鈣鈦礦-化學鏈燃燒的低溫太陽能與天然氣循環(huán)
發(fā)布時間：2021-10-05 13:10
提出了低溫太陽能與天然氣互補鈣鈦礦化學鏈燃燒方法,利用低聚光比槽式太陽能集熱,將太陽能與天然氣結合,采用鈣鈦礦型氧化物LaCu0.1Ni0.9O3作為氧載體,與天然氣發(fā)生還原反應吸收350℃低溫太陽能,最終反應產(chǎn)物為CO2與H20,還原態(tài)的氧載體在高溫下與空氣發(fā)生氧化反應,重新恢復氧化態(tài),產(chǎn)生的高溫煙氣驅動聯(lián)合循環(huán)進行發(fā)電。該方法將低品位的太陽熱能提升至高品位的化學能,減少了太陽能熱化學利用中■損失,實現(xiàn)合理的能量匹配和CO2零能耗自分離。利用數(shù)學模型與Aspen plus對該系統(tǒng)進行模擬,當汽輪機進口溫度為1200℃時,該系統(tǒng)擁效率和太陽能凈發(fā)電效率提高至61.4%與31.9%,略高于以NiO為氧載體的SCLC-CC系統(tǒng),比傳統(tǒng)的天然氣聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)（含CO2分離）提高近10個百分點。
【文章來源】：工程熱物理學報. 2019,40(04)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：9 頁
【部分圖文】：
圖１太陽能與甲烷互補不同轉化方式對應的聚光比、反應溫度??及品位分析圖??Ｆｉｇ．?１?Ｔｈｅ?ｓｏｌａｒ?ｅｎｅｒｇｙ?ｌｅｖｅｌ?ａｓ?ａ?ｆｕｎｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ??
７２６??工程熱物理學報??４０卷??Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ??圖３系統(tǒng)模擬流程圖??Ｆｉｇ．?３?Ｔｈｅ?ｏｖｅｒａｌｌ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｆｌｏｗ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＣＬＣ?ｓｙｓｔｅｍ??該反應為吸熱反應，當太陽輻照充足時，將甲烷??轉化為ｃｏ２與水蒸氣，將這部分煙氣通過換熱器繼??續(xù)加熱至高溫后，連接至下游的聯(lián)合循環(huán)中進行發(fā)??電，排出的氣體通過水蒸氣冷凝過程分離出Ｃ０２并??進行捕集封存，實現(xiàn)了反應過程中零能耗ｃｏ２自分??離。還原反應后的鈣鈦礦型氧載體ＬａＣｕｏ．ｉＮｉｏ．９Ｏ２．３４??進入氧化反應器（ＡＲ）中發(fā)生氧化反應，如式（２）：??ＬａＣｕ〇．ｉＮｉ〇．９〇２．３４＋〇．３３〇２?—？?ＬａＣｕ〇．ｉＮｉ（）．９〇３?⑵??氧化反應過程利用壓縮空氣將還原態(tài)鈣鈦礦型??氧化物進行氧化，該反應為強放熱反應，該過程不??僅將還原態(tài)的氧載體再氧化至最初的氧化態(tài)完成循??環(huán)，同時反應放出的熱量可在下游連接朗肯循環(huán)或??聯(lián)合循環(huán)以利用。完整氧化還原過程總反應方程如??式（３）：??ＣＨ４＋２０２?—?Ｃ０２＋２Ｈ２０?（３）??Ａ／ｆ２５°ｃ＝?８０２．６?ｋ．Ｉ?？?ｍｏｌ?１??如式（３）所示，理論上，１?ｍｏｌ的甲烷在３５０°Ｃ??低溫太陽能輸入時可同時產(chǎn)生〗ｍｄ的Ｃ０２和２??ｍｏｌ的Ｈ２０。在起始階段，此過程吸收低品位的太??陽熱能，并將其轉化為導熱工質（導熱油）的熱能，隨??后這部分工質的熱董用于燃料反應器中的吸熱反應，??使甲烷與鈣鈦礦型氧化物氧載體（ＬａＣｕｏ．ｉＮｉｏ．９Ｏ３）??發(fā)生還原反應，將熱能轉化為材料的化學能，且??氧載體釋放化學能并轉化為高溫煙氣（Ｃ〇
