直接內(nèi)重整熔融碳酸鹽燃料電池的建模與控制.pdf

1、21世紀(jì),世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展和資源環(huán)境的矛盾日益突出.燃料電池技術(shù),特別是熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)技術(shù)是一種高效環(huán)保的化石燃料利用技術(shù),在MCFC當(dāng)中加入直接內(nèi)重整以后可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的效率,降低系統(tǒng)的復(fù)雜程度和成本.近些年世界各地許多實驗性DIR-MCFC電站的建立和運(yùn)行證明了這種技術(shù)的有效性.但是成本,穩(wěn)定性和壽命等問題仍然困擾著科學(xué)家,成為這種高效環(huán)保發(fā)電技術(shù)進(jìn)一步向商業(yè)化發(fā)展的主要障礙. 為了改進(jìn)DIR-MCFC的性能

2、,就需要更加深入得了解DIR-MCFC內(nèi)部的特性.然而,DIR-MCFC工作在高溫(650℃)、封閉、復(fù)雜的環(huán)境下,內(nèi)部狀態(tài)測量極為困難,試驗分析代價很高,有時幾乎是不可能的,目前還只能小規(guī)模地對DIR.MCFC的部分參數(shù)和變量進(jìn)行測量和分析.相對而言,對DIR-MCFC的數(shù)值分析成本較低,并且可以加深對DIR-MCFC內(nèi)部一些物理量的分布和反應(yīng)機(jī)理的認(rèn)識.本文對DIR-MCFC內(nèi)部特性建模和溫度控制進(jìn)行了研究,取得了較好效果,主要工作

3、和內(nèi)容如下: (1)基于物質(zhì)、動量和能量守恒定律及一系列物理和化學(xué)方程,對DIR-MCFC的工作原理、電堆及三維特性進(jìn)行理論分析,為后面章節(jié)進(jìn)一步建立模型和進(jìn)行控制打下基礎(chǔ). (2)在模型假設(shè)條件下對模型進(jìn)行了簡化分析,應(yīng)用已知的實驗數(shù)據(jù),建立了一個兩維簡化模型,應(yīng)用反復(fù)迭代的方法得出了電池內(nèi)部溫度分布和化學(xué)反應(yīng)速率分布的曲線.仿真的結(jié)果有助于控制方案和流場設(shè)計以及電池材料的選擇.通過對仿真的分析提出了一種通過改善電池內(nèi)

4、部重整反應(yīng)催化劑擔(dān)量來改善電池內(nèi)部溫度分布的方法. (3)在對DIR-MCFC特性分析的基礎(chǔ)上,應(yīng)用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識方法建立了電池的燃料利用率控制模型和溫度控制模型.通過仿真結(jié)果與實驗結(jié)果的比較,表明了上述模型的有效性. (4)以建立的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型為對象,應(yīng)用雙通道控制策略對DIR-MCFC進(jìn)行控制,通道一的控制量是陽極氣體流速被控量是陽極氣體的利用率,通道二的控制量是陰極氣體流速被控量是電池體出口的溫度.仿真分