microcogeneration system based on a high temperature proton exchange membrane (HT-PEM) fuel cell by means of parametric investigation. A mathematical model for a system consisting of a fuel processor (steam reforming reactor and water-gas shift reactor), a HT-PEM fuel cell stack, and the balance-of-plant components was developed. Firstly, the fuel processor performance at different fuel ratios and equivalence ratio was examined. It is shown that high fuel ratios of 0.9–0.95 and equivalence ratios of less than 0.56 are suitable for acceptable carbon monoxide content in the synthetic gas produced. Secondly, a parametric study of the system performance at different fuel and equivalence ratios using key system operating parameters was conducted. Steam-to-carbon ratio, stack operating temperature, and anode stoichiometry were varied to observe the changes in the microcogeneration system. The analysis shows that the system can reach electrical and cogeneration efficiencies of 30% and 84%, respectively."> 基于参数分析高温PEM燃料电池Microcogeneration系统 - raybet雷竞app,雷竞技官网下载,雷电竞下载苹果

国际化学工程杂志》上

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国际化学工程杂志》上/2016年/文章

研究文章|开放获取

体积 2016年 |文章的ID 4596251 | https://doi.org/10.1155/2016/4596251

Myalelo Nomnqa,丹尼尔•Ikhu-Omoregbe Ademola Rabiu, 基于参数分析高温PEM燃料电池Microcogeneration系统”,国际化学工程杂志》上, 卷。2016年, 文章的ID4596251, 14 页面, 2016年 https://doi.org/10.1155/2016/4596251

基于参数分析高温PEM燃料电池Microcogeneration系统

学术编辑器:迪帕克Kunzru
收到了 2016年3月23日
接受 2016年5月22日
发表 2016年6月23日

文摘

本研究着重于1的性能分析 microcogeneration系统基于高温质子交换膜燃料电池(HT-PEM)通过参数的调查。数学模型组成的一个系统燃料处理器(蒸汽重整反应器和水气交换反应堆),HT-PEM燃料电池堆栈,balance-of-plant组件开发。首先,燃料处理器性能在不同燃料比率和等价比率是检查。结果表明,高燃料比率的0.9 - -0.95和等价比率小于0.56适用于可接受的一氧化碳含量合成气体产生。其次,系统性能的参数研究在不同燃料和等价比率使用关键系统操作参数。Steam-to-carbon比率、堆栈操作温度和阳极化学计量学是不同观察microcogeneration系统的变化。分析表明,系统电和热电联产效率可以达到30%和84%,分别。

1。介绍

由于效率低下和污染与集中式发电,已经有越来越多的兴趣转向分布式发电系统(分散)。热电联产(或热电联产(CHP))被认为有潜力的主要节能和温室气体减排与大型发电站(相比1,2]。热电联产是结合生产的电力和热能从一个主要的能量来源。在住宅应用程序中,热电联产提供电力和热能(热水和空间加热)的家庭。燃料电池,特别是聚合物电解质膜(PEM)燃料电池和固体氧化物燃料电池(SOFC),被认为是替代基于燃烧技术利用以满足供暖需求。这是因为他们表现出效率高、低排放和噪音,模块化和低余热来驱动比(3]。低温PEM (LT-PEM)燃料电池最发达和广泛研究了PEM燃料电池类型,操作在相对较低的温度下(< 80°C)和全氟磺酸膜。基于LT-PEM Microcogeneration系统燃料电池被广泛证明和享受一些商业化的成功4];但是有弊与这种堆栈技术有关。例如,全氟磺酸膜的质子传导机制需要水管理系统,以防止洪水/干燥。低工作温度使LT-PEM燃料电池是容易一氧化碳中毒,因此需要99.99%的富氢气体。

