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固体氧化物燃料电池热电联供系统优化研究

钟杰  
【摘要】:以固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)为主体的热电联供(Combine Heat and Power, CHP)系统具有高效、清洁等特点,可应用于多种场合,是当前新能源领域的研究热点。本文利用Aspen PlusTM建立SOFC电化学模型和热电联供系统流程模型,分析不同流程的优劣,并对不同燃料利用率(Uf)的SOFC-CHP系统进行应用模拟,研究不同Uf的电堆所对应的最佳系统流程。此外还设计了一个SOFC-CHP系统用的催化燃烧耦合蒸汽重整反应器,通过改变相应参数来研究耦合反应器的性能。研究结果表明:1)仅回收尾气热量系统通常因寄生功耗大而性能较差;阳极尾气回收联合尾气燃烧系统则结合了阳极尾气回收系统高电效率和尾气燃烧系统高热效率的优点,综合性能是8个流程中最佳的。2)对于Uf0.6的电堆,采用阳极尾气回收可大幅提升电效率,采用尾气燃烧可大幅提升热效率;对于Uf在0.6~0.8之间的电堆,采用阳极尾气回收联合尾气燃烧能获得较高的电效率和热效率;对于Uf0.8的电堆,采用尾气燃烧系统即可获得较高的电效率。3)催化燃烧耦合蒸汽重整反应器能够有效进行SOFC-CHP系统中的催化燃烧和蒸汽重整反应。提高燃烧气体入口温度、降低空燃比、降低电堆Uf和降低水碳比,均有利于重整反应的进行,其中电堆Uf的变化对H2浓度的影响最大。


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