内部重整固体氧化物燃料电池发电系统的非线性预测控制

固体氧化物燃料电池（SOFC）发电系统运行除了电堆本体外还需要包含诸多其他辅助组件以期获得系统输出的最大效率,为了使SOFC电堆能够对纯氢以外的燃料具有更好的适用性,加入了燃料内部重整装置和燃烧室两个重要辅助组件。文中在对系统展开建模的基础上提出了采用非线性模型预测控制策略,能够更有效地使输出燃料气体的组分、温度、压力、浓度和流率满足燃料电池堆正常运行的需要,通过仿真分别论证了线性模型预测控制和非线性模型预测控制两种不同控制方案的有效性和适用性。     

燃料电池基于改进遗传算法的多层前向神经网络控制

通过对熔碳酸盐燃料电池（MCFC）温度动态模型的分析,根据控制对象的非线性和参分布的特点,提出了基于遗传算法的反馈型多层向神经网络对顺流型MCFC温度进行控制的方案,通过对传统遗传算法的分析,提出了改进的遗传算法,用该算法对神经网络的权值进行优化,并给出了具体的学习算法,最后结合前人的MCFC模型动特性分析方面的工作和实验数据进行了仿真,结果表明这种控制方法是合理和用效的。     

空冷型PEMFC电堆阴极风扇系统实验与模拟

风扇被用于空冷型PEMFC电堆的冷却和氧气的供应,空气流速的大小和分布对于提高电堆输出性能和内部温度的均匀性非常关键,可以通过改变风扇的工作电压(风扇工作在恒流模式)和风扇与PEMFC阴极入口的距离来调整。针对实验室自制空冷型PEMFC电堆进行实验来寻找风扇工作距离和工作电压对于电堆性能的影响,并利用多元回归拟合得到以电堆表面平均温度为因变量,以风扇工作电压和风扇工作距离为自变量的经验公式。研究结果表明:当风扇工作距离大于或小于其最优工作距离时,电堆性能均会发生衰减;当风扇处于最优工作距离时,电堆表面温度更加均匀,各单电池电压均匀性得到提高,并且此时所需的最优风扇工作电压更小。该研究对于提高空冷型PEMFC电堆输出性能、增加电堆运行稳定性、提高电堆系统效率等具有重要的指导和参考价值。     

熔融碳酸盐燃料电池堆开发及其性能试验

针对大面积熔融碳酸盐燃料电池及其大功率电堆本体开发过程中关键材料的制备以及匹配特性难题，开发了大面积熔融碳酸盐燃料电池隔膜和电极的制备方法，提出了10 kW级熔融碳酸盐燃料电池堆的组装与测试运行方法。组装并运行了120节、每节电池有效面积为0.2 m²的10 kW级MCFC电堆，恒电压放电测试中，最大输出功率达16.51 kW,电流密度大于95 mA/cm²。通过多次试验研究与分析，获得了一种有效的在线评价MCFC电解质隔膜焙烧效果的方法，使熔融碳酸盐燃料电池本体中隔膜、电极以及熔盐电解质三者形成良好的匹配，对提高MCFC电池堆组装成功率与长周期的运行寿命具有重要指导意义。电池堆本体开发及性能测试方法，将为后续更大功率的熔融碳酸盐燃料电池发电系统的开发提供有效的理论与试验指导，对推动MCFC的商业化示范推广等具有重要的意义。     

基于直流内阻和交流阻抗特性的PEMFC水管理状态分析

基于Randles等效电路,研究质子交换膜燃料电池（PEMFC）操作温度和湿度耦合关系,建立电堆直流内阻和交流阻抗特性模型。通过两种方法相结合,研究不同操作条件下的电化学阻抗谱图和U-I输出特性曲线的变化规律,以及不同水管理状态在直流内阻和交流阻抗变化规律中体现出的对应关系,进而分析水管理状态对电堆输出性能的影响作用。仿真和实验结果表明,温湿度耦合关系下的不同水管理状态,在电化学阻抗谱图和U-I特性曲线中具有一致的变化规律和对应的量化关系;电堆输出性能中的膜干、水淹等现象,在直流内阻值和交流阻抗图的变化中具有明显的表现特征;通过研究水管理状态对两者的影响,能够实现操作条件的优化和电堆输出性能的优化控制。     

