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)，實現(xiàn)能量梯級利用和冷熱電聯(lián)供，大大提高能量利用效率，并且通過對SOFC/GT混合發(fā)電系統(tǒng)和中低溫余熱回收系統(tǒng)進行改進可進一步實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能減排。本文建立系統(tǒng)熱力性能的數(shù)學模型，根據(jù)熱力學第一定律和第二定律，利用EES軟件仿真模擬對系統(tǒng)進行能量分析和(炯)分析。
　　引用Kalina循環(huán)回收傳統(tǒng)SOFC/GT混合發(fā)電系統(tǒng)煙氣余熱構建成新的SOFC/GT/KCS聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)

2、。研究結果表明，在設定工況下，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、燃氣輪機、預熱器3和余熱鍋爐;當燃料利用率為0.85時聯(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)回收改進型SOFC/GT混合發(fā)電系統(tǒng)煙氣余熱構建成新的由雙

3、SOFC驅動的聯(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，改進型SOFC/GT混合發(fā)電系統(tǒng)將SOFC1陽極排氣中的H2經(jīng)膜法分離氫裝置分離后，經(jīng)過冷凝加壓和預熱，然后送入SOFC2陽極進行電化學反應，可有效增大系統(tǒng)參加電化學反應的H2的量，提高系統(tǒng)燃料的能量利用率。研究結果表明，在設定工況下，SOFC的發(fā)電效率為58.88％，比基準系統(tǒng)高出9.78個百分點;系統(tǒng)發(fā)電效率為72.75％，比基準系統(tǒng)高出2.75個百分點;系統(tǒng)(炯

4、)效率為72.6％，比基準系統(tǒng)高出5.12個百分點;系統(tǒng)的各部件中，(炯)損失較大的部件依次為SOFC1、燃氣輪機、余熱鍋爐、后燃燒室和預熱器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;電化學反應后，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，同時提高后燃室出口溫度，本文改進了SOFC/GT混合發(fā)電系統(tǒng)，同時構建出新的雙熱源Kalina循環(huán)回收改進后SOFC/GT混合發(fā)電系統(tǒng)的余熱構建出新的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。研究結果表明，在設定工況下，SOFC的發(fā)電效率為51.07％，比基準系統(tǒng)高出1.42個百分點;系統(tǒng)發(fā)電效率為73.24％，比基準系統(tǒng)高出3.37個百分點;系統(tǒng)(炯)效率為67.82％，比基準系統(tǒng)高出3.42個百分點;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、燃氣輪機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)煙氣余熱可實現(xiàn)聯(lián)合系統(tǒng)的功冷聯(lián)供。為實現(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)，構建成新的SOFC/GT/ST熱電聯(lián)供系統(tǒng)。研究結果表明，在設定工況下，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