的发展高温PEM燃料电池(HT-PEM)运营在较高温度(120°C - 200°C)克服了这些问题。因为质子传导机制在聚苯并咪唑(PBI)基于HT-PEM燃料电池是依赖于磷酸内容而不是膜水含量(5,6),需要复杂的水资源管理系统消除,从而简化系统设计。高温操作提高了PEM燃料电池的性能和运营优势,如公差一氧化碳(CO)的水平(7- - - - - -10]。HT-PEM燃料电池有一个宽容的公司高达3%的氢在0.8厘米−2和李200°C据et al。10]。改进的耐公司允许使用合成气体从各种燃料来源不需要复杂的公司清理系统(11- - - - - -15]。Gardemann et al。11)展示了一个紧凑的乙醇燃料处理器为小规模系统(200 W - 500 W) (11]。Maximini et al。12]报道的发展基于蒸汽转化为柴油燃料处理器操作。萨姆松等。13]探索启动策略基于利用电加热器燃料处理器加热过程中在不同的位置的柴油和煤油燃料处理器通过建模和实验。他们报道的一种改进启动时间的燃料处理器从22分钟到9.5分钟时应用策略。Authayanun et al。14]分析了丙三醇燃料处理器的集成和HT-PEM。他们认为steam-to-carbon比(S / C)的影响和改革温度对重整油气体成分。同样,佩纳et al。15)进行了灵敏度分析液化石油气的改革者加上5 kW系统的膜反应器转变结果显示改革的压力作为一个改善燃料处理器性能的关键参数。

最近已经有增加兴趣研究基于HT-PEM燃料电池热电联产系统。Authayanun et al。163)进行了比较研究 热电联产系统,基于HT-PEM LT-PEM美联储和纯氢,并使用一个从甘油重整油气体改革家。为纯氢操作LT-PEM系统表现出更好的性能,而HT-PEM为重整油操作系统表现出更好的性能在满载(4000 m−2)。类似的结果显示了Jannelli et al。17)当他们比较三个热电联产系统操作60°C, 160°C, 180°C,基于燃料堆不同的膜。他们的研究结果表明,HT-PEM系统有电和热电联产效率的40%和78%,分别。因为燃料电池系统并不总是在设计点,操作时减少对电能的需求,一些作者研究了非设计工况的性能。Arsalis et al。18]和Zuliani Taccani [19]研究1的部分负荷性能 HT-PEM热电联产系统,类似的结果显示,在部分负荷效率增加。调查表明,系统balance-of-plant (BoP)组件对系统性能没有显著影响负载时降低。所做的功纳杰菲et al。20.]表明,电效率可以从21.18%上升到29.21%,主要储蓄指数从6.07%到17.50%当LT-PEMFC堆栈被替换为一个HT-PEM堆栈在现有30 热电联产系统。

其他研究人员优化系统性能21- - - - - -23]。Rabiu et al。21]报道了应用热集成技术来优化2千瓦的换热器网络系统。Arsalis et al。22)使用两种技术进行优化:捏分析电效率的最大化和最小化混合整数非线性规划的换热器网络(鸡)年度成本。作者表明,这两种技术的组合可能会导致较低的母鸡年度成本8147美元/年,而不影响电效率。Arsalis et al。23)通过考虑热物理的参数优化热泵辅助热电联产系统在不同的负载。纳杰菲et al。24]探索使用的操作策略以减少电气和热输出功率的衰减的第一个15000小时30千瓦核电站。根据他们的恢复策略,422.6兆瓦的发电比381.3兆瓦时在正常运行期间生成系统。

本研究的目的是建立燃料处理器操作参数对性能的影响参数,比如组件收益率从燃料处理器,系统功率输出,及其相关的效率。未来的研究将把这些发现在优化研究探索热电联产系统操作参数的影响。

2。热电联产系统的建模

的示意图表示自然国家系统包括两个子系统,HT-PEM燃料电池和燃料处理子系统,如图1。假设天然气仅包含甲烷(CH4)。

2.1。甲烷蒸汽改革者(MSR)

提出的模型可以适用于任何动力学模型适合催化剂的类型。在这部作品中,内在动能表达式由徐和Froment26]nickel-alumina催化剂已广泛用于文学。反应动力学是基于Langmuir-Hinshelwood反应机制,包括蒸汽重整反应和水气交换(WGS)反应。两个全球反应计划被认为是和表达如下: 各自的速率方程如下:对甲烷蒸汽转化, water-gas-shift, 速率常数和吸附常数是由阿伦尼乌斯和范霍夫关系:

