基于化学链燃烧生物质煤互补的天然气动力联产系统研究

针对传统煤制天然气过程存在的能量利用不合理、碳捕集能耗过高等技术瓶颈,本文探索了一种能实现CO_2零排放的基于化学链燃烧的生物质煤互补天然气动力联产系统。生物质与煤互补从气化源头调节了合成气中H_2/CO比例,有利于甲烷化反应过程,化学链燃烧实现了零能耗的CO_2捕集。研究结果表明:系统总能效率(η_(en))为57.03,效率(η_(ex))为54.65,系统能源节约率高达18.6,实现了系统CO_2零排放。分析了关键参数如氧气碳比(O/C)、蒸气碳比(S/C)、生物质煤互补比例和未反应气循环倍率对系统热力学性能的影响。     

IGCC电站的过程模拟和性能分析

整体煤气化联合循环（IGCC）系统是一种先进的高效、清洁、具有燃烧前碳捕捉功能的能源利用和转化系统。本文利用流程模拟软件Aspen Plus对基于干煤粉气化技术的IGCC电站（电功率250MW_e）进行模拟,并针对其中的Shell气化炉、常温湿法煤气净化系统、燃烧前CO₂捕捉系统等进行性能分析。通过灵敏度分析发现氧煤比是Shell气化炉性能的最重要影响因素,气化炉优化参数为:气化温度1450～1500℃（热损失为2%）,气化压力4 MPa,氧煤比0.72,蒸汽煤比0.08,氧气纯度99.5%;煤气净化系统的热煤气效率可达94.48%,可凹收显热52.7MW;M702F燃气轮机净输出功222.9MW;三压再热式余热锅炉净输出功70.6MW;以神华煤为燃料时,不考虑碳捕捉的IGCC电站的能量转换效率可达到46.37%,而考虑碳捕捉功能的IGCC电站的效率下降为35.63%（降低10.74%）。     

煤直接制甲烷系统的热力学分析

通过Ca基吸收剂的引入,将煤的气化反应、甲烷化反应和CO₂吸收反应集成在同一反应器内,形成煤直接制甲烷系统,可缩短传统煤制甲烷系统流程,提高转化效率。分析了热力学平衡状态下温度、压力、Ca/C比和H₂O/C比对气体产物产量的影响。结果表明降低反应温度和提高反应压力有利于甲烷的产生,而Ca/C比和H₂O/C比的选取存在最优值,得到了煤直接制甲烷体系较为适宜的反应条件为:500～700℃,5～10 MPa,Ca/C=0.5,H₂O/C=1。     

双流化床煤气化试验研究

建立了一套3米高的双流化床煤气化试验装置,煤在鼓泡流化床中热解气化,生成的半焦送入循环流化床中燃烧,两床间采用气动控制阀连接.分别采用神华烟煤、龙口褐煤和大同烟煤进行了试验.煤中的碳转化成煤气和烟气的总转化率达到90%以上;冷煤气效率随着窄气/煤比的提高而增加;采用神华煤时焦油产率可达到1.5%;采用龙口褐煤时气化效果较好,在气化炉空气/煤比为0.3 kg/kg时,冷煤气热值为10.7 MJ/Nm3,冷煤气效率为48%.经过分析计算,龙口褐煤产生煤气中的可燃成分主要来自热解.     

焦炭和甲醇/动力多联产系统集成与特性

本文提出了一个新型的焦炭和甲醇/动力多联产系统,新系统在焦炉子系统中采用煤炭燃烧替代焦炉煤气燃烧;在合成气制备过程采用焦炉煤气与气化煤气共制合成气,取消了重整反应和变换反应;在合成单元中采用了部分未反应气再循环方式.新型联产系统具有较高的热力性能,系统节能率高达22%.对新系统的(火用)分析结果表明:采用煤炭燃烧替代焦炉煤气燃烧,取消重整单元,以及合成煤气与焦炉煤气共制合成气是系统性能提升的关键所在.总之,新系统进一步拓展了煤基多联产,将为洁净煤技术指引一个新的方向.     