煤气化燃料电池联合系统中固体氧化物燃料电池堆性能

煤气化燃料电池联合系统是下一代高效、清洁发电技术的重要选择之一。为避免煤合成气在固体氧化物燃料电池堆内由于CO歧化反应形成积碳，需对合成气进行一定程度加湿。利用替代映射方法构建了固体氧化物燃料电池堆多物理场多尺度模型，分析不同加湿程度下的电堆性能。加湿后，电堆内水煤气变换反应速率显著增大，并与H₂和CO的电化学反应相互影响。在电堆内电池流道入口附近，水煤气变换反应尤为强烈，将CO快速转变为H₂,补充了H₂电化学反应的消耗。但加湿程度的增大也会降低H₂能斯特电势，抑制流道入口段附近的H₂电化学反应速率。距流道入口大于60 mm的部分，CO和H₂分压接近平衡，水煤气变换反应减弱，气体反应速率受电化学反应控制。流道入口段H/O体积分数比和C/O体积分数比都较低，易发生积碳。50%以上的加湿可显著降低电堆内的积碳风险。加湿会造成电堆性能下降，采用的合成气组成条件下，100%加湿造成电堆性能损失4.65%。     

电化学方法制备电极板材料LiAlO_2

向100ml乙醇和1ml乙酰丙酮混合溶液中加入0.18g锂片,控制电流为0.2A电解铝片6h,制得纳米LiAlO2前驱体。将电解液水解、洗涤、干燥后在550℃煅烧2h,制得纳米LiAlO2粉体。产物通过电子透射显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)进行表征。结果表明,适宜煅烧温度为550℃;煅烧后所得纳米LiAlO2粉体粒径为30nm。MCFC电堆平均每个电池的开路电压达到1.15V左右,电堆电流密度达到187mA·cm-2,输出功率为217.8W;10次再启动,电池性能不降低。     

滚筒造粒过程建模与控制策略的发展与展望

介绍滚筒造粒过程控制的建模方法和控制策略两个方面的发展现状，造粒过程数学建模的发展趋势是集合平衡模型，因此建模部分主要是集合平衡模型的建立、降阶及求解等；控制部分根据控制方法分为优化控制、预测控制、容错控制及智能控制等。最后通过现状分析，给出可能的发展方向。     

水冷PEMFC热管理系统流量跟随控制策略

针对传统温度控制策略在水冷型质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell,PEMFC）工作中水泵和散热器风扇存在的强耦合性,并为了提高电堆的工作性能和寿命,提出一种流量跟随电流的温度控制策略,根据电堆电流变化调节冷却水流量来控制电堆冷却水进出口温差,通过PID控制器调节散热风扇控制电堆入口温度。在水冷PEMFC热管理平台上对传统控制策略、流量跟随控制策略做了实验对比。结果表明,流量跟随电流控制策略使冷却水出口温度最大超调量减少64.3%,冷却水出入口温差最大偏差减少46.7%,调整时间平均缩短73 s,达到了较高的控制精度和响应速度,削弱了水泵和散热风扇的强耦合作用,流量跟随电流控制策略能够满足PEMFC系统对温度控制的要求。     

水冷PEMFC热管理系统流量跟随控制策略

针对传统温度控制策略在水冷型质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)工作中水泵和散热器风扇存在的强耦合性,并为了提高电堆的工作性能和寿命,提出一种流量跟随电流的温度控制策略,根据电堆电流变化调节冷却水流量来控制电堆冷却水进出口温差,通过PID控制器调节散热风扇控制电堆入口温度。在水冷PEMFC热管理平台上对传统控制策略、流量跟随控制策略做了实验对比。结果表明,流量跟随电流控制策略使冷却水出口温度最大超调量减少64.3%,冷却水出入口温差最大偏差减少46.7%,调整时间平均缩短73 s,达到了较高的控制精度和响应速度,削弱了水泵和散热风扇的强耦合作用,流量跟随电流控制策略能够满足PEMFC系统对温度控制的要求。     

