基于鋁水反應的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)效率分析及反應器模擬.pdf

1、能源危機和環(huán)境問題的加劇迫使人們尋求新能源加以利用。鋁是一種元素資源豐富、能量密度高的能量載體，利用高溫熔融鋁與水反應能以清潔環(huán)保的方式得到氫氣和熱量，并能避免鋁表面生成氧化膜阻礙反應的進行，從而提高反應效率。若能合理利用反應產(chǎn)生的熱進行熱電聯(lián)產(chǎn)，則能有效提高能量利用率。
　　本文提出三種基于鋁水反應的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的概念構(gòu)型，系統(tǒng)包含的設備有鋁水反應器、汽輪機、供熱交換器、燃料電池和泵。通過在鋁水反應器中產(chǎn)生氫氣和水蒸汽，利用氫氣

2、和水蒸汽在汽輪機內(nèi)做功發(fā)電，經(jīng)過汽輪機的氫氣進入燃料電池發(fā)電，汽輪機和燃料電池出口的水都經(jīng)加壓泵進入鋁水反應器進行循環(huán)利用。利用汽輪機乏氣或燃料電池內(nèi)化學反應放出的熱量向熱用戶供熱。分析得系統(tǒng)總能量利用率在70％左右，通過多工況計算，研究關鍵參數(shù)如汽輪機進口溫度、燃料電池利用效率、壓力等對整個系統(tǒng)性能的影響。
　　熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中反應器是一個關鍵設備，對合作單位自制研發(fā)的鋁水反應器進行傳熱特性進行研究，結(jié)合實驗結(jié)果建立了“三區(qū)”傳熱

3、過程模型，基于傳熱模型編譯程序，根據(jù)螺旋管冷卻水的相不同而分區(qū)計算。通過計算多工況，研究反應區(qū)半徑、反應區(qū)高度、冷卻水流量以及產(chǎn)氫速率對反應器傳熱結(jié)果的影響。根據(jù)模擬結(jié)果，從安全性角度對實驗中冷卻水流量提出了具體的上調(diào)建議。
　　對反應器內(nèi)鋁水反應的過程進行模擬，建立了水滴在鋁液環(huán)境中的反應過程模型并將其編譯為軟件，通過追蹤單個小水滴在鋁液中的蒸發(fā)、反應以及上升等過程，模擬計算了水滴在鋁液中的停留時間和總產(chǎn)氫速率，并通過實驗結(jié)果進