固体生物质化学链气化发电并耦合余热回收系统研究
大连理工大学穆林副教授团队利用Aspen软件搭建了新型生物质化学链气化联合燃气轮机进行发电的模型，并耦合有机朗肯循环作为该气化发电模型的余热回收系统。首先对气化模型进行准确性验证；之后探讨氧与生物质比及压气机压比等关键参数对气化系统和发电系统的影响规律，并探索出最优值；最后探讨了有机朗肯循环的加入及内回热的设计对整个发电系统的影响。
生物质化学链气化–燃气轮机–有机朗肯循环发电
穆 林1,2，胡天才1,2，王 震1,2，黄贤坤1,2，赵 亮1,2，尹洪超1,2
1.大连理工大学 能源与动力学院
2.海洋能源利用与节能教育部重点实验室
1）利用Aspen软件搭建了新型的生物质化学链气化–燃气轮机–有机朗肯循环气化发电系统模型，包括内回热系统的设计模型，完成了碳中和性质的热电厂设计和实现了能量的梯级利用。
2）通过调控影响气化发电系统的关键参数，使得整个系统的发电效率达到了目前小型热电厂的发电效率水平，实现了生物质能的高值转化和清洁利用。
研究背景
生物质能是一种可再生且具有碳中性的绿色能源，其总量丰富，具有替代煤炭成为热电厂主要燃料的潜力。而目前利用生物质能进行发电的模式主要为技术成熟的直接燃烧发电，但该发电模式效率低，故生物质能高值转化利用成为研究重点，基于此化学链气化技术应运而生。
生物质化学链气化技术研究多集中在气化参数的优化，而利用该气化技术进行发电的研究则较少，并且耦合有机朗肯循环作为发电系统余热回收环节的研究则更少。
研究内容
利用Aspen软件搭建新型生物质化学链气化联合燃气轮机发电模型，并耦合有机朗肯循环进行高效发电，重点研究了在不同种类生物质气化燃料下，氧与生物质比对化学链气化过程及压气机压比对联合发电系统的影响，并在同等进料量情况下，以净输出功率最高为约束目标，探索出最佳气化燃料和最优参数组合。后续耦合有机朗肯循环探讨不同有机工质对系统热效率影响，并为了进一步提高热效率，探究了针对有机朗肯循环的内回热设计对整体发电系统的影响。
研究结论
1）研究了以玉米秸秆、稻秆和麦秆为生物质气化燃料时，氧与生物质比λ(0.05～0.25)和压气机压比PR(7～29)对生物质化学链气化联合燃气轮机(BCLG–GT)发电工艺的影响，并确定最佳模拟工况及最佳气化燃料。模拟结果表明：麦秆为最好的气化燃料，其最佳模拟工况为：λ=0.05，PR=13。
2）在最佳模拟工况及最佳气化燃料基础上，研究了不同有机流体及有无回热装置对ORC系统的影响。模拟结果表明：R245fa具有更高的实用价值与较好的环境友好性，相较R134a、HCFC–123和R–404A具有明显优势。加装回热装置后，ORC系统的净输出功率相比无回热装置的ORC系统提高13.37%。
3）根据模拟结果，新型具有回热装置的生物质化学链气化–燃气轮机–有机朗肯循环发电(BCLG–GT–ORC)系统能量效率为35.48%，相较无ORC系统的BCLG–GT发电系统，能量效率提高5.16%；相较无回热装置的BCLG–GT–ORC发电系统，能量效率提高0.78%。
图1 BCLG-GT-ORC系统工艺流程
图2 模拟和试验结果对比
图3 3种生物质气化效果及输出功率对比
图4 带回热装置的BCLG–GT–ORC工艺流程
表1 BCLG–GT–ORC系统运行工况和设计参数
引用格式：
穆林,胡天才,王震,等.生物质化学链气化-燃气轮机-有机朗肯循环发电[J].洁净煤技术,2023,29(5)：11-20.
MU Lin,HU Tiancai,WANG Zhen,et al.Biomass chemical looping gasification integrated with gas turbine and Organic Rankine Cycle for power generation[J].Clean Coal Technology,2023,29(5)：11-20.
作者简介
穆林，2012年获得大连理工大学博士学位，2013–2015年在大连理工大学环境学院进行博士后研究，现为大连理工大学能源与动力学院副教授，博士生导师，主要开展可再生能源、工业废弃物的高值低碳利用，生物质化学链气化、制氢与过程调控、CO2捕集、利用与封存(CCUS) 以及人工神经网络与大数据在能源与动力工程中的应用等方面研究, 主持国家自然科学基金2项，装备预研等其他省部级项目5项，参与国家科技重大专项/国家重点研发计划1项，主持或参与企事业技术开发类项目30余项，近年来，以第一/通讯作者在Fuel、Energy、Powder Technology、Journal of the Energy Institute高水平期刊发表学术论文40余篇，其中SCI/EI检索论文30余篇，授权发明专利3项，担任多个国际高水平SCI学术期刊审稿人，《洁净煤技术》青年编委，辽宁省能源研究会专家。
