一種用於全釩液流電池儲液罐的氣體在線檢測方法與流程
2023-08-13 16:24:11 1
本發明涉及電池技術領域，具體涉及一種用於全釩液流電池儲液罐的氣體在線檢測方法。
背景技術：
全釩液流電池是一種新型大容量儲能電池，具有能量轉換效率高、運行安全、功率和容量可獨立設計、使用壽命長、環境友好等優點，可作為電網抽水蓄能調峰儲能裝置的補充，在新能源接入、智能電網建設等領域具有廣闊的應用前景。
全釩液流電池是將具有不同價態的釩離子溶液分別作為正極和負極的活性物質，儲存在各自的電解液儲罐中。正極電解液是V(V)和V(IV)的硫酸溶液，負極電解液是V(III)和V(II)硫酸溶液。在敞開式系統中，電解液中的空氣敏感離子易被氧化，造成正、負極電解液釩離子綜合價態升高，使電池充電容量下降，電池循環壽命縮短。
目前工程應用中通常採用高純氮氣進行保護，具體做法是在釩電池運行前直接向儲液罐內通入氮氣驅趕內部空氣，採用監控氣壓的方法控制氣體用量。但由於缺乏對氣體的精細化控制，存在大量浪費保護氣體的問題，而且在運行過程中可能存在氧氣等氣體析出，無法將其從儲液罐中排除。為節約成本，M Skyllas-Kazacos等在電解液表面覆蓋一層難溶於電解液的礦物油、菜油等液體，通過油封方法來隔絕空氣，但過充時會造成礦物油的分解並粘附在離子交換膜上，造成膜的滲漏和損壞。也有人採用封閉式儲液罐儲存電解液，從而隔絕外界空氣進入。但隨著充放電過程的進行，產生的CO2、H2和O2等氣體會隨電解液的流動循環，聚集在儲液罐上部氣室內，將電解液中空氣敏感離子氧化。而且採用密閉式儲液罐，上部氣室壓力的不斷升高會對罐體強度產生不利影響。專利CN 202996968U公開的一種釩電池電解液存儲系統，採用氣囊作為氣壓平衡裝置，平衡正、負極儲液罐間的氣壓差。但沒有解決運行過程中產生氣體對電解液中空氣敏感離子的氧化問題。在實際工程應用，還是要採用惰性氣體對儲液罐中電解液進行保護，但要對氣體用量更精細化控制，因此需要先進的氣體在線檢測方法。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種用於全釩液流電池儲液罐的氣體在線檢測方法，採用氣體在線檢測系統對全釩液流電池儲液罐內的氣體進行檢測與分析，準確控制保護氣用量，避免保護氣浪費，從而降低全釩液流電池儲能電站建設成本，並能更好地保護釩電池，提高電池的運行效率，延長電池的使用壽命，降低儲能電站檢修運維成本，提高運行經濟性。
為了實現上述目的，本發明採用的技術方案如下：
一種用於全釩液流電池儲液罐的氣體在線檢測方法，在儲液罐上配置氣體在線檢測系統，當通入惰性氣體驅趕儲液罐內空氣的過程中，實時對罐內氣體進行在線檢測與分析，獲取儲液罐內氣體組分信息，從而準確控制保護氣體的用量；當電池運行過程中，實時檢測儲液罐內氣體狀態，若檢測到電解液中離子敏感的氣體組分(O2、CO2、H2等)時，及時通入惰性氣體進行保護。
根據以上方案，所述氣體在線檢測系統包括氣體檢測儀和連接管，所述氣體檢測儀通過所述連接管與所述儲液罐的均壓閥或檢修閥連通。
根據以上方案，所述氣體檢測儀內設有一臺用於抽氣的吸氣泵(小型)，以便在負壓狀態下也能自動抽氣進行檢測。
根據以上方案，所述氣體檢測儀能對O2、H2、CO2、SO2中的任意一種或一種以上的組分進行檢測，顯示屏幕為能直觀顯示氣體類型、濃度和單位的多參數LCD背光顯示屏。
根據以上方案，所述惰性氣體包括高純氮氣、氬氣、氖氣中的任意一種或一種以上的混合氣。
根據以上方案，所述儲液罐包括正極儲液罐與負極儲液罐，所述正極儲液罐與負極儲液罐上分別配置氣體在線檢測系統。
根據以上方案，所述惰性氣體分別通過正極氣體流量計或負極氣體流量計控制通入所述正極儲液罐或負極儲液罐的氣體流量。
本發明的有益效果是：
