基于SOF-CT的冷熱電聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的特性研究.pdf

1、本文提出將中低溫余熱回收系統(tǒng)引入SOFC/GT混合發(fā)電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)能量梯級(jí)利用和冷熱電聯(lián)供，大大提高能量利用效率，并且通過(guò)對(duì)SOFC/GT混合發(fā)電系統(tǒng)和中低溫余熱回收系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能減排。本文建立系統(tǒng)熱力性能的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)熱力學(xué)第一定律和第二定律，利用EES軟件仿真模擬對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行能量分析和(炯)分析。
　　引用Kalina循環(huán)回收傳統(tǒng)SOFC/GT混合發(fā)電系統(tǒng)煙氣余熱構(gòu)建成新的SOFC/GT/KCS聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)

2、。研究結(jié)果表明，在設(shè)定工況下，SOFC的發(fā)電效率為49.2％，系統(tǒng)發(fā)電效率為67.6％，系統(tǒng)總(炯)效率為68.16％;系統(tǒng)的各部件中，(炯)損失較大的部件依次為SOFC、后燃燒室、燃?xì)廨啓C(jī)、預(yù)熱器3和余熱鍋爐;當(dāng)燃料利用率為0.85時(shí)聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的性能最佳;在一定范圍內(nèi)，隨著空氣流率、燃料流率或水蒸汽碳比的增加，聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的能量利用效率均降低。
　　引用Kalina循環(huán)回收改進(jìn)型SOFC/GT混合發(fā)電系統(tǒng)煙氣余熱構(gòu)建成新的由雙

3、SOFC驅(qū)動(dòng)的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，與傳統(tǒng)SOFC/GT混合發(fā)電系統(tǒng)相比，改進(jìn)型SOFC/GT混合發(fā)電系統(tǒng)將SOFC1陽(yáng)極排氣中的H2經(jīng)膜法分離氫裝置分離后，經(jīng)過(guò)冷凝加壓和預(yù)熱，然后送入SOFC2陽(yáng)極進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，可有效增大系統(tǒng)參加電化學(xué)反應(yīng)的H2的量，提高系統(tǒng)燃料的能量利用率。研究結(jié)果表明，在設(shè)定工況下，SOFC的發(fā)電效率為58.88％，比基準(zhǔn)系統(tǒng)高出9.78個(gè)百分點(diǎn);系統(tǒng)發(fā)電效率為72.75％，比基準(zhǔn)系統(tǒng)高出2.75個(gè)百分點(diǎn);系統(tǒng)(炯

4、)效率為72.6％，比基準(zhǔn)系統(tǒng)高出5.12個(gè)百分點(diǎn);系統(tǒng)的各部件中，(炯)損失較大的部件依次為SOFC1、燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐、后燃燒室和預(yù)熱器3;在一定范圍內(nèi)，增大SOFC2的燃料利用率和水蒸汽碳比可使得聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的能量利用效率提高，減小SOFC1的燃料利用率也可使得聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的能量利用效率提高。
　　為提高SOFC發(fā)電效率，本文將富氧空氣送入SOFC的陰極;電化學(xué)反應(yīng)后，SOFC的陰極排氣仍有較高的氧濃度，為便于陰極出口處的

5、富氧空氣的捕集，同時(shí)提高后燃室出口溫度，本文改進(jìn)了SOFC/GT混合發(fā)電系統(tǒng)，同時(shí)構(gòu)建出新的雙熱源Kalina循環(huán)回收改進(jìn)后SOFC/GT混合發(fā)電系統(tǒng)的余熱構(gòu)建出新的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。研究結(jié)果表明，在設(shè)定工況下，SOFC的發(fā)電效率為51.07％，比基準(zhǔn)系統(tǒng)高出1.42個(gè)百分點(diǎn);系統(tǒng)發(fā)電效率為73.24％，比基準(zhǔn)系統(tǒng)高出3.37個(gè)百分點(diǎn);系統(tǒng)(炯)效率為67.82％，比基準(zhǔn)系統(tǒng)高出3.42個(gè)百分點(diǎn);系統(tǒng)的各部件中，(炯)損失較大的部件依次

6、為余熱鍋爐1、燃?xì)廨啓C(jī)1、SOFC、余熱鍋爐2和后燃燒室;在參數(shù)研究的范圍內(nèi)，提高富氧空氣的氧濃度和SOFC的燃料利用率，可提高聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)性能;在一定范圍內(nèi)，增大送入后燃室的SOFC的陰極排氣分流比可使聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的能量利用率降低;另外，在參數(shù)研究的范圍內(nèi)，存在最佳的水蒸汽碳比(2.053)使得聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的熱效率和(炯)效率最大，存在最佳的燃料流率(4.421 mol/s)使得聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的熱效率和(炯)效率最大，存在最佳的空氣流率

7、(81.05mol/s)使得聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的熱效率和(炯)效率最大。
　　引入以氨水為工質(zhì)的功冷聯(lián)供系統(tǒng)回收傳統(tǒng)SOFC/GT混合發(fā)電系統(tǒng)煙氣余熱可實(shí)現(xiàn)聯(lián)合系統(tǒng)的功冷聯(lián)供。為實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)供，本文將可調(diào)節(jié)供熱量的熱電聯(lián)供蒸氣循環(huán)引入SOFC/GT混合發(fā)電系統(tǒng)，構(gòu)建成新的SOFC/GT/ST熱電聯(lián)供系統(tǒng)。研究結(jié)果表明，在設(shè)定工況下，SOFC發(fā)電效率49.7％，系統(tǒng)熱效率為68.96％，(炯)效率為73.4％，系統(tǒng)的各部件中，(炯)損失較大