以焦炉煤气为燃料的SOFC/CCHP系统性能基础研究

In order to realize the energy saving and emission reduction goals, each industry chain of coal coking enterprises，not only need mature technology for energy conservation, but also should carry out advanced energy conservation idea, and research and develop advanced technology for energy conservation. Based on the hydrogen-rich characteristics of the coke oven gas and the hydrogen using characteristics of solid oxide fuel cell, the project put forward the new COG-SOFC/CCHP system, which is a highly efficient energy technology being able to satisfying users' different energy demands. The study will adopt the methods combining theoretical analysis and modeling, process simulation and actual operation equipment test and measurement to research the characteristic law of the efficient integrated system, and to explore the optimization matching scheme for each subsystem as well as runing parameters, so as to establish a set of basic theory and methods for the the system performance optimization design. This will set up the theoretical foundation for the building and implementation of the COG-SOFC/CCHP integrated system.

煤炭焦化企业要实现节能减排的目标，各产业链不仅急需采用成熟的节能技术，而且还应贯彻先进的节能理念和研发先进的节能技术。基于焦炉煤气(COG)的富氢特点和固体氧化物燃料电池(SOFC)的用氢特性，本项目提出的利用焦炉煤气的固体氧化物燃料电池-冷热电联产集成系统(COG-SOFC/CCHP)是一项能满足用户多种能量需求的高效能源技术。研究拟采用理论分析与建模、流程模拟和实际运行设备试验测量相结合的方法，研究这一高效冷热电供能集成系统的特性规律，探讨不同供需条件下各子系统及运行参数的优化匹配方案，形成集成系统性能优化设计的一套基本理论和方法，为COG-SOFC/CCHP集成系统的构建及实施奠定理论基础。

随着能源供应的日益短缺，各种先进的供能系统成为能源研究者们追逐的目标，其中分布式供能系统则是未来将得以广泛应用的高效能源供应系统，对各种可能的分布式供能方式的研究也成为热点问题之一。基于能源梯级利用的思想，建立了相关高效动力循环及联产系统，并对此开展了相关的探索研究工作。. 针对以焦炉煤气为燃料的固体氧化物燃料电池-冷热电联产(SOFC-CCHP)系统，首先对SOFC单体建立间接计算法与直接计算法模型，并借助于ASPEN PLUS软件对其进行模拟分析，验证了计算方法及所选模型的正确性；其次建立了SOFC-CCHP系统的数学模型，并设计出两种典型流程方案，分析比较了其系统性能，发现蒸汽型余热锅炉系统性能较好；然后研究了主要可控运行参数对改进型的蒸汽型余热锅炉SOFC-CCHP系统性能的影响规律，其发电效率、系统总电效率和系统总热效率分别可以达到60%、70%和90%，表明所研究的系统是一种高效的热力循环系统。此外，通过系统的变工况㶲分析得到了燃料流量、电流密度、燃料利用率、运行压力以及运行温度对系统性能影响的基本规律；并进一步以系统效率及功率密度指标为目标，采用正交试验设计方法，进行了多参数下系统性能的优化措施研究，实现了热力性能与经济性能的综合优化。此外，对采用SOFC驱动的高效热力循环，例如SOFC-GT-Kalina联合循环系统，SOFC-HAT动力循环系统，进行相关研究；另外，对涉及动力循环进一步利用太阳能及余热回收利用新方式也展开了相关研究。. 在本基金资助下，展开的相关研究及其取得的成果，不仅为SOFC-CCHP系统的设计及高效运行提供理论指导，而且对于以SOFC驱动的高效联合循环及太阳能利用和余热高效利用方式开辟新的思路及指导。