本发明专利技术涉及一种发电装置及效率预测方法，属于新能源技术领域，具体是涉及一种燃料水解气化发电装置及发电效率预测方法。包括：重整器，用于接收燃料并将所述燃料重整为碳氢气体；电力转换装置，用于将所述碳氢气体的化学能转换为电能并将产生的废气送入换热器；换热器，与所述重整器相连，用于将从所述废气中分离出的热量送至所述重整器中以参与所述燃料的重整过程。因此，本发明专利技术具有如下优点：采用全新的能量转换模型及预测方法，能量转换效率高，转换效率预测准确,公式简单好用。
Fuel hydrolysis and gasification power plant and prediction method of power generation efficiency
The invention relates to a power generation device and an efficiency prediction method, belonging to the technical field of new energy, in particular to a fuel hydrolysis gasification power generation device and a power generation efficiency prediction method. The reformer comprises: a reformer for receiving fuel and reforming the fuel into hydrocarbon gas; an electric power conversion device for converting the chemical energy of the hydrocarbon gas into electricity and feeding the generated waste gas into a heat exchanger; and a heat exchanger connected to the reformer for transmitting heat separated from the exhaust gas to the reformer. The reforming process of the fuel is involved in the device. Therefore, the invention has the following advantages: adopting a new energy conversion model and prediction method, the energy conversion efficiency is high, the conversion efficiency prediction is accurate, and the formula is simple and easy to use.
【技术实现步骤摘要】
燃料水解气化发电装置及发电效率预测方法
本专利技术涉及一种发电装置及效率预测方法，属于新能源
，具体是涉及一种燃料水解气化发电装置及发电效率预测方法。
技术介绍
燃料电池(FuelCell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。但是，它需要电极和电解质以及氧化还原反应才能发电。按其工作温度的不同，把碱性燃料电池(AFC，工作温度为100℃)、固体高分子型质子膜燃料电池(PEMFC，也称为质子膜燃料电池，工作温度为100℃以内)和磷酸型燃料电池(PAFC，工作温度为200℃)称为低温燃料电池；把熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC，工作温度为650℃)和固体氧化型燃料电池(SOFC，工作温度为700-900℃)称为高温燃料电池。固体氧化物燃料电池(SolidOxideFuelCell,SOFC)是一种将化石燃料中的化学能直接转换为电能的电化学装置，其中没有燃烧过程和机械运动，从而使其具有高效率(最高可达85％)、零污染、无噪音等特点。在固体氧化物燃料电池的阳极一侧持续通入燃料气，例如：氢气(H2)、甲烷(CH4)、城市煤气等，具有催化作用的阳极表面吸附燃料气体，并通过阳极的多孔结构扩散到阳极与电解质的界面。在阴极一侧持续通人氧气或空气，具有多孔结构的阴极表面吸附氧，由于阴极本身的催化作用，使得O2得到电子变为O2-，在化学势的作用下，O2-进入起电解质作用的固体氧离子导体，由于浓度梯度引起扩散，最终到达固体电解质与阳极的界面，与燃料气体发生反应，失去的电子通过外电路回到阴极。传统发电系统一般都采用燃机，包括蒸气机、内燃机、蒸汽轮机、燃气轮机、斯特林发动机等等。计算这类发动机的能量转换效率要用到卡诺公式：ηc＝1-T2/T1例如：普通蒸汽轮机用227℃(500k)的高温水蒸气发电，排出127℃(400k)的低温水蒸气，可简化计算系统发电效率的上限为1-400/500＝20％。超临界蒸汽轮机用427℃(700k)的高温水蒸气发电，排出127℃(400k)的低温水蒸气，则系统发电效率的上限为1-400/700＝43％。超超临界蒸气轮机用627℃(800k)的超超高温水蒸气发电，排出127℃(400k)的低温水蒸气，则系统发电效率的上限为1-400/800＝50％。卡诺公式对于发电系统的工程设计有重大的基础指导意义，它给出了系统发电效率的上限，指明了系统优化和改进的方向。
技术实现思路
