1kW家用SOFC-CHP系统建模及性能分析

构建一个以天然气为燃料的SOFC-CHP系统,推导SOFC传热传质及电化学方程,建立各个组件的数学模型,编写计算程序,对发电功率为1kW的家用SOFC-CHP系统在设计工况下进行性能模拟并探讨不同系统参数对性能的影响。计算结果表明:在设计工况下,系统热电联供效率远高于电池单独发电的效率;此外,随着燃料入口流量的增大,系统发电功率存在一个最大值,燃料利用率与发电效率不断减小,系统热电联供效率不断增大,SOFC的温度梯度分布则越来越平缓;同时发现降低过量空气系数可以提高该CHP系统的性能。

Study on the operating parameters of the 10 kW SOFC-CHP system with syngas

Solid oxide fuel cell combined with heat and power(SOFC-CHP)system is a distributed power generation system with low pollution and high efficiency.In this paper,a 10 kW SOFC-CHP system model using syngas was built in Aspen plus.Key operating parameters,such as steam to fuel ratio,stack temperature,reformer temperature,air flow rate,and air preheating temperature,were analyzed.Optimization was conducted based on the simulation results.Results suggest that higher steam to fuel ratio is beneficial to the electrical efficiency,but it might decrease the gross system efficiency.Higher stack and reformer temperatures contribute to the electrical efficiency,and the optimal operating temperatures of stack and reformer when considering the stack degradation are 750℃and 700℃,respectively.The air preheating temperature barely affects the electrical efficiency but affects the thermal efficiency and the gross system efficiency,the recommended value is around 600℃under the reference condition.

以气化煤气为燃料的固体氧化物燃料电池热电联供系统设计

煤炭在相当长一段时间内仍将是我国的主要能源,提高其利用效率对减碳具有重要意义;固体氧化物燃料电池(SOFC)是最高效的能量转化装置,二者结合将实现煤炭资源的最大化利用,助力新老能源的平稳过渡。但传统煤炭气化工厂产出的煤气中灰分、硫等杂质含量高,不能直接作为SOFC燃料,针对煤炭气化和净化过程以及燃料电池发电和热回收系统进行设计与模拟。使用Aspen Plus软件建立煤炭裂解、煤炭气化、煤炭净化、煤气冷却热回收、SOFC发电、尾气燃烧、蒸汽轮机发电、热水供应模块,使用软件内置Fortran模块对煤炭气化和SOFC发电的电化学过程进行建模,最终得到一种适合固体氧化物燃料电池的煤炭气化模块,气化效率为70.1%,该煤气主要含58%CO、32%H_(2),可直接通入燃料电池进行发电。模拟结果显示,该系统在拟定工作条件下,SOFC净发电效率可达37.54%,热水效率为35.11%,系统总体能量利用率可达78.58%。经灵敏度分析发现,采用适当的燃料利用率和燃料流量可有效降低系统运行成本,空气过量比在可选择范围内尽量选大。可实现煤炭的绿色、清洁高效应用。对煤炭气化燃料电池发电技术热电联供系统(IGFC-CHP)的全部过程进行了模型搭建,对IGFC-CHP的实现具有借鉴意义。

SOFC热电联供系统的设计方法研究

介绍了固体氧化物燃料电池建筑热电联供系统的各种结构流程,提出SOFC系统的设计路线,通过对SOFC系统的建模和模拟,开发出一种用于BCHP中燃料电池系统的设计方法,并利用该方法进行实例设计,结果表明:该方法可以针对用户的能源需求计算所需的燃料电池电堆的容量及系统辅助设备的容量,为电堆规模的确定、系统配套辅助设备的选型提供重要的参考依据,为SOFC在BCHP中的应用提供一个有力的系统设计工具。

基于析因试验的固体氧化物燃料电池热电联供系统设计参数研究

对固体氧化物燃料电池热电联供(solid oxide fuel cell combined heat and power,SOFC–CHP)系统的设计参数进行了研究,该系统由重整器、燃料电池电堆、燃烧室、2个热交换器及其它辅助设备组成。建立了系统的数学模型,以发电规模为70kWe的系统为研究对象,运用析因试验的设计方法进行了计算机模拟试验,对系统的部分设计参数进行了析因分析。分析结果表明:影响系统发电功率的主要设计参数是燃料利用率和过量空气比率;影响系统热回收和电热比的主要设计变量是燃料利用率和水蒸汽与碳的比率,且这2个参数的交互作用较过量空气比率对系统影响显著;阴极排气再循环比率对系统热、电功率的影响甚微,不是系统的主要设计参数。整个研究工作为SOFC–CHP系统的合理设计提供了指导。

固体氧化物燃料电池家用热电联供系统热安全分析

本文利用专业ANSYS热分析软件,对典型固体氧化物燃料电池家用热电联供系统(SOFC-CHP)内热传输进行了仿真模拟。高温区的电堆可以通过隔离绝热材料有效降低电堆热箱表面温度。利用普通硅酸铝纤维隔热板隔热将冷区控制系统等设备隔离,能够有效降低冷区控制系统设备、电气设备的热安全风险。为防范少量氢气泄漏造成的热安全风险,建议在冷区设置报警及自动排气。

基于医疗垃圾等离子气化的零碳高效热电联产系统性能分析

为降低医疗垃圾回收与运输环节的成本与风险,实现清洁高效的就地资源化利用,提出一类基于医疗垃圾等离子气化的燃料电池-燃气轮机热电联产系统。根据碳排放需求,创新系统分为常规方案和零碳方案。零碳方案在常规方案的基础上增加了碳捕集子系统,相应地余热利用系统中增加了部分换热设备。以300kg/h等离子气化炉为研究对象,对创新系统的常规方案和零碳方案进行了力学和经济学分析。计算结果表明,常规方案的净发电效率和热电联产效率分别为52.06%和84.34%,零碳方案的净发电效率降低了3.22%,热电联产效率下降了3.22%。等离子气化炉和换热器组是创新系统2种方案最主要的?损来源,约占系统总?损的50%以上。根据经济性分析结果,全生命周期内创新系统常规方案和零碳方案的净现值分别为5737.59万元和4832.46万元,动态回收周期分别为4.62年和5.46年。

固体氧化物燃料电池热电联供系统模拟及敏感性分析

本文着眼于产业化实际应用场景,基于20KW固体氧化物燃料电池系统进行建模,并展开系统敏感性分析:,敏感性分析范围包括:燃料进口流量对系统性能的影响、汽碳比对系统性能的影响、过量空气系数(λ)对系统性能的影响、燃料利用率对系统性能的影响、电流密度对系统性能的影响、电堆入口温度对系统性能的影响:,该工作为系统实际运行及优化提供了坚实的理论依据,助力SOFC-CHP高效长寿命高可靠性工程化应用。