基于化學(xué)鏈的能量轉(zhuǎn)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(gè)重要原因，已經(jīng)嚴(yán)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(shí)現(xiàn)對(duì)其有效分離和收集是全世界共同的目標(biāo)和發(fā)展方向。作為能源與環(huán)境領(lǐng)域一個(gè)先進(jìn)的發(fā)展方向，基于化學(xué)鏈技術(shù)的能量轉(zhuǎn)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(duì)基于化學(xué)鏈的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)進(jìn)行了過程模擬方面的系統(tǒng)性研究。
　　 為了驗(yàn)證Aspen

2、 Plus軟件在對(duì)復(fù)雜能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)進(jìn)行模擬時(shí)方法的正確性、結(jié)果的可用性，本文首先對(duì)湖南某電廠300MW燃煤機(jī)組進(jìn)行了過程模擬，建立了各個(gè)子系統(tǒng)的模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)該系統(tǒng)的熱力學(xué)仿真。將仿真獲得的結(jié)果與該電廠的實(shí)際性能測(cè)試數(shù)據(jù)相比之后發(fā)現(xiàn)，最大誤差僅為1.13%，完全滿足工程應(yīng)用的要求。同時(shí)在對(duì)該熱力系統(tǒng)進(jìn)行火用分析之后發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)中鍋爐產(chǎn)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(huì)大幅度改進(jìn)整個(gè)系統(tǒng)的火用利用程度。
　　 在此基礎(chǔ)上，本文在Aspen Plus中構(gòu)建了CH4和煤的化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)和常規(guī)燃燒系統(tǒng)的仿真模型，對(duì)各種系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)地模擬計(jì)算和熱力學(xué)分析，并得到了各系統(tǒng)優(yōu)化的運(yùn)行條件和模擬結(jié)果。對(duì)上述系統(tǒng)進(jìn)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(xué)鏈燃燒技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，主要有：一、較低的燃燒溫度，低于1500℃，無熱力型和快速型Nox 產(chǎn)生；二、有利于實(shí)現(xiàn)CO2的分離和收集，燃

4、料反應(yīng)器的出口氣體經(jīng)冷凝分離出其中的H2O后可得到高濃度的CO2，其濃度可達(dá)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(dá)99%以上。
　　 利用化學(xué)鏈概念進(jìn)行重整和制氫是一個(gè)比較新穎的概念，本文以CH4為燃料，以化學(xué)鏈技術(shù)為核心，分別構(gòu)建了三種不同的制氫系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上以Aspen Plus軟件為平臺(tái)，對(duì)所

5、構(gòu)建的系統(tǒng)進(jìn)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(yùn)行條件，在對(duì)三種制氫系統(tǒng)進(jìn)行比較和評(píng)價(jià)之后得出如下結(jié)論：Ni基CH4自熱化學(xué)鏈重整制氫系統(tǒng)中循環(huán)氧載體的質(zhì)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(chǎn)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(xué)鏈燃燒制氫系統(tǒng)具有最高的冷煤氣效率，達(dá)8