一种基于氢燃料电池的不间断电源系统的制作方法

文档序号:15495357发布日期:2018-09-21 21:34阅读:402来源:国知局
本实用新型涉及一种焦炉煤气制LNG工艺中副产品氢气为原料的燃料电池,确切讲是一种基于氢燃料电池的不间断电源系统。
背景技术
:焦炉煤气制LNG技术是一项节能环保的推广技术,以焦炉煤气为原料气,经压缩、脱硫、甲烷合成、液化分离得到LNG,原料焦炉煤气的组成见下表(数据来源于网络):组成CH4H2COCO2N2O2CmHnV%20-3050-604-81-35-80.1-0.62.0-2.5LNG主要生产工艺为:焦炉煤气经初净化脱除无机硫,再经过精脱硫工艺,将焦炉煤气中的总硫含量降到约0.1ppm以下;然后通过甲烷合成使焦炉煤气中的CO、CO2与H2发生反应生产SNG,再经液化分离将含氢SNG液化成LNG,并分离出富氢气。LNG常压储存并装车外运,采用提纯液化来的富氢气经提氢工艺,得到约99.99%的高纯度氢气,通过管道外运。氢燃料电池是一种高效电化学能量转换器,把氢气(燃料)和氧气(来自空气)中的化学能直接转化成电能。只要有燃料和空气不断输入,燃料电池就能源源不断地产生电能。燃料在燃料电池的阳极被氧化,生成质子和电子;质子通过电解质迁移到阴极,电子通过外电路迁移到阴极为外界负载提供电能;迁移到阴极的质子、电子和阴极处来自空气中的氧气结合生成水。燃料电池的主要优点包括:高效率(不受“卡诺循环”的限制)、零或超低排放、机械结构简单、扩展容易、安静、安全、可靠、能用可再生能源为燃料、只要有燃料就可连续不断地发电。不间断电源是一种不间断的供电设备,广泛应用于工业领域,作为配电室、中央控制室等对操作电源要求苛刻的用电设备的备用供电设备。但在目前的主流不间断电源系统中,一般常采用大规模的铅酸蓄电池组作为电能储能装置,然而常规蓄电池重量大、占用空间大、维护要求高、寿命短、废弃处理有污染、延续供电时间有局限性等,成为了目前不间断电源的一个发展瓶颈。技术实现要素:本实用新型的目的是提供一种基于氢燃料电池的不间断电源系统,以克服了传统铅酸蓄电池作为不间断电源的重量大、体积大、寿命短,及铅酸电池的环境污染等。本实用新型的目的是这样实现的:一种基于氢燃料电池的不间断电源系统,其特征是:至少包括氢气来源的LNG提氢工段、进口氢气输送管道、氢气储罐、出口氢气输送管道、氢燃料电池电堆和两个调节阀,所述的第一调节阀位于LNG提氢工段出气口和氢气储罐输入口之间,LNG提氢工段出气口和氢气储罐输入口之间通过进口氢气输送管道连接;所述的第二调节阀位于氢气储罐和氢燃料电池电堆之间,第二调节阀和氢燃料电池电堆通过出口氢气输送管道连接。所述的第一调节阀和第二调节阀控制端分别与控制器电连接。所述的氢燃料电池电堆内有电压和电流检测电路,电压和电流检测电路的输出端分别与控制器电连接。所述的氢气储罐设有有压力检测传感器,压力检测传感器与控制器电连接。所述的第一调节阀和第二调节阀内有阀门定位器及执行机构,阀门定位器及执行机构输出端与控制器电连接。所述的控制器是PLC。所述的第一调节阀和第二调节阀为气动调节阀,介质为富氢气。所述的氢气储罐为2m³钢制储罐,内压≤1.6Mpa。所述的进口氢气输送管道为20#无缝钢管,法兰选用PN系列。所述的氢燃料电池电堆选用FCP-10型,额定功率为10KW,额定电流50A,额定输出电压DC220V。本实用新型的优点是:利用焦炉煤气制LNG工程的副产品氢气作为燃料电池原料,来源方便、使用量少,基本不影响原有氢气外运所产生的经济价值;氢燃料电池系统作为新型清洁能源,工作稳定、环境要求低,可设置在户外,只需保证氢气供应即可持续供电,重量轻,安装灵活简单,寿命长等,可作为LNG工程重要用电设备的长期备用电源,克服了传统铅酸蓄电池作为不间断电源的重量大、体积大、寿命短,及铅酸电池的环境污染等缺点。