钙钛矿-化学链燃烧的低温太阳能与天然气循环
发布时间：2021-10-05 13:10
提出了低温太阳能与天然气互补钙钛矿化学链燃烧方法,利用低聚光比槽式太阳能集热,将太阳能与天然气结合,采用钙钛矿型氧化物LaCu0.1Ni0.9O3作为氧载体,与天然气发生还原反应吸收350℃低温太阳能,最终反应产物为CO2与H20,还原态的氧载体在高温下与空气发生氧化反应,重新恢复氧化态,产生的高温烟气驱动联合循环进行发电。该方法将低品位的太阳热能提升至高品位的化学能,减少了太阳能热化学利用中■损失,实现合理的能量匹配和CO2零能耗自分离。利用数学模型与Aspen plus对该系统进行模拟,当汽轮机进口温度为1200℃时,该系统拥效率和太阳能净发电效率提高至61.4%与31.9%,略高于以NiO为氧载体的SCLC-CC系统,比传统的天然气联合循环系统（含CO2分离）提高近10个百分点。
【文章来源】：工程热物理学报. 2019,40(04)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图１太阳能与甲烷互补不同转化方式对应的聚光比、反应温度??及品位分析图??Ｆｉｇ．?１?Ｔｈｅ?ｓｏｌａｒ?ｅｎｅｒｇｙ?ｌｅｖｅｌ?ａｓ?ａ?ｆｕｎｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ??
７２６??工程热物理学报??４０卷??Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ??图３系统模拟流程图??Ｆｉｇ．?３?Ｔｈｅ?ｏｖｅｒａｌｌ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｆｌｏｗ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＣＬＣ?ｓｙｓｔｅｍ??该反应为吸热反应，当太阳辐照充足时，将甲烷??转化为ｃｏ２与水蒸气，将这部分烟气通过换热器继??续加热至高温后，连接至下游的联合循环中进行发??电，排出的气体通过水蒸气冷凝过程分离出Ｃ０２并??进行捕集封存，实现了反应过程中零能耗ｃｏ２自分??离。还原反应后的钙钛矿型氧载体ＬａＣｕｏ．ｉＮｉｏ．９Ｏ２．３４??进入氧化反应器（ＡＲ）中发生氧化反应，如式（２）：??ＬａＣｕ〇．ｉＮｉ〇．９〇２．３４＋〇．３３〇２?—？?ＬａＣｕ〇．ｉＮｉ（）．９〇３?⑵??氧化反应过程利用压缩空气将还原态钙钛矿型??氧化物进行氧化，该反应为强放热反应，该过程不??仅将还原态的氧载体再氧化至最初的氧化态完成循??环，同时反应放出的热量可在下游连接朗肯循环或??联合循环以利用。完整氧化还原过程总反应方程如??式（３）：??ＣＨ４＋２０２?—?Ｃ０２＋２Ｈ２０?（３）??Ａ／ｆ２５°ｃ＝?８０２．６?ｋ．Ｉ?？?ｍｏｌ?１??如式（３）所示，理论上，１?ｍｏｌ的甲烷在３５０°Ｃ??低温太阳能输入时可同时产生〗ｍｄ的Ｃ０２和２??ｍｏｌ的Ｈ２０。在起始阶段，此过程吸收低品位的太??阳热能，并将其转化为导热工质（导热油）的热能，随??后这部分工质的热董用于燃料反应器中的吸热反应，??使甲烷与钙钛矿型氧化物氧载体（ＬａＣｕｏ．ｉＮｉｏ．９Ｏ３）??发生还原反应，将热能转化为材料的化学能，且??氧载体释放化学能并转化为高温烟气（Ｃ〇
吸收热量较少等特点，实现了低温太阳??热能与天然气化学能之间能量匹配和梯级利用，将??低温太阳热能提升至高温烟气（Ｃ０２与Ｈ２０）的品??位，通过能量高效、梯级利用使系统具有较好热力学??性能．??３．４燃气轮机入□温度（ｒｉＴ）的影响??燃气轮机入口温度（ｒ／ｒ）是太阳能互补热发电??系统热力性能的重要影响参数，为进一步评估系统??随７Ｙ７＇变化的关系，通过改变从燃料反应器（ＦＲ）??中排出的高温气体经换热后燃气轮机入Ｕ温度条件??进行模拟研究，了解该参数的影响规律。结果如图４??所示，当Ｔ／Ｔ从１１００°Ｃ变化至１１９０°Ｃ时，系统的??拥效率从６１．４％升高至６２．３％，太阳能净发电效率从??３１．９％增加至３２．４％。表明系统性能随燃气轮机入口??温度升高而提高。??ＴＩＴ／°Ｃ??图４?Ｔ／Ｔ变化对系统性能的影响??Ｆｉｇ．?４?Ｔｈｅ?ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ＴＩＴ?ｏｎ?ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ?ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ??表５新系统设计点性能对比分析??Ｔａｂｌｅ?５?Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｏｆ?ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ?ａｎｄ?ＮｉＯ?ＳＣＬＣ－ＣＣ?ｓｙｓｔｅｍ??项目??钙钛矿丨ＳＣＬＣ－ＣＣ系统??ＮｉＯ｜ＳＣＬＣ－ＣＣ?系统??太阳能集热温度／°ｃ??３５０??５３０??低温太阳能品位??０．５２??０．６３??氧载体材料??ＬａＣｕ〇．??ｌＮｉ〇．９〇３－？５??ＮｉＯ／Ｎｉ??还原反应焓变／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??太阳能??１９５．６６??１９．６??１８
【参考文献】：
期刊论文
[1]对中国能源问题的思考[J]. 江泽民. 上海交通大学学报. 2008(03)
本文编号：3419807
【文章来源】：工程热物理学报. 2019,40(04)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图１太阳能与甲烷互补不同转化方式对应的聚光比、反应温度??及品位分析图??Ｆｉｇ．?１?Ｔｈｅ?ｓｏｌａｒ?ｅｎｅｒｇｙ?ｌｅｖｅｌ?ａｓ?ａ?ｆｕｎｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ??