催化循环提高TEA CO_2激光器运转寿命的研究

本文在研究催化循环紫外预电离TEA CO_2激光器运转过程中所出现的失压、失压曲线、气体成分与放电颜色变化、成弧几率、E/P值与O_2含量关系和激光能量变化等物理、化学现象的基础上得到含铂Al_2O_3球的催化还原速率常数为4×10~3l·g~(-1)·sec~(-1),并将它与纯铂丝的性能作比较。以每秒R次运转时,一升放电体积的合适循环泵速为6Rl·min~(-1)按照这些参数设计,并采用附加纯气剂等措施的催化循环紫外预电离TEA CO_2激光器比不催化循环时的一次充气寿命提高三个数量级。     

整体高炉煤气联合循环(IBFGCC)发电系统性能分析

本文基于总能系统概念讨论整体高炉煤气联合循环(IBFGCC)发电系统及其特点;以高炉富氧喷煤实验数据为基础,进行数值模拟;同时对IBFGCC系统进行性能分析,探讨了鼓风富氧量、制氧耗功等一些主要参数对系统性能的影响规律;揭示了随着高炉煤比增加、焦比降低及富氧率的增加,联合循环发电量亦有较大幅度增加,为IBFGCC的应用提供参考依据。     

循环流化床高氧气浓度下的煤燃烧试验

在燃烧室高度6000 mm、直径140 mm、热功率0 15 MW的循环流化床燃烧试验系统上,研究煤在40%以上氧气浓度中的燃烧特性。试验结果表明,循环流化床在O2/N2气氛下、平均氧气浓度48.8%～52.3%范围内,可以实现普通烟煤的稳定燃烧;通过优化试验参数,煤的燃烧效率达到95.6%;物料循环量为404 kg/h,循环倍率为17.6。     

CO_2和CF_3H抑制烟煤燃烧机理的对比试验研究

为研究二氧化碳和三氟甲烷对烟煤燃烧的抑制机理和抑制效果,采用自主研制的煤燃烧试验装置,对平煤八矿煤样进行了通入相同体积流量CO_2和CF_3H的煤燃烧灭火试验,测定了煤燃烧过程中温度场温度、标志性气体(O_2、CO和CH_4)组分和热释放速率的变化规律;并运用化学动力学软件CHEMKIN模拟了相同体积流量CO_2和CF_3H抑制CH_4/O_2火焰中主要自由基浓度、反应物与燃烧产物浓度随火焰高度的变化关系.结果表明:相比于煤粒空气条件下燃烧,在煤有焰燃烧阶段,通入CF_3H煤燃烧火焰中主要自由基生成速率、煤温上升速度、耗氧量、热释放速率以及CO和CH_4浓度下降速度比通入CO_2煤燃烧的更低;在煤阴燃熄灭阶段,通入CF_3H煤燃烧的煤温、CO和CH_4浓度下降速度比通入CO_2煤燃烧的更高,而通入CF_3H煤燃烧的耗氧量和热释放速率比通入CO_2煤燃烧的更低;说明CF_3H比CO_2具有更好的抑制烟煤燃烧的能力.     

超临界CO_2及其混合工质布雷顿循环热力学分析

本文运用热力学第一、第二定律对分流、预压缩再热、改进再压缩超临界CO_2布雷顿循环进行了热力学分析,重点讨论了压缩机和透平入口工况(温度、压力)对循环热力学性能的影响。以改进再压缩循环为基础,进一步提出以CO_2为基底的混合工质布雷顿循环,分析了气体种类及加入量对混合工质布雷顿循环热力学性能的影响。结果表明:提高透平入口工况能够提高不同形式循环的效率;与压缩机入口温度对循环效率的影响相比,压缩机入口压力对循环效率的作用更大;在CO_2质量分数大于50%的情况下,加入氙气与氪气均可提高循环热效率,增幅最大分别为1.44%和3.04%,氙气与氪气对应质量分数分别为50%和26%;加入氮气反而使循环效率降低。     