2.2。水煤气转移(WGS)

离开蒸汽重整油气体改革者是主要是氢的混合物(H2(CO),二氧化碳2)、水蒸气(H2O)、一氧化碳(CO)和少量的甲烷(CH4)。燃料电池堆栈中使用的铂催化剂很容易CO中毒的温度范围在其运作。因此,减少CO含量重整油气体,气体是美联储改变反应堆与H反应2O产生更多的H2。在WGS反应堆公司内容应降低到一个可接受的水平(燃料电池堆栈)不到2%。WGS反应器的动力学模型是金et al。(详细描述27),和全球反应被认为是表示如下:

2.3。催化燃烧室

蒸汽重整反应是吸热和需要提供热量进行。阳极催化燃烧室尾气是美联储,未反应的H2,CH4,公司被空气供应所需的热蒸汽改革家。额外的CH4也提供给燃烧室由于阳极尾气不足以维持所需的蒸汽温度的改革者。反应发生在燃烧室 氢的反应动力学(Schefer [28])甲烷(歌曲等。29日])和一氧化碳(斜面et al。30.使用])燃烧在铂催化剂。

对甲烷燃烧,

氢燃烧,

一氧化碳燃烧,

2.4。HT-PEM燃料电池堆栈

燃料电池堆栈模型是使用模块化方法开发的每个组件(流道、气体扩散层和催化剂层)是单独建模和连接方程在边界是用来连接相邻层。图2的示意图显示了建模域被认为是燃料电池模型。

基本假设(1)工作流体的化学成分都视为理想不可压缩气体,并充分开发层流。(2)单相运行。(3)等温操作。(4)在电解液没有反应物交叉。(5)浓差极化损失是被忽视的。(6)稳定的运行状态。(7)环境热损失是微不足道的。

2.4.1。气体通道子域名

气体中的氢和氧(O的消费渠道2)由于电化学反应发生和产生水蒸气。质量守恒的电化学反应导致的一组常微分方程的变化率摩尔浓度对流道内的轴向位置。质量守恒定律是解决沿轴向坐标( )的阳极和阴极如下: 在哪里 是总气体浓度的通道, 气速, 代表物种摩尔分数。源项 代表了物种的反应。源的物种参与反应(H2阿,2,和H2O)计算 在哪里 代表了电流密度和 每个物种的分子质量。质量守恒方程补充相关的边界。边界条件规定,每个物种在通道入口的摩尔浓度相等的各自的原料流。一阶有限差分方法(BFDM)与20离散点被用来解决流道的控制方程。

2.4.2。是子域名

意味着五组件是包含在模型:阳极和阴极气体扩散层,阳极和阴极电极,膜。只有大规模运输由于扩散被认为是意味着方向( )。气体扩散层中的质量运输被认为是1 d沿着扩散通量的方向。Stefan-Maxwell方程是描述GDL的传质: 在哪里 是物种之间的有效的二进制扩散系数 代表的摩尔通量的物种 。提出的相关交通等。31日)是用来确定二进制扩散系数(18),随后被纠正使用布莱格曼的相关帐户的弯曲度和多孔介质孔隙度(19)。二阶中心有限差分法和离散点是用来解决GDL的控制方程:

