油蒸汽温度柴油蒸汽压力水蒸气温度以及水蒸气压力
28、当时，表明水蒸气预热器的出口水蒸气温度达到合适范围；
29、当时，加大第一输送泵以及第二输送泵的输送流量并降低两燃料回流管路上调节阀的开度；
30、其中，ts，柴为对应的柴油蒸汽饱和温度。
31、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
32、1、本专利技术以高热值液体燃料-柴油作为燃烧器燃料，使气化后的柴油蒸汽以及水蒸气充分利用了柴油燃烧所释放的高品位能量，大幅降低了柴油重整制氢的能耗，且降低了重整制氢的难度。
33、2、本专利技术的柴油以及水经过多层的螺旋管与烟气通道内的烟气逆流换热，一方面利用了旋流强化效应，另一方面可充分吸收管外的烟气辐射热量和燃烧室壁面辐射热量，实现了介质的高效蒸发。
34、3、本专利技术在燃烧室的介质出口处增设了缓冲罐，通过缓冲罐内的气液分离器分离气相介质以及液相介质，确保了纯气相介质的稳定供应；通过在缓冲罐出口设置流量计及调节阀，并引入了sofc电堆在不同工作阶段下柴油蒸汽与水蒸气二者的流量的控制方法本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种液基燃料电池气化系统，其特征在于，包括用于加热柴油的第一燃烧室(1)以及用于加热水的第二燃烧室(7),油箱(6)内的柴油通入第一燃烧室(1)中，第一燃烧室(1)以及第二燃烧室(7)上分别布置有用于燃烧燃料的第一燃烧器(11)以及第二燃烧器(71)，第一燃烧器(11)以及第二燃烧器(71)均以油箱(6)内的柴油作为燃料，柴油在两燃烧器内燃烧产生的高温烟气与通过两燃烧室的柴油以及水换热；
2.根据权利要求1所述的一种液基燃料电池气化系统，其特征在于，第一缓冲罐(2)的柴油蒸汽排出口处安装有柴油蒸汽流量计以及柴油蒸汽调节阀，第二缓冲罐(9)的水蒸气排出口处设置有水蒸气流量计以及水蒸气调节阀，柴油蒸汽流量计、柴油蒸汽调节阀、水蒸气流量计以及水蒸气调节阀均与控制模块(5)连接；第一缓冲罐(2)的柴油蒸汽排出口处以及水蒸气预热器(3)的水蒸气排出口处均安装有温度传感器以及压力传感器。
3.根据权利要求2所述的一种液基燃料电池气化系统，其特征在于，去离子水箱(8)通过去离子水输送管路与第二燃烧室(7)的介质入口连通，去离子水输送管路上设置有用于输送去离子水的第四
4.根据权利要求2所述的一种液基燃料电池气化系统，其特征在于，所述第一缓冲罐(2)以及第二缓冲罐(9)上均设置有温度传感器、压力传感器以及液位计；第一缓冲罐(2)与介质出口(13)之间的连接管路上还设置有氮气吹扫模块(21)。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的一种液基燃料电池气化系统，其特征在于，油箱(6)通过介质输送管路与第一燃烧室(1)的介质入口(12)连通，介质输送管路上安装有第三输送泵(63)，第一燃烧室(1)的介质入口(12)处安装有流量计；介质输送管路还通过介质回流管与油箱(6)连通以供介质回流，介质回流管上设置有调节阀。
6.根据权利要求1～4中任意一项所述的一种液基燃料电池气化系统，其特征在于，油箱(6)通过两燃料输送管路分别为第一燃烧器(11)以及第二燃烧器(71)供给柴油燃料，两燃料输送管路上分别设置有用于输送柴油的第一输送泵(61)以及第二输送泵(62)，第一燃烧器(11)以及第二燃烧器(71)的入口处均设置有流量计，两燃料输送管路还通过燃料回流管路与油箱(6)连通以供柴油燃料回流，两燃料回流管路上均设置有调节阀以调节燃料回流量。
7.根据权利要求1～4中任意一项所述的一种液基燃料电池气化系统，其特征在于，第一燃烧室(1)内沿轴向开设有烟气通道，烟气通道的两端分别与第一燃烧室(1)的烟气进口(14)以及烟气出口(15)连通，烟气通道内沿轴向布置有用于输送柴油介质的螺旋管(16)，螺旋管(16)的两端分别与介质入口(12)以及介质出口(13)连通，柴油介质经螺旋管(16)时与烟气通道内的高温烟气换热；第二燃烧室(7)与第一燃烧室(1)结构相同。
8.根据权利要求7所述的一种液基燃料电池气化系统，其特征在于，两燃烧室内的介质与高温烟气逆流换热。
9.根据权利要求2～4中任意一项所述的一种液基燃料电池气化系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种液基燃料电池气化系统，其特征在于，包括用于加热柴油的第一燃烧室(1)以及用于加热水的第二燃烧室(7),油箱(6)内的柴油通入第一燃烧室(1)中，第一燃烧室(1)以及第二燃烧室(7)上分别布置有用于燃烧燃料的第一燃烧器(11)以及第二燃烧器(71)，第一燃烧器(11)以及第二燃烧器(71)均以油箱(6)内的柴油作为燃料，柴油在两燃烧器内燃烧产生的高温烟气与通过两燃烧室的柴油以及水换热；
2.根据权利要求1所述的一种液基燃料电池气化系统，其特征在于，第一缓冲罐(2)的柴油蒸汽排出口处安装有柴油蒸汽流量计以及柴油蒸汽调节阀，第二缓冲罐(9)的水蒸气排出口处设置有水蒸气流量计以及水蒸气调节阀，柴油蒸汽流量计、柴油蒸汽调节阀、水蒸气流量计以及水蒸气调节阀均与控制模块(5)连接；第一缓冲罐(2)的柴油蒸汽排出口处以及水蒸气预热器(3)的水蒸气排出口处均安装有温度传感器以及压力传感器。
3.根据权利要求2所述的一种液基燃料电池气化系统，其特征在于，去离子水箱(8)通过去离子水输送管路与第二燃烧室(7)的介质入口连通，去离子水输送管路上设置有用于输送去离子水的第四输送泵(81)，第二燃烧室(7)的介质入口处安装有流量计；去离子水输送管路还通过去离子水回流管与去离子水箱(8)连通以供去离子水回流，去离子水回流管上设置有调节阀。
4.根据权利要求2所述的一种液基燃料电池气化系统，其特征在于，所述第一缓冲罐(2)以及第二缓冲罐(9)上均设置有温度传感器、压力传感器以及液位计；第一缓冲罐(2)与介质出口(13)之间的连接管路上还设置有氮气吹扫模块(21)。
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈永东，宋嘉梁，林欣，张艳伟，刘兆锴，彭小敏，韩冰川，邹宏伟，
申请(专利权)人：合肥通用机械研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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