本专利技术主要是解决现有技术所存在的能量转换效率低，能量转预测不准确的技术问题，提供了一种燃料水解气化发电装置及发电效率预测方法。该装置及方法采用全新的能量转换模型及预测方法，能量转换效率高，转换效率预测准确。本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种燃料水解气化发电装置，包括：重整器，用于接收燃料并将所述燃料重整为碳氢气体；电力转换装置，用于将所述碳氢气体的化学能转换为电能并将产生的废气送入换热器；换热器，与所述重整器相连，用于将从所述废气中分离出的热量送至所述重整器中以参与所述燃料的重整过程。在本专利技术的至少一个实施例中，所述燃料包括：甲烷、丙烷、辛烷、正十八烷、甲醇、乙醇、淀粉、煤炭中的一种或多种。在本专利技术的至少一个实施例中，所述电力转换装置为SOFC电堆和/或燃气轮机。一种上述装置的发电效率预测方法，包括：放大系数计算步骤，用于根据燃料和水的化学反应式计算出重整后的碳氢气热量与重整前的输入能量的比值，即放大系数L；发电效率计算步骤，用于根据电力转换装置转换后的电能和输入能量计算发电效率ηm。全系统效率计算步骤，用于根据所述放大系数L和所述发电效率ηm计算全系统效率ηs。在本专利技术的至少一个实施例中，所述全系统效率计算步骤基于下式计算系统效率ηs：ηs＝L*ηm。因此，本专利技术具有如下优点：采用全新的能量转换模型及预测方法，能量转换效率高，转换效率预测准确。附图说明附图1-2是传统发电方式的原理图；附图3-4是本专利技术甲烷燃烧的工作流程图；附图5-6是专利技术采用碳燃烧的工作流程图；附图7-12是本专利技术采用丙烷、辛烷、正十八烷、甲醇、乙醇、淀粉燃烧的工作流程图。具体实施方式下面通过实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。实施例：SOFC(固体氧化物燃料电池)发电是一种不同于卡诺循环的全新的发电方式，在固体氧化物电解质的作用下，燃料(一般是一氧化碳和氢气)的化学能直接转换为电能，同时放出热能。由于SOFC的工作温度高达700-900℃，其排出的高温废热易于利用，可以用于燃料的预热和水解反应,甚至可以直接生产超临界水蒸汽。目前华工科技大学燃料电池研究中心的李箭教授团队已经研制出5KW级的SOFC电堆，用CO和H2的混合气体发电时，其能量转换效率已经达到46％以上。理论上所有碳氢化合物都可以水解为CO和H2，供SOFC电堆直接发电。最容易水解的燃料是甲烷。以下我们用甲烷水解的理想模型来研究SOFC发电全系统效率的科学规律。全系统能量变换可以简单表述为图3所示的模型。图中系统输入的燃料为1mol甲烷，其初始化学能为890.31KJ(25℃)。当甲烷和水蒸气混合通过重整器时，会发生化学反应：CH4+H2O＝CO+3H2按1mol甲烷和1mol水完全反应测算，则等式左侧的燃烧热为890.31KJ，等式右侧燃烧热为283+285.8*3＝1140.4KJ两侧燃烧热之比1140.4:890.3＝1.281:1也就是说通过重整器吸热化学反应后，燃料的化学能增加了28.1％。输入890.31KJ化学能和250.1KJ热能，输出为1140.4KJ化学能。设定电堆模块(module)的发电效率ηm＝50％,则1140.4KJ化学能中有570.2KJ转换成电能，另外570.2KJ转换成热能。这些热能中的250.1KJ会反馈到重整器作为吸热反应的输入能量。此时全系统(system)的发电效率ηs＝570.2/890.31＝64.05％此例中，ηs＝1.281*ηm甲烷的水解还有另一种化学反应：CH4+2H2O＝CO2+4H2这时的系统效率模型见图4，此例中，ηs＝571.6/890.31＝64.2％ηs＝1.284*ηm比较图3和图4，发现计算出来的全系统效率差别不大。图4的化学反应需要更多的水蒸气，可以利用水的潜热在低温区吸收更多的废热，更便于换热效率的提升。取图2的结果为甲烷的标准模型：理想情况下，对于SOFC发电系统，其全系统发电效率ηs和电堆模块发电效率ηm两者之间的关系满足等式：ηs＝L*ηm式1当SOFC的燃料为甲烷时，系数L为1.284。用该模型计算常见烷烃、烯烃、芳香烃的放大系数都在1.28至1.40之间。甲醇为1.18。乙醇为1.255。所有碳水化合物的放大系数为1.195。本实施例预测方法在煤炭发电中的应用当前全球发电最常用的燃料是煤炭，我们来研究煤炭的本实施例放大系数，用超临界水蒸煤炭，主要化学反应是两种：C+H2O＝CO+H2C+2H2O＝CO2+2H2两种反应的化学能差异小于0.5％，可以忽略差异。用后一种反应来构建本实施例算法模型，全系统效本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种燃料水解气化发电装置，其特征在于，包括：重整器，用于接收燃料并将所述燃料重整为碳氢气体；电力转换装置，用于将所述碳氢气体的化学能转换为电能并将产生的废气送入换热器；换热器，与所述重整器相连，用于将从所述废气中分离出的热量送至所述重整器中以参与所述燃料的重整过程。
【技术特征摘要】
1.一种燃料水解气化发电装置，其特征在于，包括：重整器，用于接收燃料并将所述燃料重整为碳氢气体；电力转换装置，用于将所述碳氢气体的化学能转换为电能并将产生的废气送入换热器；换热器，与所述重整器相连，用于将从所述废气中分离出的热量送至所述重整器中以参与所述燃料的重整过程。2.根据权利要求1所述的一种燃料水解气化发电装置，其特征在于，所述燃料包括：甲烷、丙烷、辛烷、正十八烷、甲醇、乙醇、淀粉、煤炭中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种燃料水解气化发电装置，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：张凯，张艺萱，李进，
申请(专利权)人：张凯，
类型：发明
国别省市：湖北,42
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