2.4.3。电化学模型

HT-PEMFC中的电化学反应发生在薄薄的催化剂区靠近电极和膜。在这个工作假设电化学反应只发生在GDL / CL接口,以及接口等催化剂层建模。这种简化已广泛应用于单元和系统级分析。反应物种的浓度(H2和O2)在催化剂界面确定使用菲克扩散定律(32]: 代表物种的浓度在催化剂表面, 的平衡浓度的酸薄膜研究温度,然后呢 膜厚度。物种的浓度溶解在薄膜边界( 从他们的溶解度(计算)32]: 在哪里 物种的摩尔分数在电极/电解质界面。使用的相关性Cheddie和门罗33是用来计算的溶解度和扩散系数2在磷酸,而扩散系数和溶解度的H2是假定的两倍和四倍啊2,分别。由于电化学反应激活过电压计算使用Butler-Volmer方程氧气还原反应和氢氧化反应: 近似交换电流密度在哪里 由于重整油气体操作,CO中毒对阳极催化剂层的影响占使用修改后的电流密度( )[34]: 表面的温度依赖性的报道反应由有限公司网站( )是通过相关受雇于Dhar et al。35]: 遵循欧姆定律和欧姆损失是由一个电阻电解质的离子通过膜。质子导电率( )作为温度的函数和酸掺杂水平( )符合阿伦尼乌斯法律获得Cheddie和门罗33]: 总电压( )是由 热力学平衡的潜力( 使用能斯特方程):

2.5。热交换器

热交换器的热分析是基于转移的数量单位(南大)方法基于换热器效能的概念( )。热交换器的有效性是实际传热速率的比值的热力学限制最大可能如果无限传热面积,传热率。为错流紧凑热交换器与两种液体混合的, 南大函数

2.6。系统性能参数

中使用的目标函数,分析系统性能的燃料处理器效率( ),燃料消耗( ),电效率( )和热电联产效率( )。燃料处理器效率被定义为氢气的比例中可用的燃料处理器和化学物质的数量输入气体(甲烷)进入系统: 在哪里 氢的质量流率在阳极进口和 总质量流量是甲烷的消耗。燃料转换/消费率是应用最广泛的参数评估燃料处理器性能定义为 在哪里 是在MSR出口和甲烷流量吗 在MSR甲烷流量入口。电效率被定义为电力输出的比例从燃料电池堆栈除以化学能的氢燃料处理器: 在哪里 代表了电力生产燃料电池堆栈。系统热电联产效率被定义为热能和电能的总和除以甲烷的消耗数量: 在哪里 是热电联产换热器的热能可恢复。系统模型是实现在商业应用程序中,gPROMS模型构建器版本3.6.0 PSE有限公司(36]。计算站包括一个64位的Windows平台,8 GB RAM和英特尔(R)的核心i5 3.20 GHz处理器。期间的gPROMS DASolver用于解决数值函数模拟。

3所示。模型验证

从模型中获得的燃料电池的特点和实验结果从Bujlo et al。37在不同的操作条件比较图)3。模型校准使用gPROMS参数估计模块的燃料电池电化学参数(表1)估计预测模型的性能的实验。可以注意到在图3,有一个可接受的协议模型和实验结果,验证了模型的有效性。为了验证燃料处理器模型的有效性,仿真结果与文献结果相比。两组数据被选为这个目的,实验数据由Di Bona et al。38荣格)和数值数据等。39]。


参数 价值

GDL孔隙度 0.6
膜厚度(m) 4×10−5
阳极膜厚度(m) 2.5×10−9
阴极膜厚度(m) 1.48×10−9
阳极参考交换电流密度(A / m2) 1440年
阴极参考交换电流密度(A / m2) 0.0004
阳极催化剂表面积(m2/ g) 64年
阴极催化剂的表面积(m2/ g) 32.25
阳极催化剂加载(毫克/厘米2) 0.2
阴极催化剂加载(毫克/厘米2) 0.4
在阳极传递系数 0.5
在阴极传递系数 0.5
阳极参考浓度(摩尔/厘米3) 0.0002
阴极参考浓度(摩尔/厘米3) 0.0004
阳极活化能(焦每摩尔) 16000年
阴极活化能(焦每摩尔) 54066年
阳极参比电池温度(K) 433.15
阴极参比电池温度(K) 373.15
反应顺序 1

4比较仿真、实验和数值结果的干气组成的出口WGS反应堆。仿真结果从这个工作也同意这些数据集。类似于燃料处理器验证,验证了本文开发的热电联产系统使用数值和实验数据从HT-PEM文学19]和LT-PEM [25)为基础的系统。在Zuliani Taccani [19商业软件Aspen +采用模拟自然国家系统的性能使用能量平衡。它可以指出在桌子上2热电联产系统相比,本文的数据HT-PEM系统,显示类似的电,燃料处理器、温度和热电联产效率。Briguglio et al。25)进行了实验探索使用直接注水的阴极LT-PEM系统运行在73°C作为热回收策略为热电联产应用程序从堆栈和适用性。LT-PEM系统具有较高的电效率44%(疱疹)和降低热效率为36%(疱疹)相比,该系统由作者开发的。


