基于化學鏈的能量轉換系統(tǒng)的Aspen仿真.pdf

1、溫室氣體的大量排放是造成全球氣候變暖的一個重要原因，已經嚴重威脅到了人類自身的生存與發(fā)展。CO2作為排放量最多、危害性最大的溫室氣體，如何實現(xiàn)對其有效分離和收集是全世界共同的目標和發(fā)展方向。作為能源與環(huán)境領域一個先進的發(fā)展方向，基于化學鏈技術的能量轉換系統(tǒng)有望成為一種（近）零排放的能量利用方式，具有廣闊的發(fā)展前景。本文利用Aspen Plus軟件對基于化學鏈的能量轉換系統(tǒng)進行了過程模擬方面的系統(tǒng)性研究。
　　 為了驗證Aspen

2、 Plus軟件在對復雜能量轉換系統(tǒng)進行模擬時方法的正確性、結果的可用性，本文首先對湖南某電廠300MW燃煤機組進行了過程模擬，建立了各個子系統(tǒng)的模型，實現(xiàn)了對該系統(tǒng)的熱力學仿真。將仿真獲得的結果與該電廠的實際性能測試數據相比之后發(fā)現(xiàn)，最大誤差僅為1.13%，完全滿足工程應用的要求。同時在對該熱力系統(tǒng)進行火用分析之后發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)中鍋爐產生的火用損失最大，占到了系統(tǒng)總火用損失的85.68%，系統(tǒng)總的火用效率只有41.33%左右，因此提升鍋爐的

3、火用效率將會大幅度改進整個系統(tǒng)的火用利用程度。
　　 在此基礎上，本文在Aspen Plus中構建了CH4和煤的化學鏈燃燒系統(tǒng)和常規(guī)燃燒系統(tǒng)的仿真模型，對各種系統(tǒng)進行了詳細地模擬計算和熱力學分析，并得到了各系統(tǒng)優(yōu)化的運行條件和模擬結果。對上述系統(tǒng)進行比較和分析之后發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)的燃燒方式相比，化學鏈燃燒技術具有明顯的優(yōu)勢，主要有：一、較低的燃燒溫度，低于1500℃，無熱力型和快速型Nox 產生；二、有利于實現(xiàn)CO2的分離和收集，燃

4、料反應器的出口氣體經冷凝分離出其中的H2O后可得到高濃度的CO2，其濃度可達98%以上；三、燃料不與空氣直接接觸，沒有燃料型Nox 生成；四、具有更高的系統(tǒng)熱效率和C 捕捉率，其熱效率較常規(guī)燃燒方式高出3%～4%左右，其C 捕捉率ηc更是可高達99%以上。
　　 利用化學鏈概念進行重整和制氫是一個比較新穎的概念，本文以CH4為燃料，以化學鏈技術為核心，分別構建了三種不同的制氫系統(tǒng)，在此基礎上以Aspen Plus軟件為平臺，對所

5、構建的系統(tǒng)進行了過程模擬和熱力性能分析，確定了各系統(tǒng)優(yōu)化的運行條件，在對三種制氫系統(tǒng)進行比較和評價之后得出如下結論：Ni基CH4自熱化學鏈重整制氫系統(tǒng)中循環(huán)氧載體的質量流量和體積流量最低，分別為0.12624271 kg/molCH4和1.9701×10-5 m3/mol CH4，所消耗的傳輸能量最少，其所產生的重整氣具有最高的低位發(fā)熱量，為11376.04 kJ/Nm3；Ni基CH4蒸汽重整化學鏈燃燒制氫系統(tǒng)具有最高的冷煤氣效率，達8