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回收CO2的MCFC复合动力系统集成机理与设计基础研究
结题报告
批准号:
51276063
项目类别:
面上项目
资助金额:
80.0 万元
负责人:
段立强
依托单位:
学科分类:
E0603.传热传质学
结题年份:
2016
批准年份:
2012
项目状态:
已结题
项目参与者:
郭民臣、王修彦、郭喜燕、翟融融、潘翔、黄科薪、李冉、朱竟男、陈新明
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中文摘要
本项目拟在领域学科交叉层面,开展回收CO2的MCFC复合动力系统集成机理与设计基础研究。首先,研究MCFC高效电化学转功机理与低能耗富集CO2机制,揭示MCFC性能随运行参数的变化规律;探索基于阴阳极排气不同组分特点的MCFC与不同热力系统耦合机理与方法;为降低CO2压缩液化能耗,还探讨与余热制冷相结合的CO2液化新方法,并对高效回收余热进行系统优化研究;研究MCFC电化学转功过程、CO2富集分离液化与热力循环系统之间的集成机理和耦合特性规律。然后,创建系统中低能耗回收富集CO2的高效复合动力系统,开拓新的低能耗捕获CO2途径。除理论研究外,还拟开展MCFC单电池实验研究,检测CO2转移利用率,揭示电池参数与电池性能关联规律,为验证理论模型和系统设计集成提供关键数据。本项目研究成果将为高效、低CO2排放的新型复合动力系统奠定设计理论基础,为我国实施节能减排战略提供新的思路和途径。
英文摘要
From the viewpoint of the intercrossing of disciplinary areas, this project studies the integration mechanism and design basis of Molten Carbonate Fuel Cell(MCFC) hybrid power system with CO2 capture.Firstly,the direct work conversion mechanism and the characteristics of CO2-concentration of MCFC system are investigated. The effects of the key operating parameters on the MCFC performance are revealed. The integration mechanism and method between MCFC with different thermal systems according to the different components of exhausted gases from the anode and cathode are explored. In order to reduce the energy consumption of CO2 compression and liquefaction, a new way to liquefy CO2 by integrating the refrigeration process drove by the waste heat in MCFC system is proposed. In order to use the waste heat efficiently, thermal cycle system will be optimized.The integration mechanism and coupling characteristics among the MCFC process, CO2 concentration, separation,liquefaction process and the conventional thermal cycle systems are deeply studied. Then, the new MCFC hybrid sytems with CO2 capture are proposed and the new ways to capture CO2 with lower energy consumption from power systems are explored. Except for the theoretical research, this project will do some experimental research on the unit cell of MCFC, which will test the CO2 transfer and utilization ratio in the cathode of MCFC and investigate the correlations between the key operating parameters and the cell performance. The experiment will provide the key data for the system integration and verify the theoretical models. The research achivements of this project will provide the design theory basis for new hybrid power system with the higher efficiency and lower CO2 emission, also provide a new way and idea for realizing the strategy of energy-saving and pollution emission reduction in our country.
目前如何大幅度降低传统动力系统CO2 排放是应对新世纪挑战的关键问题,然而CO2减排能耗过高仍是能源动力系统目前面临的一大科技难题,解决这一难题靠单一学科不能找到满意答案,目前的发展趋势是通过学科的交叉融合来破解这一难题。. 本项目主要从领域学科交叉层面,开展回收CO2 的MCFC 复合动力系统集成机理与设计基础研究。首先,研究MCFC 高效电化学转功机理与低能耗富集CO2 机制,探索基于阴阳极排气不同组分特点的MCFC 与不同热力系统耦合机理与方法;探讨与余热制冷相结合的CO2 液化新方法,并对高效回收余热进行系统优化研究;研究MCFC 电化学转功过程、CO2 富集分离液化与热力循环系统之间的集成机理和耦合特性规律。然后,创建系统中低能耗回收富集CO2 的高效复合动力系统,还进行MCFC 单电池实验研究,为验证理论模型和系统设计集成提供关键数据。主要的研究结果如下:. (1)建立了MCFC电池模型,搭建了功率等级为20W的MCFC实验平台,从理论模拟和实验两方面揭示了MCFC电化学转功并能够富集CO2的特性,获得了不同进气条件下电池特性曲线及CO2转移率变化规律。. (2)提出了MCFC回收传统动力系统CO2新方法,传统方法会导致原系统功率和效率同时下降,而新方法不但不会造成原系统功率下降,而且还会由于MCFC本身产功增加,效率也会由于MCFC系统本身的高效下降不明显,在回收60-70%CO2情况下甚至大于等于原系统效率。. (3)针对不同CO2排放动力系统,形成MCFC电化学转功过程、热力循环产功、CO2 富集液化过程一体化集成机理与设计方法,给出了不同的设计思路和方法,提出整合其他一些先进集成单元(如氧离子传输膜,与余热驱动制冷相结合新型CO2压缩液化)进一步降低系统回收CO2能耗新思路。. (4)设计出MCFC 回收自身排放CO2 以及与MCFC 集成从富含CO2 的烟气中(燃气蒸汽联合循环系统、常规燃煤发电系统、整体煤气化联合循环系统)低能耗捕获CO2 的复合动力系统,大幅度地降低了CO2捕获能耗,并提高了整个复合动力系统额效率。本项目也对这些系统的技术经济性能做了深入分析.. 本项目研究成果为同时解决能源高效利用与低能耗控制CO2 排放提出了新途径。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Study on a gas-steam combined cycle system with CO2 capture by integrating molten carbonate fuel cell
集成熔融碳酸盐燃料电池的二氧化碳捕集燃气-蒸汽联合循环系统研究
DOI:10.1016/j.energy.2014.07.006
发表时间:2014-09
期刊:Energy
影响因子:9
作者:Duan, Liqiang;Zhu, Jingnan;Yue, Long;Yang, Yongping
通讯作者:Yang, Yongping
DOI:10.1002/er.3154
发表时间:2013-06
期刊:International Journal of Energy Research
影响因子:4.6
作者:Huang, Kexin;Yang, Yongping;Chen, Xinming;Song, Xiaohui
通讯作者:Song, Xiaohui
DOI:10.1016/j.energy.2016.09.077
发表时间:2016
期刊:Energy
影响因子:9
作者:Liqiang DUAN;Tao Feng;Shilun JIA;Xiaohui Yu
通讯作者:Xiaohui Yu
Study on different zero CO2 emission IGCC systems with CO2 capture by integrating OTM
通过集成 OTM 进行 CO2 捕获的不同 CO2 零排放 IGCC 系统研究
DOI:10.1002/er.3533
发表时间:2016-08
期刊:International Journal of Energy Research
影响因子:4.6
作者:Liqiang Duan;Siyu Sun;Long Yue;Wanjun Qu;Jing Bian
通讯作者:Jing Bian
DOI:--
发表时间:--
期刊:化工学报
影响因子:--
作者:郭民臣;纪执琴;安广然;李安生
通讯作者:李安生
新型耦合太阳能热的液化空气储能发电系统集成开拓与设计基础研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    段立强
  • 依托单位:
太阳能热互补的联合循环发电系统全息集成机制与设计方法
  • 批准号:
    51576062
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    段立强
  • 依托单位:
热力循环与SOFC非热力学产功整合理论及新系统开拓
  • 批准号:
    50606010
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万元
  • 批准年份:
    2006
  • 负责人:
    段立强
  • 依托单位:
国内基金
海外基金