CaSO_4对煤热解影响的实验研究

本文采用管式炉研究了CaSO_4对神华脱灰煤热解产物产率和煤气成分的影响。研究发现,CaSO_4对神华脱灰煤热解的影响主要在较高温度条件下体现。CaSO_4会与热解产物中的C、CO发生反应生成CaS和CO_2,生成的CO_2对H_2、CH_4、C_2-C_3的产生有抑制作用。虽然小部分CO会与CaSO_4反应,但是CO_2的增加对半焦气化反应的促进作用使得CO的产率还是有所增加。CaSO_4还会与H_2反应导致H_2产率降低、热解水产率升高。     

显微激光拉曼定量分析CO_2气体碳同位素组成方法研究

制备了一系列不同比例的~(12)CO_2/N_2和~(13)CO_2/N_2混合物,对样品进行显微激光拉曼测试分析后发现气体拉曼特征峰峰面积比与其摩尔分数比成正比例关系,拟合方程的斜率被认为是拉曼量化因子F_(12CO_2)和F_(13CO_2)。用气相组分中只含有~(12)CO_2和N_2的流体包裹体验证了当F_(12CO_2),为1.163 49时,根据气体的拉曼特征峰峰面积比能估算出其摩尔分数比。由线性拟合后的方程斜率得出F_(13CO_2)和F_(12CO_2)分别为1.610 86和1.163 49,它们的比率F_(13CO_2)/F_(12CO_2)是1.3845。在确定稳定同位素分子的拉曼参数和实验条件基础上,CO_2气体碳同位素摩尔分数比C_(12)/C_(13)可根据A_(12Co_2)/A_(13CO_2)(拉曼峰峰面积比)和F_(13CO_2)/F_(12CO_2)的乘积求出。此外,用已知摩尔分数比(C_(12)/C_(13))的人造包裹体验证了此方法具有一定的可行性,可以建立起定量分析CO_2气体碳同位素激光拉曼测试方法。     

循环床锅炉循环灰对焦油裂解的催化影响

以循环流化床锅炉循环灰为热载体、部分气化产生的半焦为锅炉燃料的煤的蒸汽－煤气联产技术中,降低焦油产率、提高煤气产率是一个努力方向．本文在固定床反应器实验台上以焦油的两种主要组份苯和甲苯为对象,实验研究了一种洗中煤形成的循环友对焦油裂解的催化影响,测定了裂解反应动力学参数,探讨了循环灰对焦油裂解的催化机理．实验结果表明,与热裂解相比,循环灰条件下焦油裂解活化能下降,气态裂解产物总量提高．     

3MW_(th)富氧燃烧气体污染物生成与排放特性研究

本文在3 MW_(th)富氧煤粉燃烧实验台,对空气燃烧,不同循环倍率的循环燃烧工况下,进行燃烧实验,研究富氧燃烧过程中气体污染物的排放特性。实验结果表明:在3 MW_(th)富氧燃烧实验台上,富氧燃烧过程中CO_2浓度可以达到80%以上,同时能保证很高的煤粉燃尽率;与空气工况相比,富氧燃烧工况下,烟气中NO_x的浓度上升了56%~167%,排放量降低了46%~69%;同时燃烧气氛的变化对煤中硫向SO_2的转化率影响很小;双碱法湿法脱硫能在富氧燃烧条件下稳定运行,脱硫效率能达到95%以上。     

一类煤与天然气互补利用的新型发电系统

提出一种新型发电系统,通过煤和天然气的互补利用来减少能量转化过程的不可逆损失。煤气化炉采用空气和水蒸气做氧化剂,碳转化率约为60%,未转化部分形成半焦,半焦燃烧释放的热量驱动天然气重整反应,制取合成气。煤部分气化所得气化煤气和半焦燃烧驱动天然气重整所得合成气混合,作为联合循环的燃料。结果显示,新系统的热效率为51.5%,效率为50.3%,天然气折合发电效率为61%。新系统为高效合理利用煤和天然气提供了一种新途径。     

