發(fā)布時間：2021-11-17 00:24

　　以木片氣化氣為燃料,建立中溫型固體氧化物燃料電池（intermediate temperature solid oxide fuel cell,IT-SOFC）/燃?xì)廨啓C(jī)（gas turbine,GT）混合動力系統(tǒng)的詳細(xì)模型,分析混合動力系統(tǒng)的運行性能,研究生物質(zhì)氣的組分和水碳比的變化對混合動力系統(tǒng)性能的影響。結(jié)果表明,在設(shè)計工況下,以木片氣化氣為燃料的IT-SOFC/GT混合動力系統(tǒng)的發(fā)電效率高達(dá)59.24%,具有較好的系統(tǒng)性能。生物質(zhì)氣組分的變化對混合動力系統(tǒng)性能影響很大,H2百分比的變化使系統(tǒng)輸出功率變化幅度最大,CO和CH4相近,系統(tǒng)的發(fā)電效率隨H2百分比增加略有上升,隨CO和CH4百分比的增加下降明顯。研究還表明,當(dāng)水碳摩爾比（[S]/[C]）改變時,系統(tǒng)輸出功率和發(fā)電效率隨著[S]/[C]的減小而逐漸增加,但從系統(tǒng)運行安全性和壽命方面考慮,應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)腫S]/[C]值。 

【文章來源】：中國電機(jī)工程學(xué)報. 2015,35(01)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

壓氣機(jī)特性曲線

η=(27)式中：mg為燃?xì)饬髁�，kg/s；T3和T4分別為透平入口和出口溫度，K；P3為入口壓力，MPa；lg為燃?xì)饨^熱指數(shù)；cpg為燃?xì)馄骄葻幔琸J/(kgK)；λ為膨脹比；Pt為透平做功，kW。壓氣機(jī)喘振裕度是用來衡量工作點與喘振邊界的距離，計算公式如下：a1ssurge1sa1wwork1[/()]{1}[/()]mTPkmTPππΔ=(28)式中：Δks為喘振裕度；πs為壓氣機(jī)喘振線壓比；πw為壓氣機(jī)工作點壓比。所選用的燃?xì)廨啓C(jī)的壓氣機(jī)采用離心式，透平采用向心式，圖2和圖3所示為壓氣機(jī)和透平特性曲線[20]。壓比β=14.54.03.53.02.52.00.20.40.60.81.0無量綱質(zhì)量流量β=0折合轉(zhuǎn)速設(shè)計點喘振線0.50.60.70.80.91.0圖2壓氣機(jī)特性曲線Fig.2Compressorcharacteristiccurve1.4重整器模型系統(tǒng)采用以木片為氣化原料的生物質(zhì)氣，由4.53%CH4、23.64%H2、13.87%CO、17.92%CO2和40.04%N2組成[23]，熱值為6077.4kJ/kg。生物質(zhì)氣率效%/908070601.22.02.83.6膨脹比0.50.60.71.11.00.80.9設(shè)計點折合轉(zhuǎn)速圖3透平特性曲線Fig.3Turbinecharacteristiccurve中含有CO、CH4等成分，經(jīng)過重整進(jìn)入電池參與反應(yīng)。甲烷在重整器中與水蒸氣的重整反應(yīng)生成H2、CO，CO通過水蒸氣置換反應(yīng)轉(zhuǎn)化H2、CO2，為了防止燃料電池積碳，維持重整器的安全運行，應(yīng)選取適當(dāng)?shù)腫S]/[C][13]。重整反應(yīng):422CH+HOCO+3H(29)水蒸氣的置換反應(yīng)：222CO+HOCO+H(30)重整器輸出的H2量和處于平衡狀態(tài)的CH4重整反應(yīng)產(chǎn)生的H2量以及水蒸氣置換反應(yīng)產(chǎn)生的H2量有關(guān)，表達(dá)式如下：224H,totH,inCO,eqCH

忍荻任?.77K/cm；壓氣機(jī)的喘振裕度為18.41%，均滿足表3的要求，說明混合動力系統(tǒng)參數(shù)選取和設(shè)計是合理的。2.2生物質(zhì)氣組分對系統(tǒng)性能的影響由于生物質(zhì)原料成分、密度等變化很大，生物質(zhì)氣的組分也會變化，常導(dǎo)致系統(tǒng)運行偏離設(shè)計工況。在保持電流密度不變、燃料流量不變的情況下，考慮某一種組分(CO、H2、CH4)濃度百分比變化(20%~+20%范圍內(nèi))時，對混合動力系統(tǒng)性能的影響(注：計算中，當(dāng)一種有效燃料組分變化時，其他組分在剩下的體積中，保持初始的比例不變)。每一種組分變化對混合動力系統(tǒng)性能的影響如圖4—7所示。由圖4可看出，隨著濃度百分比的增加，電池出口溫度和電壓均有所增加。這是因為當(dāng)木片氣中度溫K/80120120膨脹比COH2CH40.850.810.770.730.690.65104010321008100010241016壓電V/圖4電池工作溫度和電壓的變化情況Fig.4Fuelcellworkingtemperatureandvoltagevariation率功kW/80120120組分相對比例/%COH2CH4555249464340140132108100124110率效%/圖5電池輸出功率和效率的變化情況Fig.5Fuelcelloutputpowerandelectricalefficiencyvariation度溫K/80120120組分相對比例/%COH2CH4124011921048100011441096壓電V/565452504846圖6透平入口溫度和輸出功率的變化情況Fig.6Turbineinlettemperatureandoutputpowervariation率功kW/80120120組分相對比例/%COH2CH4676563615957190180150170160率效%/圖7系統(tǒng)輸出功率和發(fā)電效率的變化情況Fig.7Systemoutputpowerandelectricalefficiencyvariation的H2濃度增加時，CO和CH4

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本文編號：3499858