本公开公开了一种固体氧化物燃料电池系统的重整器测试装置，包括重整器、蒸汽发生器、电加热器、换热器、燃烧器、水冷装置和气相色谱仪；重整器的空气入口连接电加热器的出口，重整器的燃气入口连接蒸汽发生器的出口；电加热器的入口与蒸汽发生器的出口连接，蒸汽发生器与电加热器和重整器之间均设置开关；重整器的空气出口连接水冷装置的入口，重整器的燃气出口连接换热器的燃气入口；换热器的燃气出口连接燃烧器的燃气入口，燃烧器的出口连接水冷装置的入口；换热器的燃气出口还连接气相色谱仪；本公开普遍适用于固体氧化物燃料电池系统重整器的测试，可以测试部分氧化重整器和蒸汽重整器的重整特性、可靠性等方面。可靠性等方面。可靠性等方面。
【技术实现步骤摘要】
一种固体氧化物燃料电池系统的重整器测试装置与方法
[0001]本公开属于固体氧化物燃料电池
，尤其涉及一种固体氧化物燃料电池系统的重整器测试装置与方法。
技术介绍
[0002]固体氧化物燃料电池(SOFC)是第三代高温燃料电池，可利用电化学过程将燃料中的化学能直接转化为电能，减少中间的能量损耗，是一种清洁高效的发电设备，其工作温度在600
‑
1000℃，具有效率高、可靠性强、模块化、燃料适应性强、低排放和噪音低等优点；SOFC系统应用的关键是使用一种合适的燃料，使SOFC长期稳定高效的运行；氢气(H2)是最适合SOFC系统的燃料，可以使固体氧化物燃料电池系统效率最高，但目前氢气在制备、储存与运输中都存在困难，而且采用其他燃料会降低SOFC系统的效率，因此在SOFC系统中采用重整器对天然气、水煤气等燃料进行预重整使其转换为氢气，提高效率。
[0003]燃料电池燃料的重整分为发生在燃料电池内部，具体是在阳极催化剂的表面的内部重整和通过重整器利用热量，结合催化剂和水蒸气将氢载体燃料分解成氢气的外部重整；固体氧化物燃料电池最适宜的燃料是氢气，但内部重整会占用催化剂反应位点，降低阳极的电化学速率，因此外部重整对于提高燃料电池的效率更加有利；固体氧化物燃料电池系统中常用的重整方法是催化部分氧化重整(CPOX)和水蒸汽重整(SR)；水蒸气重整反应活性强，添加水蒸气使催化剂积碳较少，但其为强吸热反应，额外的热量补给导致较高的能耗和成本，且系统中要添加蒸汽发生装置供给水蒸气，增加了系统的能耗和复杂程度；催化部分氧化重整是在催化剂的作用下进行的部分氧化反应，反应温度为500
‑
900℃，反应是弱放热反应，反应条件相对温和，可以实现启动后热量的自维持运行，能耗和成本费用相对较低，系统复杂程度较低。部分氧化重整可以使用多种碳氢燃料作为反应原料气，但其催化剂的积碳程度比水蒸气重整严重，长期稳定性受到影响。
[0004]重整器是SOFC燃料处理系统的关键部件，安装在SOFC电堆之前，预热后通入燃料、空气或水蒸汽进行反应产生重整气通入电堆；以甲烷(甲烷)作燃料为例，部分氧化重整器通常采用电加热的方式进行预热，经N2吹扫后甲烷和空气经过混合在催化剂载体上进行重整，产生H2和CO等气体，由于催化部分氧化是放热反应，所以需要对重整器的气体进行换热降温。蒸汽重整器需要接入蒸汽发生器来提供水蒸气并加热原料气，在重整器中进行水蒸气重整反应，反应时吸热反应，不需要换热降温；水蒸气重整器也需要N2吹扫，防止原料气在管路中提前发生反应。
[0005]重整器作为固体氧化物燃料电池系统的燃料预处理装置，决定了燃料处理的质量和效率，SOFC是能量转换装置，决定了系统的输出功率和发电效率，重整器和固体氧化物燃料电池系统相互耦合，相互影响；目前对于重整器的研究已经取得很多进展，但距离广泛应用还有较大距离，一方面在于成本较高，另一方面即是性能上的不足，所以对于固体氧化物燃料电池系统的重整器来说，重整器的特性、可靠性、重整效率以及匹配性都是必不可少的研究内容，如不同入口温度下、不同入口氧/碳比下重整器的重整效率、氢气、CO选择性等。
[0006]目前对于固体氧化物燃料电池系统中电堆和阳极内重整研究较多，对于利用重整器的外部重整研究较少，而且在SOFC系统中由于各部件的布置紧凑，各部件运行条件不同，传感器、采集系统等难以安装，实现成本较高等因素，无法实现在SOFC系统中单独对重整器的重整特性进行测试，更重要的是目前对重整器没有一个标准化、程序化的测试装置与测试方法，而且部分氧化重整器和蒸汽重整器的原理不同，测试这两种重整器用到的测试装置和测试方法也不同，没有一种普遍适用的测试装置。
技术实现思路
[0007]本公开为了解决上述问题，提出了一种固体氧化物燃料电池系统的重整器测试装置与方法，本公开普遍适用于固体氧化物燃料电池系统重整器的测试，可以测试部分氧化重整器和蒸汽重整器的重整特性、可靠性等方面；通过电加热器和蒸汽发生器设定重整前不同的入口温度可以测试重整器催化剂载体温度分布特性、不同入口温度的重整特性；通过改变入口燃气和空气/水蒸气的碳氧摩尔比可以测试不同氧/碳比、蒸汽/碳比时重整器的重整特性，如重整效率、甲烷转化率和氢气/一氧化碳选择性；此外，通过质量流量控制器设定不同的气体流速可以测试不同空速时重整器的重整特性。
