热化学回热器中TCR效率计算的实例

这里给出了7.4节中所描述的零排放活塞发动机的一个相当复杂的情况的计算案例。

热化学回热器（TCR）由于利用废热用于燃料水或二氧化碳的重整从而使效率提高，这在燃气轮机组中已广为人知。而不怎么有名的是类似的TCR应用在活塞发动机上。不同之处是在低压燃料和水或二氧化碳的混合物中工作。

这一章的目的是计算在适合活塞发动机的情况下以含水和二氧化碳的甲烷为燃料的吸热反应。计算表明乏气的热被转化成了重整燃料（一氧化碳和氢气）的。结果以效率和最终反应温度关系曲线的形式给出。在800～1000K范围内，对于甲烷和水，TCR的效率由0.23增长至0.77；对于甲烷加水，则从0.30增长到0.80。一台狄赛尔发动机的燃料节约率可以达到19％。

将燃气轮机系统的热化学回热器的原理广泛应用于活塞式发动机的是美国燃气技术公司。文献摘录（Gas Technology Institute，2004）如下：

TCR是一个应用于往复式发动机的非常有前景的想法。从发动机燃烧室中排放的废热被回收来支持燃料（天然气）的催化重整，以得到更高热值的燃料。

GTI的初步分析支持TCR系统可以优于传统发电系统：

回收发动机废热来提高循环效率，以减少燃料消耗；

通过提高效率减少了二氧化碳排放；

提高了电力输出能力；(www.xing528.com)

通过提升燃烧水平达到超低的标准污染物（NO_x、CO等）和危险污染物（HCs、乙醛等）排放。

理论上，TCR可以重整所有的液态的和气态的碳氢化合物燃料。

富氢燃料可以提高混合物的着火性，因为它的宽的着火范围和低的着火能量需求并且相对于天然气提高了火焰传播速度。

从能量平衡的角度来看，TCR是一种很清楚的借助入口气体吸收出口烟气能量来降低出口烟气（如损失）温度的方法。

除了GTI的论述外，我们希望强调TCR在零排放（包括汽车）活塞发动机系统（Yantovskyetal，2004）提高效率方面是很有前景的，这里燃料是与二氧化碳重整而不是蒸汽。

在有CO₂捕获和TCR的燃气轮机系统的应用中，Bolland和Ertesvag（2001）给出了详细地分析，揭示了燃气轮机和燃料反应器中等单元中的损失。

本文的目的是计算TCR在活塞发动机应用的平衡，以使重整器的损失直观化，并选择燃料和水或二氧化碳的重整反应所需的反应温度。简化起见，气态燃料只考虑甲烷。