مطالعه ي عددي سيكل يكپارچه ي توليد گاز از زيست توده و پيل سوختي اكسيد جامد صفحه اي

Numerical investigation of an integrated biomass gasification and planar solid oxide fuel cell power plant

در پژوهش حاضر، عملكرد پاياي سيستم يكپارچه ي متشكل از فرايند گازي سازي زيست توده و پيل سوختي اكسيد جامد صفحه اي به ازاي مقادير مختلف رطوبت زيست توده و مقدار هواي ورودي عامل گازي سازي در راكتور مولد گاز به صورت عددي مورد مطالعه قرار مي گيرد. فرآيند توليد گاز در قالب يك راكتور تك مرحله اي با استفاده از روش ترموديناميكي تعادلي اصلاح شده مدل مي شود. مدل ارائه شده در بخش پيل سوختي، مدلي يك بعدي با امكان كنترل دما در راستاي محور پيل سوختي مي باشد. مدل كامل الكتروشيميايي در كنار معادلات بقاي جرم اجزاي گازي و انرژي شاكله اصلي مدل پيل سوختي را تشكيل مي دهند. همچنين دو واكنش اصلاح متان به كمك بخارآب و تبديل آب- گاز منابع توليد و مصرف اجزاي گازي را در كانال سوخت تشكيل خواهندداد. مدل دو بخش اصلي سيستم به كمك نتايج آزمايشگاهي و عددي در دسترس ارزيابي شده و سپس اثر پارامترهاي يادشده بر عملكرد سيستم يكپارچه تحليل و تشريح مي شوند. نتايج نشان مي دهند كه ارزش حرارتي پاييني بيوگاز توليدي از هر كيلومول چوب با محتوي رطوبت ۰/۳، با كاهش نسبت هواي معادل و افزايش محتوي رطوبت از ۰/۱ تا ۰/۵ كاهش مي يابد. طبق نتايج، افزايش محتوي رطوبت زيست توده، توان توليدي تك سلول پيل سوختي اكسيد جامد صفحه اي را كاهش خواهدداد.

Current study aims to numerically investigate the steady state performance of integrated cycle consisting of biomass gasification process and planar type solid oxide fuel cell for different biomass moisture content and amount of air as gasification agent in the gasifier. Single stage lumped gasifier is analyzed by use of a modified thermodynamic equilibrium model، while the steady-state intermediate temperature solid oxide fuel cell model developed hear is one-dimensional which allows for monitoring of the temperature gradients along the cell length under different operating conditions. Complete electrochemical model، species mass balances and energy conservation equation beside the kinetics describing internal methane steam reforming and water-gas shift reactions organize the structure of fuel cell model. Developed model for two main parts of the integrated cycle are validated against the available experimental and numerical dates. Results indicated that the low heating value of the product syngas with 30% moisture content decreases with decreasing of the modified equivalence ratio and increasing of the biomass moisture content from 10 to 50%. Based on the obtained results، the cell electric power mitigates by increasing of the biomass moisture content.