基于ADRC的PEMFC系统阴极相对湿度和氧气过量比控制

为解决传统的PID控制方法在处理质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统因阴极相对湿度和氧气过量比跟踪过程中存在响应速度慢、抖振显著等不足,进而引发的性能和效率问题,基于采用膜水合、气体流量、能斯特电压等运行机制构建的PEMFC系统模型,提出一种具有线性反馈特性及超调抑制功能的PEMFC系统自抗扰控制(ADRC)方法,并给出控制参数配置。结果表明,采用ADRC控制方法可实现PEMFC系统阴极相对湿度和氧气过量比的低偏差及快速跟踪控制,有助于提升系统在较大负载变换扰动下的快速跟踪和超调抑制的控制性能,具有较好的应用前景。

燃料电池供气系统的自适应滑模控制

本文针对燃料电池供气系统阴阳极协同控制问题,提出了一种自适应超螺旋滑模控制算法.文章首先建立燃料电池供气系统动态模型,提出了燃料电池供气系统氢气过量比、氧气过量比及阴阳极压差的控制问题,并研究了自适应超螺旋滑模控制算法,通过自适应调节控制增益大小,有效抑制传统滑模控制的抖振现象,同时,利用李雅普诺夫方法证明了该控制方法的稳定性.最后,基于MATLAB建立燃料电池系统仿真平台并进行了仿真研究.仿真结果表明,所提出的方法可以有效控制氢、氧过量比及阴阳极压差,且具有较强的抖振抑制能力,可以保证燃料电池系统的稳定持久运行.

煤粉在O_(2)/N_(2)和O_(2)/CO_(2)富氧分级燃烧中的氮元素迁移路径研究

空气分级燃烧在煤粉燃烧初期形成的还原性气氛是抑制燃料型NO_(x)的生成的主要因素,富氧分级燃烧能扩大煤粉燃烧初期还原性区域、延长煤粉在还原性气氛中的停留时间,对不同气氛下煤中氮元素在富氧燃烧过程的迁移路径进行研究,可为抑制焦炭NO_(x)的生成及提升煤粉燃烧效率提供支撑。通过高温滴管炉实验平台,研究O_(2)/N_(2)和O_(2)/CO_(2)富氧分级燃烧条件下过量氧气系数和氧气体积分数对煤粉燃烧过程中固定碳、挥发分、C、H、O、N、S元素的释放及煤中氮迁移转化的影响。实验结果表明:当二次风氧气体积分数为40%时,O_(2)/N_(2)、O_(2)/CO_(2)气氛下的煤中挥发分、固定碳、N、H、O、S的释放率均随二次风过量氧气系数的增加而增加,煤中的挥发分和H元素在煤粉燃烧初期基本完全释放,煤中N、O、S元素的释放与C元素的释放有很强的正相关性。燃烧过程中煤中释放的氮主要转化成N_(2),少量向NH_(3)、HCN和NO_(x)转化,且N_(2)>>NH_(3)>>HCN,N_(2)的转化率随二次风过量氧气系数的升高呈先升高后降低的趋势,NH_(3)、HCN转化率随二次风过量氧气系数的升高不断降低,二次风过量氧气系数较低时,烟气中并未检测到NO_(x)排放。二次风过量氧气系数为1时,O_(2)/N_(2)、O_(2)/CO_(2)气氛的NO转化率分别为29.9%、28.1%。当二次风过量氧气系数为0.5时,O_(2)/N_(2)和O_(2)/CO_(2)气氛中煤中各组分释放率均随二次风氧气体积分数的增加而增加,煤中释放的氮主要向N_(2)转化,N_(2)的转化率随二次风氧气体积分数的升高而增大,NH_(3)和HCN的转化率均随二次风过量氧气系数的增加而减小。高浓度CO_(2)能促进焦炭气化反应,导致O_(2)/CO_(2)气氛中各组分的释放率较高,且N_(2)转化率也相对较高。

O2/CO2/水蒸气气氛下煤的燃烧对石灰石分解行为的影响

钙基CO_2吸收剂再生过程中,石灰石的分解需要大量能量.本文提出用煤的燃烧为石灰石分解提供能量,并研究了O_2/CO_2/水蒸气气氛下煤的燃烧对石灰石分解行为的影响.实验结果表明,过量氧气系数增大可以抑制CO和H_2的生成,促进硫化反应,从而降低SO_2的排放,然而也会促进NO的排放.煤的燃烧会使分解产物CaO活性降低,但水蒸气的添加又提升了产物的活性.水蒸气的添加还会促进硫化反应,使SO_2排放得到控制.

氩-氧氛围中氢气射流喷射与混合特性的研究

氩气循环氢燃料发动机以氩-氧(Ar-O2)混合气代替空气作为工质气体,可提高发动机效率,并避免NOx的产生.基于纹影法研究了氩-氧氛围中不同压力边界下氢气射流喷射与混合特性,结果表明:氢气射流锥角总体上随着喷射过程的发展逐渐减小,然后趋于稳定,且受压力边界的影响较小,稳定在28.5°~33.5°;射流截面积随着喷射过程的发展近似呈线性增长;提高喷射压力以获得大贯穿距离是提高射流截面积及体积的有效方法;射流内部过量氧气系数φo随着喷射过程的发展呈上升趋势,选取高喷射压力有助于增大射流内部过量氧气系数,且对于一定的喷射压力,存在实现最大过量氧气系数的最佳环境压力.通过对不同压力边界下射流贯穿距离与喷射时间的关系拟合分析,获得一种基于压力边界预测气体射流贯穿距离的方法.

燃料电池–高压压气机–涡轮系统仿真计算

燃料电池是一种将化学能转化为电能的高效、绿色无污染装置。为研究温度及氧气过量系数对燃料电池输出性能的影响以及阴极尾气余压的回收对系统效率的影响,本文设计了一种燃料电池–高压比压气机–涡轮系统对电池的阴极进行供气及对尾气进行回收,并采用Simulink软件对系统建立模型后进行仿真计算。根据仿真结果表明:提高温度以及增大氧气过量系数会使得PEMFC的输出性能得到提升;阴极尾气的回收有助于提高电池的输出效率。这对燃料电池的系统设计具有一定的指导意义。

不同气体燃料富氧燃烧应用效果对比分析

对于不同气体燃料,富氧燃烧对燃烧过程所呈现出的影响方式存在巨大差异,了解这些差异对各种燃料科学运用富氧技术实现洁净燃烧目标具有重要的意义。提出描述富氧程度的两个基础参量,即过量氧气系数αF与富氧度ΔF,以2个基础参量为参变量,针对4种常见气体燃料(LNG、COG、LDG、BFG),计算富氧程度对各燃烧特性参数的影响。结果显示:对于4种气体,根据ΔF对参数的影响效果分为4个区域,即ΔF≤7%,7%<ΔF≤19%,19%<ΔF≤39%,ΔF>39%,且4种气体在4个区域中有着明显的差别;α_(F)与ΔF对η、β_(resun)和能耗的作用相反。