生物質氣化制氫及熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）聯合循環(huán)系統性能研究.pdf

1、生物質能作為一種可再生的清沾能源,在利用過程中能實現CO2零排放,可有效減緩溫室效應,其開發(fā)利用越來越受到世界各國的關注。在各種利用方式中,生物質氣化技術以其低污染、高效率等特點,成為一項正在興起的技術。與此同時,隨著燃料電池技術的發(fā)展,將生物質氣化與高溫燃料電池結合起來進行發(fā)電是今后可持續(xù)發(fā)展的高效潔凈的電能生產方式之一。 論文研究以生物質為原料,提出串行流化床氣化制氫技術,將氣化和燃燒分為兩個相對獨立的過程。氣化反應器采用鼓

2、泡流化床,以水蒸氣作為氣化介質；燃燒反應器采用循環(huán)流化床,流化介質為空氣。通過燃燒半焦為氣化反應提供熱量,兩床之間依靠床料顆粒進行熱量傳遞,實現自熱平衡的生物質氣化。利用Aspen Plus軟件建立模型,以質量平衡、化學平衡和能量平衡為基礎,對串行流化床生物質氣化過程進行成分預測及熱力性能模擬計算,探討不同反應條件包括氣化溫度、壓力、水蒸氣與生物質質量配比及添加CaCO3對碳轉化率、氣化產物和氣化效率的影響。結果表明：采用串行流化床生物

3、質水蒸氣氣化技術可獲得氫濃度為60％以上的富氫燃料氣,并可達到較高的碳轉化率(50％～80％)和氣化效率(50％～75％);為獲得較高的氫產率,系統適宜的工作條件為常壓下,氣化溫度為700℃左右,水蒸氣與生物質配比在0.4～0.6之間；添加CaCO3有利于提高氫產率,最大氫產率可達45.4mol/kg生物質(干燥無灰基)。研究結果為今后開展生物質氣化制氫試驗提供了理論依據。 論文將生物質氣化與熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)構建為

4、新型的生物質能高效清潔利用聯合循環(huán)發(fā)電技術,氣化產生的富氫氣體作為MCFC的燃料,通過燃燒半焦以及MCFC中未利用的燃料為氣化反應提供熱量,系統余熱用于產生蒸汽進入汽輪機做功,增壓情況下MCFC排氣驅動燃氣透平做功,開展了生物質氣化-MCFC聯合循環(huán)發(fā)電系統的模擬研究。運用Aspen Plus軟件搭建系統模型并進行計算,研究了系統的主要參數包括氣化溫度、水蒸氣與生物質配比、空氣預熱溫度、燃料利用率、工作壓力及燃料電池內重整對系統性能的影

5、響。結果表明：生物質氣化-MCFC聯合循環(huán)發(fā)電技術具有較高的系統發(fā)電效率,可達50％以上,比常規(guī)生物質氣化驅動燃氣輪機技術高出10個百分點；提高系統工作壓力可改善系統的整體性能,當氣化溫度為700℃、水蒸氣與生物質配比為0.6、工作壓力由常壓升高到1MPa時,系統發(fā)電效率可提高近6個百分點；燃料利用率和空氣預熱溫度的提高都有利于提高系統發(fā)電效率：對于氣化溫度較高或水蒸氣與生物質配比較大的常壓系統無需采用內重整,而對于增壓系統,采用內重整