固體氧化物燃料電池-燃?xì)廨啓C(jī)-有機(jī)朗肯循環(huán)三重復(fù)合動(dòng)力系統(tǒng)流程模擬與性能優(yōu)化.pdf

1、中國(guó)是世界最大的能源消費(fèi)國(guó)，占全球消費(fèi)總量的23％，但能源綜合利用效率普遍較低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)的能源效率高達(dá)60％，歐洲超過60％，其它發(fā)達(dá)國(guó)家的平均水平為50％，而中國(guó)僅為33％。另一方面，中國(guó)單位GDP的能耗是世界平均水平的3.2倍，其中50％以上的工業(yè)能耗以熱能的形式耗散，溫度在350℃以下的低品位余熱在工業(yè)過程中普遍存在。如何實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)向清潔、低碳、高效的方向轉(zhuǎn)型成為中國(guó)當(dāng)前面臨的最大問題之一。
　　近年來，隨著集中式供能

2、弊端的逐漸顯露，以燃料電池、有機(jī)朗肯循環(huán)、熱電聯(lián)產(chǎn)為代表的一系列新興分布式能源技術(shù)逐漸成為國(guó)內(nèi)外關(guān)注的焦點(diǎn)。其中，固體氧化物燃料電池-燃?xì)廨啓C(jī)(SOFC-GT)混合動(dòng)力循環(huán)因其高效、清潔、燃料多樣、發(fā)電規(guī)模靈活等特點(diǎn)備受親睞。而有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)作為回收低品位熱能的一種重要方式，也在工業(yè)余熱發(fā)電及太陽(yáng)能、地?zé)帷⑸镔|(zhì)能等低溫發(fā)電領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。將SOFC-GT混合發(fā)電與ORC進(jìn)行耦合形成一體化的SOFC-GT-ORC三重復(fù)合動(dòng)力

3、系統(tǒng)，通過系統(tǒng)集成和流程改進(jìn)實(shí)現(xiàn)能量的綜合梯級(jí)轉(zhuǎn)換與高效清潔利用，與常規(guī)發(fā)電技術(shù)相比具有效率高、排放低、發(fā)電規(guī)模靈活、適合聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供等諸多優(yōu)勢(shì)。
　　SOFC-GT-ORC是一個(gè)多控制變量的復(fù)雜能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，由多個(gè)具有不同技術(shù)特性的子系統(tǒng)和單元設(shè)備耦合而成，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、部件的參數(shù)設(shè)置、部件之間的相互耦合以及整體循環(huán)的一體化控制與調(diào)節(jié)都需要進(jìn)行詳細(xì)的研究和設(shè)計(jì)。本論文以此為背景，對(duì)SOFC-GT-ORC三重復(fù)合動(dòng)力循環(huán)進(jìn)行一體化的系統(tǒng)

4、集成分析。依托g(shù)PROMS模擬仿真平臺(tái)，對(duì)SOFC-GT與ORC的耦合方案及系統(tǒng)構(gòu)形設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，并通過詳細(xì)的流程模擬開展全工況的仿真計(jì)算與性能分析，透徹了解系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理，分析各種參量對(duì)系統(tǒng)性能的影響，研究其關(guān)鍵的工程特性，并由此探討其最優(yōu)設(shè)計(jì)和運(yùn)行方案。主要內(nèi)容及安排如下:
　　第一章對(duì)工業(yè)余熱利用技術(shù)和有機(jī)朗肯循環(huán)的研究背景及發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行介紹。
　　第二章對(duì)燃料電池與燃?xì)廨啓C(jī)耦合而成的SOFC-GT混合系統(tǒng)進(jìn)行分析與討

5、論。
　　第三章對(duì)有機(jī)朗肯循環(huán)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，并對(duì)亞臨界與超臨界兩種工況下有機(jī)朗肯循環(huán)的系統(tǒng)性能進(jìn)行分析與對(duì)比。
　　第四章結(jié)合gPROMS過程模擬軟件對(duì)SOFC-GT-ORC三重復(fù)合動(dòng)力循環(huán)進(jìn)行構(gòu)型設(shè)計(jì)。
　　第五章基于gPROMS一體化模型對(duì)SOFC-GT-ORC的性能特性進(jìn)行研究，分析關(guān)鍵參數(shù)對(duì)系統(tǒng)電效率、輸出功率等的影響，并進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化分析。
　　第六章研究系統(tǒng)的余熱回收方式，對(duì)不同系統(tǒng)構(gòu)型下SOFC-GT

6、-ORC的性能參數(shù)進(jìn)行分析和對(duì)比。
　　第七章對(duì)適用于有機(jī)朗肯循環(huán)的不同類別余熱回收換熱工質(zhì)進(jìn)行討論和對(duì)比分析。
　　第八章概括全文的主要結(jié)論和存在的不足，對(duì)下一步研究提出設(shè)想與展望。
　　本文完成了對(duì)SOFC-GT與超臨界ORC的耦合方案設(shè)計(jì)及系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究，提出了幾種新型的SOFC-GT-ORC系統(tǒng)構(gòu)形，獲得的一些新結(jié)果揭示了耦合系統(tǒng)的一般性能特性，給出了一些關(guān)鍵工作參數(shù)的優(yōu)化判據(jù)，可為SOFC-GT-ORC及