吸收熱量較少等特點，實現(xiàn)了低溫太陽??熱能與天然氣化學能之間能量匹配和梯級利用，將??低溫太陽熱能提升至高溫煙氣（Ｃ０２與Ｈ２０）的品??位，通過能量高效、梯級利用使系統(tǒng)具有較好熱力學??性能．??３．４燃氣輪機入□溫度（ｒｉＴ）的影響??燃氣輪機入口溫度（ｒ／ｒ）是太陽能互補熱發(fā)電??系統(tǒng)熱力性能的重要影響參數(shù)，為進一步評估系統(tǒng)??隨７Ｙ７＇變化的關系，通過改變從燃料反應器（ＦＲ）??中排出的高溫氣體經(jīng)換熱后燃氣輪機入Ｕ溫度條件??進行模擬研究，了解該參數(shù)的影響規(guī)律。結果如圖４??所示，當Ｔ／Ｔ從１１００°Ｃ變化至１１９０°Ｃ時，系統(tǒng)的??擁效率從６１．４％升高至６２．３％，太陽能凈發(fā)電效率從??３１．９％增加至３２．４％。表明系統(tǒng)性能隨燃氣輪機入口??溫度升高而提高。??ＴＩＴ／°Ｃ??圖４?Ｔ／Ｔ變化對系統(tǒng)性能的影響??Ｆｉｇ．?４?Ｔｈｅ?ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ＴＩＴ?ｏｎ?ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ?ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ??表５新系統(tǒng)設計點性能對比分析??Ｔａｂｌｅ?５?Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｏｆ?ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ?ａｎｄ?ＮｉＯ?ＳＣＬＣ－ＣＣ?ｓｙｓｔｅｍ??項目??鈣鈦礦丨ＳＣＬＣ－ＣＣ系統(tǒng)??ＮｉＯ｜ＳＣＬＣ－ＣＣ?系統(tǒng)??太陽能集熱溫度／°ｃ??３５０??５３０??低溫太陽能品位??０．５２??０．６３??氧載體材料??ＬａＣｕ〇．??ｌＮｉ〇．９〇３－？５??ＮｉＯ／Ｎｉ??還原反應焓變／ｋＪ．ｍｏｌ－１??１３３??１５８??能?Ｍ／ｋＷ??比例／％??能量／ｋＷ??比例／％??甲烷??８０２．６??８０．４??８０２．６??８１．４０??太陽能??１９５．６６??１９．６??１８
【參考文獻】：
期刊論文
[1]對中國能源問題的思考[J]. 江澤民. 上海交通大學學報. 2008(03)
本文編號：3419807
【文章來源】：工程熱物理學報. 2019,40(04)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：9 頁
【部分圖文】：
圖１太陽能與甲烷互補不同轉化方式對應的聚光比、反應溫度??及品位分析圖??Ｆｉｇ．?１?Ｔｈｅ?ｓｏｌａｒ?ｅｎｅｒｇｙ?ｌｅｖｅｌ?ａｓ?ａ?ｆｕｎｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ??