本發明通過採用氣體在線檢測系統，能在通入惰性保護氣體驅趕儲液罐內空氣的過程中，實時獲取儲液罐內氣體狀態信息，準確控制保護氣體的用量，避免氣體浪費，降低全釩液流電池儲能電站的建設成本；在電池運行過程中，能在產生氧氣等電解液中離子敏感氣體成分時，及時通入惰性氣體對電池進行保護，保持電解液中離子綜合價態平衡，提高電池的運行效率，延長電池的使用壽命，降低檢修運維成本，提高全釩液流電池儲能電站的運行經濟性。
附圖說明
圖1是本發明的設施結構示意圖。
圖中：1、惰性氣體保護系統；2、正極儲液罐；3、負極儲液罐；4、正極氣體流量計；5、正極進氣閥；6、正極出氣閥；7、正極檢測閥；8、正極氣體檢測儀；9、負極氣體流量計；10、負極進氣閥；11、負極出氣閥；12、負極檢測閥；13、負極氣體檢測儀。
具體實施方式
下面結合附圖與實施例對本發明的技術方案進行說明。
實施例1，見圖1：
本發明提供一種用於全釩液流電池儲液罐的氣體在線檢測方法，在儲液罐上配置氣體在線檢測系統，當通入惰性氣體驅趕儲液罐內空氣的過程中，實時對罐內氣體進行檢測與分析，獲取儲液罐內氣體組分信息，從而準確控制保護氣體的用量；當電池運行過程中，實時檢測儲液罐內氣體狀態，若檢測到電解液中離子敏感的氣體組分時，及時通入惰性氣體進行保護。
進一步地，所述氣體在線檢測系統包括氣體檢測儀和連接管，所述氣體檢測儀通過所述連接管與所述儲液罐的均壓閥或檢修閥連通；所述氣體檢測儀內設有一臺用於抽氣的小型吸氣泵，能對O2、H2、CO2、SO2中的任意一種或一種以上的組分進行檢測，顯示屏幕為能直觀顯示氣體類型、濃度和單位的多參數LCD背光顯示屏；所述惰性氣體為高純氮氣；所述儲液罐包括正極儲液罐2與負極儲液罐3，所述正極儲液罐2與負極儲液罐3上分別配置氣體在線檢測系統8、13，所述惰性氣體分別通過正極氣體流量計4或負極氣體流量計9控制通入所述正極儲液罐2或負極儲液罐3的氣體流量。
本發明的工作原理：在全釩液流電池工作前，關閉正極進氣閥5、正極出氣閥6和負極進氣閥10、負極出氣閥11，打開正極氣體檢測閥7、負極檢測閥12，啟動所述正極氣體檢測儀8、負極氣體檢測儀13，對所述正極儲液罐2和負極儲液罐3中氣體成分和含量進行分析並做記錄。然後關閉所述正極氣體檢測閥7、負極檢測閥12，打開所述正極進氣閥5、正極出氣閥6和負極進氣閥10、負極出氣閥11，啟動惰性氣體保護系統1，對所述正極儲液罐2和負極儲液罐3中空氣進行驅趕，通過所述正極氣體流量計4和負極氣體流量計9控制進入儲液罐的氣體流量。根據儲液罐的規格大小和氣體流量估算通入淨化氣的時間，通入相應時間淨化氣後，關閉所述正極進氣閥5、正極出氣閥6和負極進氣閥10、負極出氣閥11，打開所述正極檢測閥7、負極檢測閥12，啟動所述正極氣體檢測儀8、負極氣體檢測儀13，對所述正極儲液罐2和負極儲液罐3中氣體成分和含量進行分析，若無O2，則完成惰性氣體保護步驟；若仍有O2存在，則重複上述步驟直至儲液罐中O2全部排淨。氣體保護過程完成後，關閉所述正極進氣閥5、正極出氣閥6、正極檢測閥7和負極進氣閥10、負極出氣閥11、負極檢測閥12，即可啟動全釩液流電池。在全釩液流電池運行過程中，可以打開所述正極檢測閥7、負極檢測閥12，啟動所述正極氣體檢測儀8、負極氣體檢測儀13，對所述正極儲液罐2和負極儲液罐3中氣體成分和含量進行實時檢測分析，若儲液罐內氧氣含量升高，則啟動所述惰性氣體保護系統1進行儲液罐內氣體保護。
以上實施例僅用以說明而非限制本發明的技術方案，儘管上述實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的相關技術人員應當理解：可以對本發明進行修改或者同等替換，但不脫離本發明精神和範圍的任何修改和局部替換均應涵蓋在本發明的權利要求範圍內。