变量 HTPEM HTPEM (19] LTPEM (25]

操作条件
电流密度(A / m2) 3000年 4200年 2000年
工作温度(K) 423年 433年 347年
Steam-carbon-ratio 3 3.5 - - - - - -
燃料化学计量学 1.25 1.2 1
空气化学计量学 2 2 - - - - - -
系统输出
权力(W) 1000年 1000年 4800年
电池电压(V) 0.55 0.5 0.74
燃料处理器效率(低热值) 80.9 78年 - - - - - -
电效率(低热值) 27.7 26 44
热效率(低热值) 51.7 52 36
热电联产效率(低热值) 79.4 78年 80年
燃料类型 NG NG

基于它的值
数值数据,作者也
HT-PEM系统的数值数据
LT-PEM系统的实验数据。

4所示。仿真结果

一个参数研究调查不同操作参数对系统性能的影响。因此,研究燃料处理器的行为变化的混合效果的燃烧室当量比和燃料比系统的性能被认为是第一个。在此基础上,一个案例研究的四个操作点的基础上,选择这两个参数的组合。

选择4分,所需的约束,如燃料电池阳极的CO浓度入口得到满足。从设计的角度来看,维护现实维度的热电联产系统,燃料电池堆栈设计参数如表所示3和热交换器的几何图形都保持不变的情况下考虑。


参数 价值

堆栈操作温度(K) 423年
电流密度(A / m2) 3000年
没有细胞的堆栈 65年
燃料电池有效面积(m2) 0.01

4.1。燃烧器操作参数

作为一个初步调查,燃烧参数变化的影响(燃料比和当量比)燃料处理器性能研究。燃烧的燃料和空气是化学反应强烈取决于燃烧室的燃料和空气组成。燃料比(FR)被定义为流量的总和的比例燃烧燃料(辅助CH4在阳极和可燃气体废气)的CH4流量改革者;这是不同的通过增加辅助CH4流量进入燃烧室。等价比率( )被定义为实际的燃料/化学计量氧化剂(空气)比规范化的燃料/氧化剂比进入燃烧室(40]: 5等高线图给出了模拟的情况下进行的燃料比率范围(0.75 - -0.95)和等价比率范围(0.45 - -0.75)。综合效应的结果总结了燃料比和当量比块MSR的温度和WGS反应堆,燃料处理器效率和油耗率。数据5(一个)5 (b)显示在MSR的出口温度和WGS反应堆。可以看出,增加了当量比和燃料比导致反应器出口温度的上升。仿真表明,反应器出口的温度最高的时候 方法统一为所有燃料比率。这是由于燃烧热的增加,由于增加了燃烧室的燃料转换引起的热量转移到改革反应堆。图5 (c)显示为等价比率少0.56燃料处理器效率增加而增加燃料比率(一个反应堆温度的类似的趋势)。然而,效率的峰值是可见的在不同燃料比率等价比率大于0.56。如果燃料比高于峰值燃料比燃料处理器效率降低。这意味着改革温度高于1020 K时,燃料处理器效率下降。

燃料处理器效率取决于H2生产速度燃料MSR和WGS反应堆。增加蒸汽转化温度MSR的反应率的增加和减少WGS反应。因为反应速率的大小WGS MSR反应堆反应较低,H2生产预计将在MSR反应堆高温。在WGS反应堆高温操作的影响WGS反应是可见的,因为这个反应的大小。温度越高导致更少的公司被转换为H2,减少了H2产量从燃料处理器,这可以解释观察到的峰值在燃料处理器效率。另一个重要的变量来衡量燃料处理器是燃料消耗的性能/转换。图5 (d)显示了两个燃料的燃料消耗和处理器之间的关系参数。因为燃料消耗和燃料处理器效率有关,他们预计将表现出同样的趋势。然而,结果表明,燃油消耗达到峰值不像燃料处理器效率。与燃料处理器效率不同,燃料消耗只取决于CH4改革在MSR反应堆。正如上面提到的增加改革的温度导致增加CH4转换对H2的类似的趋势。这就解释了燃料消耗和MSR反应堆燃料时温度和等价比率是多种多样的。

