回收CO_2的整体煤气化熔融碳酸盐燃料电池联合循环系统研究

本文以整体煤气化联合循环(IGCC)为基准系统,构建了整体煤气化熔融碳酸盐燃料电池联合循环(IGMCFCCC)发电系统,并提出了回收CO_2的IGMCFCCC系统。利用Aspen Plus软件对系统进行了模拟研究,结果表明:回收CO_2的IGMCFCCC系统效率(48.38%)比传统不回收CO_2的IGCC系统(44.15%)效率提高了4.23个百分点,同时捕获了系统中80.16%的CO_2,但比不回收CO_2的IGMCFCCC系统效率(51.40%)降低了3.02个百分点。此外,本文还研究了CO_2利用率,燃料利用率对系统性能的影响,研究成果将对未来回收CO_2的发电系统提供有益的参考。     

太阳能燃气轮机与卡林那循环联合的热发电系统

本文提出了一种带间冷回热的太阳能燃气轮机与卡林那循环组成的联合循环发电系统,对其热力性能进行了分析,并研究了关键运行参数对热力性能影响。塔式太阳能接收器将经过间冷压缩的压缩空气加热至1000℃用以驱动燃气轮机做功。卡林那循环用以回收燃气余热发电。基于蔡睿贤的比较法,推导出了该系统太阳能热发电效率的简明解析式。结果表明,当燃气轮机入口温度为1000℃时,该系统的(火用)效率和太阳能热发电效率分别可达到29%和27.5%,比太阳能燃气-蒸汽联合循环分别高1.8%和1.6%。该系统的提出,为提高太阳能热发电系统的太阳能热发电效率提供了一种方法,并且对太阳能热发电耗水大的问题提供了一个解决途径。     

太阳能燃气联合循环系统集成优化研究

太阳能燃气联合循环系统(ISCC)将槽式太阳能与燃气轮机联合循环相结合,充分利用太阳能作为中低温加热热源,是提高太阳能发电效率,降低太阳能发电成本,并减少系统CO_2排放的有效途径。本文针对太阳能直接蒸汽发生系统(DSG)与燃气轮机联合循环(CCGT)集成的系统,研究了太阳能蒸发给水份额对系统性能的影响,寻求最佳的系统集成模式,并对其经济性能做了初步的探讨。结果表明,太阳能蒸发给水份额为75%时,系统性能最优。     

新型CO_2分离压缩一体化方法

本文分析了含CO_2混合气体在低温下的相变特性,研究了CO_2低温分离方法的改进思路,并在此基础上,提出一种新型的CO_2分离压缩一体化方法。该方法通过多级压缩、多级冷却以及多级分离相结合,可在相对较高的冷凝温度下将混合气体中绝大部分CO_2以液态分离出来,既避免了CO_2的冻结问题,又有效地降低了CO_2的压缩耗功,从而大幅降低了新型一体化流程的CO_2回收能耗。进一步研究表明,混合气中初压和初始CO_2浓度越高、制冷循环性能越好,新型一体化方法的CO_2回收能耗越低。本文研究成果为从具有较高CO_2浓度的混合气体中分离回收CO_2提供了新的思路与途径。     

基于三种气化炉的整体煤气化湿化燃气轮机循环热力性能分析

将燃料湿化和空气湿化应用到整体煤气化燃气轮机循环中,以降低NOx排放并有效利用系统低品位热。基于水煤浆、干煤粉及输运床三种气化炉,构建了多种整体煤气化湿化燃气轮机循环,分析了其热力性能并给出了湿化方式建议。研究表明：燃料湿化循环系统效率较高;空气湿化循环燃气轮机比功较大;整体煤气化湿化燃气轮机循环具有利用系统外部中低品...     

