Entwicklung der Wasserdampf-Zudosierung für den Reformer einer Hochtemperatur-Brennstoffzellen-Anlage

Abstract

In dieser Arbeit wurde untersucht, wie die Dampferzeugung zur Reformierung von Erdgas und Vermeidung von Kohlenstoffablagerung in einer SOFC-Anlage technisch umgesetzt werden kann. Hauptziel war die Integration der Verdampfung ins System des Prototypen. Es wurden zwei Konzepte verfolgt: 1. Verdampfung in einem Wärmeüberträger unter Nutzung der Abgaswärme: Das System und dessen Betriebsverhalten wurde analysiert, um das Angebot und den Bedarf von thermischer Energie zu bewerten. Die Bauform eines Doppelrohrs wurde hinsichtlich der notwendigen Dimensionierung geprüft. Ein Wärmeüberträger mit einer Struktur aus Mikrokanälen wurde installiert und getestet. 2. Einspritzung von Wasser durch eine Düse direkt ins Brenngas: Durch eine Simulation der Anodengas-Rezirkulation konnten geeignete Betriebspunkte gefunden werden. Aus der theoretischen Behandlung der Tropfenverdampfung folgte eine Abschätzung der notwendigen Rohrleitungsstrecke. Eine Düse wurde ausgewählt und ein Versuchsaufbau zur Messung der Tropfenverdampfung geplant.

The following thesis investigates steam generation for the reforming of natural gas, whilst avoiding carbon deposition, in an SOFC-unit. The primary focus is the integration of the evaporation process into a prototype system. Two different concepts are considered: 1. Evaporation in a heat exchanger by using the heat of the exhaust gas: The system and its operational behavior are analysed, in order to estimate the sources and demand of thermal energy. The geometry of a double-pipe of the required dimensions was determined and a heat exchanger with a micro channel structure was also installed and tested. 2. Injection of water through a nozzle, directly into the fuel gas: A simulation of the anode gas recirculation allowed appropriate operating points to be identified. Using the theory of single droplet evaporation led to an approximation for the required distance of the pipe line; a nozzle type was subsequently selected and the experimental setup for measurement of spray evaporation planned.