重要的是要考虑燃料处理器参数如何影响重整油气体的质量。李等人。40)表明,合成天然气产量最大化从蒸汽改革者,用于SOFC MCFC,燃料比不得超过80%。在这工作的影响不同的燃料比和当量比重整油气体成分。图6介绍了重整油的浓度(干基)物种进入燃料电池堆栈。它可以表示在图6(一)的CH4浓度随当量比增加的范围内燃料的比率。这是符合图所示5 (d)对CH,说明增加温度的影响4消费。图6 (c)描绘一个增加的趋势在H2当燃料比浓度增加在每一个等价比率。H的最高价值2获得79.3%的浓度在高燃料和等价比率。图6 (d)显示了一氧化碳浓度燃料处理器。燃料比率在0.75和0.85之间,减少CO浓度时观察等价比率增加。然而,当等效比例达到0.56,CO浓度开始增加。燃料比率高于0.85,CO的浓度已经观察到与等价比率增加单调。

4.2。系统操作参数

调查系统的行为在不同的操作条件下,四个操作点,根据不同组合的燃料比和等价比率,是选择和展示在表4。选择操作点,覆盖范围广泛的公司进口到燃料电池堆栈。不同的S / C比值的影响(2.5 - 4)燃料处理器的性能提出了数字78。图中可以看到7增加了S / C比从2.5到4结果在14.67%,13.92%,12.49%,和11.3%增加燃料处理器效率情况下,B, C和D,分别。这种行为的主要原因是增加了S / C比值有积极影响的动力学反应堆的燃料处理器。它增加蒸汽转化和water-gas-shift反应的速率在MSR ((1)和(2))和water-gas-shift反应20.在反应堆的转变(6)。这是增加的净效应H2含量(以干基)四个病例的重整油气体进入燃料电池堆栈。计算出的一氧化碳浓度(干基)的重整油气体进入燃料电池堆栈不同的S / C比值呈现在图8。预期,增加从2.5到4 S / C比减少了一氧化碳浓度为50.5%,57.3%,65.6%,和68.3%的情况下,B, C和D,分别。减少CO浓度和强大的影响力在燃料处理器效率是同意Ersoz和Sayar发布的工作41自热式基础进行系统。


参数 情况下 案例B 案例C 例D

等价比率 0.55 0.53 0.51 0.50
燃料比 0.80 0.85 0.90 0.95
燃料处理器效率 0.854 0.853 0.854 0.855
有限公司阳极入口(%) 0.34 0.42 0.57 0.72

的影响不同的燃料电池堆栈操作温度系统的性能数据所示910。从图9,可以看出增加堆栈操作温度导致增加堆栈平均槽电压情况下视为预期。这是一个改进的结果细胞催化剂层中的反应动力学,减少相关的电压损失(32]。为每种情况解释观察到的行为在图9,我们考虑两种情况(A和D)。每一次的操作点表4导致不同的一氧化碳成分堆栈阳极入口,以防最低最高(0.32%),以防D (0.72%)。结果,结果最高电压和案件D对所有温度最低的一个。它也可以指出,虽然有小的差别在较低温度下电池电压,案例和案例B在高温下表现出更好的性能,因为在阳极入口CO含量低。图10介绍了堆栈电效率的变化在不同的堆栈操作温度。因为电力的堆栈栈电压成正比,这一趋势类似于电压在不同操作温度下观察(20.]。

