烘焙生物质气化/太阳能集热混合能源系统仿真建模与热经济性分析

来源 :山东理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaolinxiaoyi
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近年来,随着以化石燃料为主的能源消耗已经造成众多环境问题,绿色环保且储量丰富的可再生能源引起了人们的广泛关注,基于生物质、太阳能等可再生资源的混合能源系统具有很高的潜在应用价值。本研究根据山东省青州市某小型居民建筑日常能源需求以及当地的气候和可再生资源状况,设计了一种烘焙生物质气化/太阳能集热混合能源供应系统,以提高该小型建筑日常供能可再生能源比例。本研究首先对烘焙生物质气化/太阳能集热混合能源系统的各子系统进行了详细的介绍,子系统包括太阳能集热系统、生物质烘焙系统、生物质气化系统、吸收式制冷系统;建立各子系统数学模型,确定了系统控制函数,得到了整体系统的热平衡和能量平衡方程。然后使用Aspen Plus软件对混合能源系统进行了仿真模拟,验证了模型模拟结果的合理性,利用模型研究了不同烘焙温度以及水蒸气与生物质质量比(S/B)对气化产物的影响,热源水温度、冷凝温度、蒸发温度和稀溶液流量对吸收式制冷机组性能影响。结果表明:烘焙生物质气化系统中烘焙温度升高,CO和CH4的体积分数升高,H2和CO2的体积分数降低,生物质原料的热值从12.8 MJ/m3提升至20.1 MJ/m3,焦油含量从40.2 g/Nm3降低至27.2 g/Nm3;随着水蒸气与生物质质量比(S/B)增加,H2和CO2的体积分数升高,CO和CH4体积分数降低,生物质气化气的热值11.6 MJ/m3降低至9.5 MJ/m3,焦油含量变化不明显;吸收式制冷机组中最佳的热源水温度范围为88-90℃,蒸发温度在9℃、冷凝温度为30℃较为合适,溴化锂稀溶液的流量应在2000 kg/h。基于(火用)经济性理论对系统进行了热经济学分析,分析了混合能源系统设备利用效率和(火用)损情况。在烘焙生物质气化系统中,生物质气化炉占总(火用)损失的46.67%,燃气锅炉占总(火用)损失的23.39%;在吸收式制冷系统中,发生器的(火用)损在所有单元设备中占比最大。通过改变参数敏感性分析,解释了生物质价格、不同烘焙温度对系统产品单位(火用)成本的影响,为进一步优化改造提供指导。最后对混合能源系统进行经济性分析,预计年收益518275.2元,投资回收期为2.89年;并对节能效益和环保效益进行分析,系统每年可以节约1.05×106MJ的热量,在寿命年限内二氧化碳减排量为550.59吨。
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