[0008]为了实现上述目的，第一方面，本公开提供了一种固体氧化物燃料电池系统的重整器测试装置，采用如下技术方案：
[0009]一种固体氧化物燃料电池系统的重整器测试装置，包括重整器、蒸汽发生器、电加热器、换热器、燃烧器、水冷装置和气相色谱仪；
[0010]所述重整器的空气入口连接所述电加热器的出口，所述重整器的燃气入口连接所述蒸汽发生器的出口；所述电加热器的入口与所述蒸汽发生器的出口连接，所述蒸汽发生器与所述电加热器和所述重整器之间均设置开关；
[0011]所述重整器的空气出口连接所述水冷装置的入口，所述重整器的燃气出口连接所述换热器的燃气入口；所述换热器的燃气出口连接所述燃烧器的燃气入口，所述燃烧器的出口连接所述水冷装置的入口；所述换热器的燃气出口还连接所述气相色谱仪。
[0012]进一步的，所述蒸汽发生器与所述重整器之间、所述电加热器与所述重整器之间、所述重整器与所述换热器之间、所述重整器与所述水冷装置之间、所述换热器与所燃烧器之间、所述燃烧器与所述水冷装置之间、以及所述水冷装置的排气口处，均设置热电偶。
[0013]进一步的，所述蒸汽发生器的入口分别连接甲烷气瓶、N2气瓶、空气压缩机和去离子水供给装置。
[0014]进一步的，所述甲烷气瓶、N2气瓶、空气压缩机和去离子水供给装置的出口均设置有质量流量控制器。
[0015]进一步的，所述甲烷气瓶还与所述重整器的燃气入口连接，所述甲烷气瓶与所述重整器之间，以及所述甲烷气瓶与所述蒸汽发生器之间均设置有开关。
[0016]进一步的，所述热换器的空气入口连接有第一风机，所述第一风机连接有第一变频器；所述第一风机和所述换热器之间设置有开关和流量计；所述换热器的空气出口连接所述水冷装置的入口。
[0017]进一步的，所述换热器与所述水冷装置之间设置有热电偶。
[0018]进一步的，所述第一风机还连接所述电加热器的空气入口；所述所述第一风机和
所述电加热器之间设置有开关和流量计。
[0019]进一步的，所述燃烧器的空气入口连接有第二风机，所述第二风机连接有第二变频器；所述第二风机和所述燃烧器之间设置有流量计。
[0020]为了实现上述目的，第二方面，本公开提供了一种固体氧化物燃料电池系统的重整器测试方法，采用如下技术方案：
[0021]一种固体氧化物燃料电池系统的重整器测试方法，采用了如第一方面所述的固体氧化物燃料电池系统的重整器测试装置，主要内容包括：
[0022]部分氧化重整器测试内容：
[0023]所述蒸汽发生器不通电，关闭所本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种固体氧化物燃料电池系统的重整器测试装置，其特征在于，包括重整器、蒸汽发生器、电加热器、换热器、燃烧器、水冷装置和气相色谱仪；所述重整器的空气入口连接所述电加热器的出口，所述重整器的燃气入口连接所述蒸汽发生器的出口；所述电加热器的入口与所述蒸汽发生器的出口连接，所述蒸汽发生器与所述电加热器和所述重整器之间均设置开关；所述重整器的空气出口连接所述水冷装置的入口，所述重整器的燃气出口连接所述换热器的燃气入口；所述换热器的燃气出口连接所述燃烧器的燃气入口，所述燃烧器的出口连接所述水冷装置的入口；所述换热器的燃气出口还连接所述气相色谱仪。2.如权利要求1所示的一种固体氧化物燃料电池系统的重整器测试装置，其特征在于，所述蒸汽发生器与所述重整器之间、所述电加热器与所述重整器之间、所述重整器与所述换热器之间、所述重整器与所述水冷装置之间、所述换热器与所燃烧器之间、所述燃烧器与所述水冷装置之间、以及所述水冷装置的排气口处，均设置热电偶。3.如权利要求1所示的一种固体氧化物燃料电池系统的重整器测试装置，其特征在于，所述蒸汽发生器的入口分别连接甲烷气瓶、N2气瓶、空气压缩机和去离子水供给装置。4.如权利要求3所示的一种固体氧化物燃料电池系统的重整器测试装置，其特征在于，所述甲烷气瓶、N2气瓶、空气压缩机和去离子水供给装置的出口均设置有质量流量控制器。5.如权利要求3所示的一种固体氧化物燃料电池系统的重整器测试装置，其特征在于，所述甲烷气瓶还与所述重整器的燃气入口连接，所述甲烷气瓶与所述重整器之间，以及所述甲烷气瓶与所述蒸汽发生器之间均设置有开关。6.如权利要求1所示的一种固体氧化物燃料电池系统的重整器测试装置，其特征在于，所述热换器的空气入口连接有第一风机，所述第一风机连接有第一变频器；所述第一风机和所述换热器之间设置有开关和流量计；所述换热器的空气出口连接所述水冷装置的入口。7.如权利要求6所示的一种固体氧化物燃料电池系统的重整器测试装置，其特征在于，所述换热器与所述水冷装置之间设置有热电偶。8.如权利要求6所示的一种固体氧化物燃料电池系统的重整器测试装置，其特征在于，所述第一风机还连接所述电加热器的空气入...
【专利技术属性】
技术研发人员：李文聪，白书战，李国祥，王桂华，李思远，瞿遥，马孔融，汤宇君，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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