基于SOFC的近零碳排放联合循环动力系统热力性能研究

来源：动力工程学报杂志2024年第12期北京时间：

作者：王卓, 田松峰, 翟启超, 张倩, 杨智好,

摘要：基于传统富氧燃烧碳捕集的固体氧化物燃料电池(SOFC)发电系统,提出一种改进的新型近零碳排放的SOFC-燃气轮机(GT)-有机朗肯循环(ORC)系统。利用Aspen Plus软件和内嵌FORTRAN语言对系统进行建模,分析了阳极再循环、后燃烧室废气再循环、电流密度、燃料利用率和蒸汽碳比对系统性能的影响。结果显示,改进后的系统可以有效避免传统空气分离器功耗大、氧气分离率低等问题。在设计工况下,考虑碳捕集的SOFC-GT-ORC系统净发电功率为1 304.09 kW,碳捕集摩尔流量为7.9 kmol/h,捕集纯度高达99.8%。净发电效率为75.68%,相比于传统系统提升了6.68%。采用阳极和后燃烧室废气再循环显著提升了SOFC电池堆发电效率,并且存在最佳循环比(Ran=0.15和Rcc=0.27),使得联合循环系统效率最高。系统发电效率随着燃料利用率的增大显著提升,电流密度和蒸汽碳比增加对系统发电性能不利。SOFC电池堆和换热器在系统中的损失较大,但换热器的优化潜力更大。

关键词：SOFC,碳捕集,富氧燃烧,废气再循环,