阳极化学计量比系统中是一个重要的参数,因为它决定了燃料在燃烧室的浓度(42)和操作温度。的系统性能进行了模拟四阳极化学计量比(1.25 - -1.55)和结果呈现在图11。随着化学计量比的增加,阳极尾气中氢的摩尔分数增加。这将导致增加燃烧室温度和改革者,从而增加燃料处理器效率和系统热效率。燃烧气体温度的增加也会导致大量的热量用于热力发电的热电联产换热器(HX-1)。越来越趋势在热电联产效率从79%到82%的一个增量(从1.25到1.55)在阳极化学计量比的情况下c .虽然增加了化学计量比的结果更好的热电联产效率,这是损害堆栈的电效率降低。更高的热量转移到改革者在阳极入口导致增加公司的水平,后来导致电池电压下降。电效率上的化学计量比的效果也显示在图11和减少的趋势可以观察到的情况下考虑。

表面情节是为了调查的敏感性产生电和热电联产效率三个参数的变化。在这一过程中,改变两个参数的影响在一个模拟可以确定。为分析案例C被认为是。数据1213电的敏感性和热电联产系统的效率。最大的系统最优点电效率可以从数据定义12(一个),12 (b),12 (c)。它对应于S / C比值高,高温,降低阳极化学计量学。以类似的方式,表面情节描绘的敏感性热电联产效率所呈现的三个参数的数据(13日),13 (b),13 (c)。为最大化热电联产效率高的阳极化学计量学,S / C比值高,高温的最佳点。电气或热电联产效率最大化的选择取决于选择的经营战略最终用户(43]。两种常用的策略是电力负荷和热负荷驱动操作驱动的。电力负载驱动的操作系统的操作,以满足电力需求操作点最大化电效率将被认为是最佳的。同样高的用户热负荷需求,最大化热电联产效率将是首选。

5。结论

在这项工作中,模型1 HT-PEM燃料电池热电联产系统适合住宅应用程序。在我们调查的第一部分,参数研究燃烧室参数(燃料比和当量比)。结果表明,尽管燃料比和当量比导致燃料处理器效率高,导致高水平的公司内容的重整油气体燃料电池堆栈是不能接受的。使用四个操作点代表燃料比和当量比的组合,热电联产系统的参数研究。变化的steam-carbon比率,堆栈操作温度和阳极系统性能被认为是化学计量比。增加SC比率(2.5 - -4.0)导致增加燃料处理器性能,降低阳极公司摩尔分数小于0.4%的情况下。增加显示的堆栈平均电压是由于较低的公司在阳极进气摩尔分数。结果表明:增加堆栈操作温度(403 - 443 K)电效率从34.84%增加到38.34%情况下a也表明,在高温操作的结果增加了所有情况下,电压较低的情况下公司内容更好的性能是在高温下获得的。增加了阳极化学计量比从1.25到1.55在热电联产效率具有积极的影响,电效率下降,表明阳极化学计量学在调节系统负荷需求是非常有用的。

符号

浓度(摩尔/ m3)
: 热容比
: 活化能(焦每摩尔)
: 法拉第常数(C /摩尔)
十六进制: 热交换器
: 交换电流密度(A / m)
: 反应速率常数(kmol酒吧0.5/ h)
: 吸附常数(1 /条)
: 平衡常数
求得: 低热值(焦每千克)
: 质量流率(公斤/ s)
: 数量的电子转移
: 数量的传输单元
: 分压(Pa)
: 反应速率(kmol / s )
: 通用气体常数(kJ / kmol K)
: 温度(K)
: 电压(V)
: 权力(W)
: 酸掺杂水平(-)
: 摩尔分数(-)。
希腊
: 效率
: 热交换器效率
: 传递系数
: 部分催化剂表面覆盖的有限公司
下标和标
: 激活
: 阳极
: 阴极
细胞: 单个细胞
cogen: 热电联产
埃尔:
情商: 平衡
: 组件
: 反应
缴纳: 开路电压
欧姆: 欧姆
牛: 氧化
理查德·道金斯: 减少
th: 热。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

财政援助的国家研究基金会(NRF)对这个研究特此承认。观点和结论抵达那些作者,不一定是归因于NRF。作者要感谢Yusuf博士Isa德班理工大学的帮助他发展的模型。

引用

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