利用固体氧化物燃料电池高效转化低浓度煤矿瓦斯气：系统模拟与参数分析

研究背景：随着全球对清洁能源需求的不断增长，如何有效利用和转化低浓度煤矿瓦斯气（LC-CMG）成为了一个重要的社会和环境问题。LC-CMG是一种含有甲烷的气体，其直接排放不仅浪费资源，还会加剧温室效应。因此，开发一种既能安全处理LC-CMG又能高效转化其为清洁能源的技术显得尤为重要。

研究内容：本研究在《Fuel》期刊上发表的论文《System simulation and parametric analysis of low-concentration coal mine gas fed SOFC-CHP with deoxygenation and enrichment pretreatment》中，研究者们建立了一个化学过程模型，用于模拟经过脱氧和甲烷富集预处理的LC-CMG在固体氧化物燃料电池（SOFC）联合热电联产（CHP）系统中的性能。通过性能评估和火用分析，研究了关键操作参数（如残余氧浓度、入口甲烷浓度、燃料流速和燃料利用率）对系统性能的影响。研究结果显示，使用15%甲烷含量的LC-CMG，并通过富氧气体增强阴极性能，可以使净电效率和热供应效率分别达到49.13%和23.90%。此外，甲烷浓度的降低和残余氧浓度及流速的增加会导致电效率下降，但热供应效率增加。

研究意义：这项研究的创新之处在于首次系统地分析了LC-CMG在SOFC-CHP系统中的性能，并通过参数优化识别了最佳操作条件。这不仅提高了LC-CMG的能源转化效率，还有效避免了其直接排放带来的环境问题。研究成果对于指导LC-CMG在SOFC-CHP系统中的集成和操作优化具有重要意义，为未来清洁能源技术的发展提供了科学依据和技术支持。

王鑫鑫 中国矿业大学

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