摘要:
基于品位匹配和多能源互补综合梯级利用的原则,本文提出了新型低能耗控制CO2的太阳能与化石能源互补系统(LEHSOLCC),并对其进行了热力、经济性能分析.钯基合金膜具有很高的透氢性能,将此结构用于甲烷重整反应中,在中温条件下可实现甲烷的近完全转化,并在能量转化的同时,实现CO2的定向富集与低能耗分离.抛物槽式太阳能(200oC)提供重整所需蒸汽的汽化潜热,同时,聚光型塔式太阳能(550oC)提供甲烷重整所需的反应热.由于反应器中钯基膜能够不断地使产生的H2 从反应侧移至渗透侧,在反应区内,化学反应将持续向生成H2的方向进行,最终在渗透侧收集到的纯H2 作为燃料在燃气-蒸汽联合循环中加以利用,而在反应侧得到的气体因富含CO2 在燃烧前可实现其低能耗分离.所提系统中,中温太阳能首先经重整反应转化为合成气化学能,实现品位提升,其次通过燃料燃烧转化为高温燃气热能驱动燃气-蒸汽联合循环作功实现其高效热功转换.钯基合金膜反应器的应用,改善了重整反应条件,突破了反应温度对转化率的限制,在中温条件下大幅度提高甲烷转化率,增加了燃料化学能梯级利用的程度,降低了燃烧反应的不可逆损失.中低温太阳能与水等温蒸发过程的热集成,消除了节点温差,系统内余热回收部分的热匹配得到了改善,减少了传热(火用)损.分析表明:太阳能热输入份额为28.2%,CO2 捕集率为91%,系统(火用)效率达到58%;以相同化石燃料输入的燃气-蒸汽联合循环(CC)和尾气捕集CO2的燃气-蒸汽联合循环(CC-Post)为参比系统时,本系统太阳能净转功效率分别达到19.2%和36.4%,化石燃料节约率分别为16.4%和31.2%,单位发电的CO2排放分别降低了92.5%和38%.新循环将燃料化学能梯级释放与太阳能品位提升及CO2 定向富集相耦合,实现了太阳能高效热功转换及与化石燃料的互补利用,而且以低能耗代价实现CO2的分离.