７２６??工程热物理学报??４０卷??Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ??图３系统模拟流程图??Ｆｉｇ．?３?Ｔｈｅ?ｏｖｅｒａｌｌ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｆｌｏｗ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＣＬＣ?ｓｙｓｔｅｍ??该反应为吸热反应，当太阳辐照充足时，将甲烷??转化为ｃｏ２与水蒸气，将这部分烟气通过换热器继??续加热至高温后，连接至下游的联合循环中进行发??电，排出的气体通过水蒸气冷凝过程分离出Ｃ０２并??进行捕集封存，实现了反应过程中零能耗ｃｏ２自分??离。还原反应后的钙钛矿型氧载体ＬａＣｕｏ．ｉＮｉｏ．９Ｏ２．３４??进入氧化反应器（ＡＲ）中发生氧化反应，如式（２）：??ＬａＣｕ〇．ｉＮｉ〇．９〇２．３４＋〇．３３〇２?—？?ＬａＣｕ〇．ｉＮｉ（）．９〇３?⑵??氧化反应过程利用压缩空气将还原态钙钛矿型??氧化物进行氧化，该反应为强放热反应，该过程不??仅将还原态的氧载体再氧化至最初的氧化态完成循??环，同时反应放出的热量可在下游连接朗肯循环或??联合循环以利用。完整氧化还原过程总反应方程如??式（３）：??ＣＨ４＋２０２?—?Ｃ０２＋２Ｈ２０?（３）??Ａ／ｆ２５°ｃ＝?８０２．６?ｋ．Ｉ?？?ｍｏｌ?１??如式（３）所示，理论上，１?ｍｏｌ的甲烷在３５０°Ｃ??低温太阳能输入时可同时产生〗ｍｄ的Ｃ０２和２??ｍｏｌ的Ｈ２０。在起始阶段，此过程吸收低品位的太??阳热能，并将其转化为导热工质（导热油）的热能，随??后这部分工质的热董用于燃料反应器中的吸热反应，??使甲烷与钙钛矿型氧化物氧载体（ＬａＣｕｏ．ｉＮｉｏ．９Ｏ３）??发生还原反应，将热能转化为材料的化学能，且??氧载体释放化学能并转化为高温烟气（Ｃ〇
吸收热量较少等特点，实现了低温太阳??热能与天然气化学能之间能量匹配和梯级利用，将??低温太阳热能提升至高温烟气（Ｃ０２与Ｈ２０）的品??位，通过能量高效、梯级利用使系统具有较好热力学??性能．??３．４燃气轮机入□温度（ｒｉＴ）的影响??燃气轮机入口温度（ｒ／ｒ）是太阳能互补热发电??系统热力性能的重要影响参数，为进一步评估系统??随７Ｙ７＇变化的关系，通过改变从燃料反应器（ＦＲ）??中排出的高温气体经换热后燃气轮机入Ｕ温度条件??进行模拟研究，了解该参数的影响规律。结果如图４??所示，当Ｔ／Ｔ从１１００°Ｃ变化至１１９０°Ｃ时，系统的??拥效率从６１．４％升高至６２．３％，太阳能净发电效率从??３１．９％增加至３２．４％。表明系统性能随燃气轮机入口??温度升高而提高。??ＴＩＴ／°Ｃ??图４?Ｔ／Ｔ变化对系统性能的影响??Ｆｉｇ．?４?Ｔｈｅ?ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ＴＩＴ?ｏｎ?ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ?ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ??表５新系统设计点性能对比分析??Ｔａｂｌｅ?５?Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｏｆ?ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ?ａｎｄ?ＮｉＯ?ＳＣＬＣ－ＣＣ?ｓｙｓｔｅｍ??项目??钙钛矿丨ＳＣＬＣ－ＣＣ系统??ＮｉＯ｜ＳＣＬＣ－ＣＣ?系统??太阳能集热温度／°ｃ??３５０??５３０??低温太阳能品位??０．５２??０．６３??氧载体材料??ＬａＣｕ〇．??ｌＮｉ〇．９〇３－？５??ＮｉＯ／Ｎｉ??还原反应焓变／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??太阳能??１９５．６６??１９．６??１８
【参考文献】：
期刊论文
[1]对中国能源问题的思考[J]. 江泽民. 上海交通大学学报. 2008(03)
本文编号：3419807
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/xnylw/3419807.html