Model-based control of a molten carbonate fuel cell (MCFC) process

To improve availability and performance of fuel cells, the operating temperature of molten carbonate fuel cells (MCFC) stack should be strictly maintained within a specified operation range, and an efficient control technique should be employed to meet this objective. While most modern control strategies are based on process models, many existing models of MCFC are not ready to be applied in synthesis and operation of control systems. In this study, we developed an auto-regressive moving average (ARMA) model and machine learning methods of least squares support vector machine (LS-SVM), artificial neural network (ANN) and partial least squares (PLS) for the MCFC system based on input-output operating data. The ARMA model showed the best tracking performance. A model predictive control method for the operation of MCFC system was developed based on the proposed ARMA model. The control performance of the proposed MPC methods was compared with that of conventional controllers using numerical simulations performed on various process models including an MCFC process. Numerical results show that ARMA model based control provides improved control performance compared to other control methods.     

A comparative study of models for molten carbonate fuel cell (MCFC) processes

The necessity of this work arose from the need for identification of a comprehensive plant model that can be used in the model-based control of the MCFC plant. Various models for molten carbonate fuel cell (MCFC) processes are presented and evaluated in this paper. Both a rigorous model based on mass and energy balances and implicit models based on operation data were investigated and analyzed. In particular, auto-regressive moving average (ARMA) model, least-squares support vector machine (LSSVM) model, artificial neural network (ANN) model and partial least squares (PLS) model for a MCFC system were developed based on input-output operating data. Among these models, the ARMA model showed the best agreement with plant operation data.     

家用熔融碳酸盐燃料电池发电系统日常运行的遗传算法优化

To decrease the cost of electricity generation of a residential molten carbonate fuel cell （MCFC） power system, multi-crossover genetic algorithm （MCGA）, which is based on ＂multi-crossover＂ and ＂usefulness-based selection rule＂, is presented to minimize the daily fuel consumption of an experimental 10kW MCFC power system for residential application. Under the operating conditions obtained by MCGA, the operation constraints are satisfied and fuel consumption is minimized. Simulation and experimental results indicate that MCGA is efficient for the operation optimization of MCFC power systems.     

中国燃煤电厂脱硫废水处理技术研究进展及标准修订建议

目前国内外近7成的火电厂都采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫,该法产生的脱硫废水成分复杂难以处理,是当前电力环保面临的难题;同时,随着国家环保节能法律法规的日趋严格,废水零排放技术将会上升到技术规范层面高度。燃煤电厂作为用水大户,除了耗水惊人,锅炉、循环水系统、环保单元等系统出水的水量和水质都值得进一步研究,同时考虑到相关排放标准DL/T 997—2006《石灰石-石膏湿法脱硫废水水质控制指标》尚待完善,建议依据现有污废水处理技术给出科学合理的控制标准,例如通过借鉴国外发达国家基本趋于成熟的污染物排放标准体系,从浓度控制向总量控制过渡。笔者综述了我国燃煤电厂石灰石-石膏湿法脱硫废水处理技术研究进展,脱硫废水的水质特点和污染物来源等问题,归纳总结了国内外污废水排放相关控制标准以及标准制定过程中的重难点,认为应该控制脱硫废水总溶解性固体TDS(尤其是氯离子)、重金属离子等污染物指标。由此,电力行业燃煤电厂脱硫废水的排放标准需要与时俱进,积极响应国家"十三五"计划,进一步规范和促进工业废水排放技术的发展,逐步改善我国的水环境。     