中温烟气为热源的CO_2跨临界循环改进及分析

着眼于初温为300~600℃的中温烟气余热动力回收,以单位质量烟气的循环净输出功(循环比净功)最大为优化目标,对CO_2跨临界循环(CO_2-TC)以及分别引入全回热、分流回热(部分冷却)措施形成的改进型循环,进行了性能优化对比分析。结果表明,全回热CO_2-TC的比净功和循环热效率明显高于CO_2-TC;在烟气初温较高的情形下,分流回热CO_2-TC有最高的循环热效率,但比净功输出较低。     

MCFC与透平集成发电系统性能分析

本文通过熔融碳酸盐燃料电池与透平集成发电系统的流程模拟和参数分析,研究了平均电流密度、水蒸气与天然气之比、天然气入口流率、阴极气体循环比等参数,对系统输出功率、效率、电压等性能的影响。     

V型布风板流化床煤气化试验研究及工业应用

在一沸腾段内径为６００ ｍｍ的Ｖ型布风板流化床煤气发生炉内对低热值动力烟煤的气化过程进行了系统的试验研究。测量了煤气发生炉内炉膛温度沿高度的分布。研究了气化温度和煤气组分随给煤量、流化风量、中心喷动风量和水蒸气喷入量的变化规律。得到了以空气和水蒸气作为气化剂的煤气发生炉的气化适宜床温在９４０～９８０℃,合理的给煤量和总空气量之比在 ０．７～０．８ｋｇ／Ｎｍ３之间。研究结果对Ｖ型布风板流化床煤气发生炉的运行和放大设计、改造现有燃煤设备并降低对环境的污染具有指导意义。     

井口天然气醇胺法脱酸系统的模拟优化

井口天然气中除含低分子饱和烃类外,还含有二氧化碳(CO_2)和硫化氢(H_2S)等酸性气体,它们对环境危害较大、管道腐蚀较为严重,在后续集输前需脱除。本文运用流程模拟软件ASPEN PLUS,对二乙醇胺(DEA)法脱除小型井口天然气中CO_2和H_2S的工艺体系进行模拟,介绍了建立模型过程中模块选取、物性方法的选择、工艺参数的输入以及灵敏度分析功能,考察了吸收剂浓度、天然气流量、液气比等工艺参数对脱碳效果的影响。灵敏度分析模拟给出了最佳操作参数,即:吸收塔塔板数为20~23块,吸收塔压力为4.43~5.00 MPa.,液气比为0.9885~1.10(mol/mol),贫液中CO_2的摩尔分数为0.0009~0.001。     

小型煤层气液化流程优化分析

新疆、陕西、山西等我国很多地区都拥有丰富的煤层气资源,高效的低温液化技术能够显著提高我国煤层气资源的利用率。基于克劳特循环建立了煤层气液化流程,分析了分流膨胀气比例、压缩机出口压力对系统性能参数的影响。结果表明:通过选取合适的分流气比例可使得液化系统性能最优;煤层气中氮含量不会改变上述规律,而氮含量的提升会降低系统性能。进而针对克劳特液化循环液化率低的缺点,提出了用膨胀机代替部分节流阀并且置于低温换热器前的新循环。研究发现在压缩机出口压力低于4 MPa时,低压态新循环的系统性能参数要优于克劳特循环。在系统压缩后压力为3.0 MPa时,低压态新循环的液化率比克劳特循环高25.3%,单位液化功耗降低3.8%;在压缩机出口压力高于4.0 MPa时,高压态新循环的系统性能参数要优于克劳特循环;在压力为5.0 MPa时,高压态新循环液化率高3.33%,单位液化功耗低3.66%。