新型微燃机分布式冷热电联供系统热力性能分析

本文提出了一种新型微型燃气轮机分布式冷热电联供系统,集成了微型燃气轮机、氨水Rankine循环,单双效复合溴化锂吸收式制冷机,烟气热水换热器。氨水Rankine循环中,混合工质升温蒸发过程回收微燃机烟气余热,降温冷凝过程热量用于驱动吸收式制冷机。研究了新系统的热力性能、与没有集成氨水Rankine循环的典型微燃机分布式冷热电系统进行了对比分析,并对关键过程进行了能量品位(EUD)分析。热力性能结果表明,集成了氨水Rankine循环的新型系统热力性能优异,相对节能率为22.41%,(?)效率为31.64%,新系统可以在不影响系统相对节能率的前提下调整系统的冷负荷(35.6~51 kW)。能量品位分析表明,新系统性能提升的原因在于新系统氨水Rankine循环的吸热、放热过程与冷热源的能量品位差减小。     

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。     

LNG化学能与冷(火用)综合梯级利用的多重联合循环

本文提出了综合梯级利用LNG化学能和冷(火用)的多重联合循环。住对多重联合循环系统集成的设计构思基础上,通过不同物性工质和不同循环方式的系统集成,实现了LNG化学能和冷(火用)的高效梯级利用。新循环的(火用)效率与参比循环相比提高了2.3个百分点。本文成果为更高效综合利用LNG提供新的构思和方案。     

CO2-离子液体压缩-吸收式制冷系统熵产分析

具有优良环保特性的CO_2制冷系统在全球范围内正成为研究的热点,但是其跨临界制冷循环中高系统运行压力带来的安全性和成本较高等问题目前仍是应用过程存在的技术挑战。采用CO_2压缩吸收式耦合制冷循环可以降低CO_2制冷系统运行压力。为了研究CO_2压缩-吸收式耦合制冷循环中各个部件在系统参数变化时对于系统不可逆损失(熵产)分布的影响,针对课题组之前提出的CO_2-离子液体压缩-吸收式耦合制冷系统,采用熵分析法建立了熵产分析模型,基于实验数据分析了冷却水进水温度与载冷剂进口温度对系统各部件熵产分布情况的影响。结果表明:系统熵产主要来源于冷凝吸收器与压缩机;冷却水进水温度从30℃上升至36℃时,系统各部件熵产与系统总熵产均有降低,其中系统总熵产从1.38 W·K~(-1)下降至1.18 W·K~(-1);载冷剂进口温度从21℃上升至27℃时,系统总熵产从1.23 W·K~(-1)上升至1.31 W·K~(-1);冷凝吸收器中熵产为系统总熵产的40%以上。研究结果为新型CO_2-离子液体压缩-吸收式耦合制冷系统的后续改进指明了方向。     

耦合化学链燃烧和有机朗肯循环的多联产系统

本文将甲醇化学链燃烧间冷循环和内置CO_2超临界热泵的有机朗肯循环集成,提出了一种新的分布式冷热电多联产系统。以外置热泵循环为参比系统,利用ASPEN Plus对新系统和参比系统进行热力学模拟计算,并通过图像(?)分析方法(EUD分析法)对两系统的关键对比部位进行了(?)损失图像比较。结果表明,新循环的(?)效率和能量利用率分别比参比循环高约4%和20%,同时可以实现动力系统和CO_2分离技术一体化。     

水煤浆与干粉给料方式两种IGCC系统的(火用)分析

通过将煤气化过程与联合循环系统相结合,IGCC成为目前最有发展前途的洁净煤技术之一.但以往对IGCC系统的研究多集中联合循环或气化过程本身,而忽略了气化效率对系统整体性能的影响.为揭示气化过程与系统性能之间联系,本文对Texaco与Shell公司的两个IGCC系统实例分别进行了流程模拟和(火用)分析,并着重从热力学角度比较了系统煤气化部分的差异对系统整体性能的影响,得出结论:Shell煤气化技术与Texaco煤气化技术相比,气化过程的(火用)损失相对减小15%,冷煤气效率提高2.6个百分点,系统热转功效率上升2.1个百分点.本文研究成果为IGCC系统进一步改进提供了热力学基础理论支撑.     