燃煤电厂脱硫废水排放指标限值的计算方法研究

目前我国燃煤电厂脱硫废水标准DL/T997-2006的排放指标与限制内容已不符合社会发展需要,为此,本文提出了燃煤电厂脱硫废水排放指标限值相关计算方法。论文调研了美国和国内的相关规范,对排放指标确定范围的具体数值和算法模型展开深入研究,结合我国行业发展状况和国情给出了具体的修订建议,通过计算模型得出脱硫废水污染物控制参数的直接排放限值,氯化物日最大排放限值≤500mg/L,总溶解固体（TDS）日最大排放限值≤215mg/L,硒≤1.5mg/L,汞≤0.005mg/L等。     

APPLICATIONS OF STOCHASTIC DIFFERENTIAL EQUATIONS TO CHEMICAL-ENGINEERING PROBLEMS -AN INTRODUCTORY REVIEW

The underlying theoretical structure of stochastic differential equations requires an extension of the classical calculus, and this is described. These equations provide a convenient method for the construction of Markov processes that have pre-specified statistical properties and that are very useful as models for random disturbances in process plants. The utility as models for random systems is demonstrated by several examples.

Itôs lemma, the method of moments, and the method of partial moments are demonstrated as methods of solution of these equations. The theory provides an excellent framework for the design and analysis of control systems for randomly disturbed plants. Examples are given to show that classical design techniques can be completely inadequate for plants of this nature, whereas the stochastic theory leads to good design.     

Technical Analysis of an Eco‐Friendly Hybrid Plant With a Microgas Turbine and an MCFC System

This article refers to a Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC) system coupled to a plant with a microgas turbine and a heat recovery system for obtaining a small sized hybrid system in co‐generative arrangement. MCFC are devices capable of concentrating carbon dioxide (CO₂) produced in anode exhaust gases. If they are handled conveniently, it is possible to separate and store the surplus CO₂ produced by the plant instead of emitting it into the atmosphere. From the simulation model of the MCFC system, previously developed by the authors, a zero‐dimensional and stationary simulation model for the whole hybrid system was formulated and implemented in the same language. By the simulation model of the MCFC system it has been possible to make a parametric analysis of the hybrid plant to find some optimal operating conditions of the fuel cell(s) that maximise the performance of the entire hybrid plant. In addition, the separation of the CO₂ surplus produced by the hybrid plant was simulated by the model and then the emissions of carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NO_x) from the same plant were evaluated.     

燃煤电厂可凝结颗粒物检测方法、排放特征及脱除技术研究进展

燃煤电厂排放的颗粒物分可过滤颗粒物（filterable particulate matter,FPM）和可凝结颗粒物（condensable particulate matter,CPM）。过去,人们对CPM的关注较少,但其对环境与人体具有危害。本文综述了CPM的检测方法,主要有撞击冷凝法和稀释冷凝法,开发在线及小型便携设备是CPM检测技术的发展方向。分析了燃煤电厂CPM的排放特征,CPM占燃煤电厂排放总颗粒物的比重较高,经超低排放改造后,CPM占比进一步提升,各燃煤电厂排放的CPM的组分差异较大。根据CPM的特性,未来对CPM控制技术的研究方向为冷凝、吸附、湿式电除尘等。最后基于当前CPM的研究现状,建议国家相关部门制定对燃煤电厂等固定污染源排放的CPM的检测标准并对实施超低排放改造的燃煤电厂建立源排放清单,对新建、处于环境敏感地带以及排烟带有明显“有色烟羽”现象的燃煤电厂,合理管控其CPM的排放。     

表面处理用多波形高压脉冲电源的研究

结合一种新型表面处理工艺的特点和要求，通过对现有的脉冲实现电路的分析、对比，给出一种可输出多种双向不对称脉冲波形的高压脉冲电源，实现了脉冲电源的脉冲幅度、脉冲频率、脉冲占空比在一定范围内的连续调节。因此，非常适合于工艺技术人员探索最佳工艺参数。由于通过脉冲实现电路的箝位作用，有效地降低了功率开关管所承受的电压，提高了脉冲电源的可靠性和使用寿命。