附图说明下面结合实施例附图对本实用新型作进一步说明:图1是本实用新型实施例附图工艺装置示意图。图中,1、LNG提氢工段;2、进口调节阀;3、进口氢气管道;4、氢气储罐;5、出口调节阀;6、出口氢气管道;7、氢燃料电池电堆;8、中控室控制系统。具体实施方式如图1所示,一种基于氢燃料电池的不间断电源系统,其特征是:至少包括氢气来源的LNG提氢工段1、进口氢气输送管道3、氢气储罐4、出口氢气输送管道6、氢燃料电池电堆7和两个调节阀,所述的第一调节阀2位于LNG提氢工段1出气口和氢气储罐4输入口之间,LNG提氢工段1出气口和氢气储罐4输入口之间通过进口氢气输送管道3连接;所述的第二调节阀5位于氢气储罐4和氢燃料电池电堆7之间,第二调节阀5和氢燃料电池电堆7通过出口氢气输送管道6连接。所述的第一调节阀2和第二调节阀5控制端分别与控制器8电连接。所述的氢燃料电池电堆7内有电压和电流检测电路9,电压和电流检测电路9的输出端分别与控制器8电连接。所述的氢气储罐4设有有压力检测传感器10,压力检测传感器10与控制器8电连接。所述的第一调节阀2和第二调节阀5内有阀门定位器及执行机构11,阀门定位器及执行机构11输出端与控制器8电连接。所述的控制器8是PLC。本实用新型中氢燃料电池电堆7以LNG提氢工段氢气为原料,氢燃料电池电堆7产生电能供给用电设备。本实用新型的具体工艺流程如下:焦炉煤气制LNG工艺中的副产品氢气通常通过管道外运,现在LNG厂区提氢工段出口增设一路氢气管道,输送至氢燃料电池系统的氢气储罐作为氢燃料电池的原料;氢气输送管路及储罐上设置压力、流量监测仪表,并设置调节阀门,所有控制及检测信号进入LNG工程控制室进行监控,以控制进入储罐的氢气的流量及压力,储罐氢气压力饱和时通过自控系统关闭调节阀,以切断氢气输送,氢气压力不足时通过调节阀门补充氢气;氢气储罐及氢燃料电池电堆设置在重要用电设备附近,作为为重要用电设备的备用电源,当系统监测市电正常时,控制系统使燃料电池处于待机状态,当监测到市电中断时立即接通燃料电池系统,将氢气储罐中的氢气供应给燃料电池,通过电化学能量转换,产生电能,并经过必要的整流、逆变单元输出给重要用电设备供电,市电恢复正常后重新使燃料电池待机,并切换回市电回路。可以理解的是,以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式,然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言,在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下,可以做出各种变型和改进,这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。本实用新型中第一调节阀2和第二调节阀5为气动调节阀,介质为富氢气,由阀体/阀芯、定位器、执行机构、阀位反馈器等组成,其中阀体/阀芯材质采用304+ST,定位器选用防爆型,防爆等级ExDIICT4,调节阀气源就近引入,由中控室控制系统控制阀门开闭。所述的氢气储罐为2m³钢制储罐,内压≤1.6Mpa,主要用于氢气的储存,储罐设压力检测仪表,信号传输至中控室控制系统。所述的氢气输送管道为20#无缝钢管,法兰选用PN系列。所述的氢燃料电池电堆选用FCP-10型,额定功率为10KW,额定电流50A,额定输出电压DC220V,对需要交流电源的重要设备可通过交流逆变器将直流输出电源变换为交流电源。当前第1页1 2 3 
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