７２６??工程熱物理學報??４０卷??Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ??圖３系統(tǒng)模擬流程圖??Ｆｉｇ．?３?Ｔｈｅ?ｏｖｅｒａｌｌ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｆｌｏｗ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＣＬＣ?ｓｙｓｔｅｍ??該反應為吸熱反應，當太陽輻照充足時，將甲烷??轉化為ｃｏ２與水蒸氣，將這部分煙氣通過換熱器繼??續(xù)加熱至高溫后，連接至下游的聯(lián)合循環(huán)中進行發(fā)??電，排出的氣體通過水蒸氣冷凝過程分離出Ｃ０２并??進行捕集封存，實現(xiàn)了反應過程中零能耗ｃｏ２自分??離。還原反應后的鈣鈦礦型氧載體ＬａＣｕｏ．ｉＮｉｏ．９Ｏ２．３４??進入氧化反應器（ＡＲ）中發(fā)生氧化反應，如式（２）：??ＬａＣｕ〇．ｉＮｉ〇．９〇２．３４＋〇．３３〇２?—？?ＬａＣｕ〇．ｉＮｉ（）．９〇３?⑵??氧化反應過程利用壓縮空氣將還原態(tài)鈣鈦礦型??氧化物進行氧化，該反應為強放熱反應，該過程不??僅將還原態(tài)的氧載體再氧化至最初的氧化態(tài)完成循??環(huán)，同時反應放出的熱量可在下游連接朗肯循環(huán)或??聯(lián)合循環(huán)以利用。完整氧化還原過程總反應方程如??式（３）：??ＣＨ４＋２０２?—?Ｃ０２＋２Ｈ２０?（３）??Ａ／ｆ２５°ｃ＝?８０２．６?ｋ．Ｉ?？?ｍｏｌ?１??如式（３）所示，理論上，１?ｍｏｌ的甲烷在３５０°Ｃ??低溫太陽能輸入時可同時產(chǎn)生〗ｍｄ的Ｃ０２和２??ｍｏｌ的Ｈ２０。在起始階段，此過程吸收低品位的太??陽熱能，并將其轉化為導熱工質（導熱油）的熱能，隨??后這部分工質的熱董用于燃料反應器中的吸熱反應，??使甲烷與鈣鈦礦型氧化物氧載體（ＬａＣｕｏ．ｉＮｉｏ．９Ｏ３）??發(fā)生還原反應，將熱能轉化為材料的化學能，且??氧載體釋放化學能并轉化為高溫煙氣（Ｃ〇
吸收熱量較少等特點，實現(xiàn)了低溫太陽??熱能與天然氣化學能之間能量匹配和梯級利用，將??低溫太陽熱能提升至高溫煙氣（Ｃ０２與Ｈ２０）的品??位，通過能量高效、梯級利用使系統(tǒng)具有較好熱力學??性能．??３．４燃氣輪機入□溫度（ｒｉＴ）的影響??燃氣輪機入口溫度（ｒ／ｒ）是太陽能互補熱發(fā)電??系統(tǒng)熱力性能的重要影響參數(shù)，為進一步評估系統(tǒng)??隨７Ｙ７＇變化的關系，通過改變從燃料反應器（ＦＲ）??中排出的高溫氣體經(jīng)換熱后燃氣輪機入Ｕ溫度條件??進行模擬研究，了解該參數(shù)的影響規(guī)律。結果如圖４??所示，當Ｔ／Ｔ從１１００°Ｃ變化至１１９０°Ｃ時，系統(tǒng)的??擁效率從６１．４％升高至６２．３％，太陽能凈發(fā)電效率從??３１．９％增加至３２．４％。表明系統(tǒng)性能隨燃氣輪機入口??溫度升高而提高。??ＴＩＴ／°Ｃ??圖４?Ｔ／Ｔ變化對系統(tǒng)性能的影響??Ｆｉｇ．?４?Ｔｈｅ?ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ＴＩＴ?ｏｎ?ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ?ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ??表５新系統(tǒng)設計點性能對比分析??Ｔａｂｌｅ?５?Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｏｆ?ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ?ａｎｄ?ＮｉＯ?ＳＣＬＣ－ＣＣ?ｓｙｓｔｅｍ??項目??鈣鈦礦丨ＳＣＬＣ－ＣＣ系統(tǒng)??ＮｉＯ｜ＳＣＬＣ－ＣＣ?系統(tǒng)??太陽能集熱溫度／°ｃ??３５０??５３０??低溫太陽能品位??０．５２??０．６３??氧載體材料??ＬａＣｕ〇．??ｌＮｉ〇．９〇３－？５??ＮｉＯ／Ｎｉ??還原反應焓變／ｋＪ．ｍｏｌ－１??１３３??１５８??能?Ｍ／ｋＷ??比例／％??能量／ｋＷ??比例／％??甲烷??８０２．６??８０．４??８０２．６??８１．４０??太陽能??１９５．６６??１９．６??１８
【參考文獻】：
期刊論文
[1]對中國能源問題的思考[J]. 江澤民. 上海交通大學學報. 2008(03)
本文編號：3419807
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