R404A双级压缩载冷循环和复叠式制冷循环系统对比分析

阐述了R404A为制冷剂的两种不同形式的两级循环:R404A双级压缩CO_2载冷循环和R404A/CO_2复叠制冷循环。通过对比分析发现,两个系统都存在系统最大COP且都随着冷凝蒸发换热温差的增大而减小,随着蒸发温度的升高而增大。同时,在低温区间上复叠系统的COP较大,但是在-30℃附近,双级压缩载冷循环的系统COP和复叠式制冷系统相当,而且双级压缩载冷循环中R404A和CO_2的充灌量比复叠制冷系统少,在节约能源和系统维护方面很具有级优势。     

新型双燃料重整联合循环发电系统

本文提出了一种新型双燃料重整联合循环发电系统。该系统通过重整反应实现了煤和天然气的综合利用,煤的燃烧过程为天然气/水蒸汽重整反应提供了高温反应热,通过双燃料重整煤的部分化学能间接转化到合成气中,然后合成气进入联合循环燃烧作功。研究结果表明双燃料联合循环的供电效率为49.4%-53.2%,煤的折合供电效率为42.4%-44.6%,与IGCC(动力部分相同时为44%-46%)相比供电效率降低1-2个百分点,但是投资大约降低30%。本文的研究开拓性地为煤的清洁高效利用提供了新途径。     

CO_2空气源热泵系统混合工质的研究

为优化CO_2热泵热水系统的循环性能,分析了CO_2/R1270, CO_2/R290, CO_2/R32, CO_2/R41混合制冷剂的饱和蒸汽压力、临界压力、温度滑移、COP,最终筛选出符合要求的R41。针对CO_2/R41混合制冷剂的单位制冷量/制热量、压缩机的压缩比、排气温度进行进一步实验分析,结果表明:CO_2/R41(70/30)系统的COP比纯CO_2系统增加7%,在设定工况下CO_2/R41(50/50)系统单位质量制冷量增加26.1%,单位质量制热量增加18.3%。CO_2/R41混合物可有效降低跨临界循环压缩机的压缩比及排气温度。     

柴油机多品位余热回收低损跨临界联合循环

为高效低损回收柴油机多品位余热,本文提出了一种跨临界有机朗肯联合循环,其中高温级循环用于回收温度较高的发动机排气余热和废气再循环(EGR)余热,低温级循环回收发动机冷却水余热、增压空气余热、与高温级循环换热后的排气余热和EGR余热。本文对联合系统高温级工质选择多种高温型工质,并对系统热效率、回收功、效率及整体效率随高温级最大压力的变化规律进行模拟分析。结果表明存在一个最优的高温级最大压力P_(maxh),使得随着P_(maxh)的增大,系统热效率先上升后下降,工质均存在热效率η(th)的最大值。甲苯不论是热效率还是效率均表现出较好的性能,并且使柴油机效率提高了6.86个百分点。     

双吸收升温型热泵驱动电厂碳捕集的方案研究

本文提出了一种CO_2捕集的新方法,利用双吸收升温型热泵提升汽轮机末级蒸汽的品位,使之与CO_2再生温度相互匹配后用于富液的解析,同时回收锅炉排烟热量,预热进入热泵的循环水,进一步降低CO_2捕集能耗。本文利用Aspen Plus 11.0对流程进行模拟,并对关键过程的结果进行了实验验证。研究表明,随着CO_2捕集率逐渐增加,机组发电效率增幅呈现先增后减的趋势:对于350 MW的机组,当捕集率为53.65%时,新方案效率增幅达到最大,相对常规捕集方案效率能够提升2.06个百分点;当CO_2捕集率为90%时,新方案CO_2捕集能耗下降10.5%,效率提升幅度为1.25个百分点;此方法实现了热能品位的对口利用,降低了CO_2再生过程的不可逆损失,为电厂降低CO_2捕集能耗提供了一种新思路。     

预热型S-CO2循环生态学函数分析与优化

预热型超临界二氧化碳(Supercritical CO₂,简称S-CO₂)布雷顿循环可进一步利用高温热源余热,在燃气轮机余热回收应用领域中具有较高的发展潜力。本文以存在有限温差传热、不可逆压缩、不可逆膨胀等不可逆因素的预热型S-CO₂布雷顿循环为研究对象,考虑生态学函数为目标,首先分析了工质质量流率、压比、透平效率和压缩机效率的影响,然后在总热导率一定的条件下,以生态学函数最大目标分别对压比、质量流率、预热器、加热器、冷却器和回热器热导率分配比进行优化。结果表明：在质量流率较小时,可通过增大压比、分流系数、加热器热导率分配比的方式来提高生态学函数;在质量流率较大时,则需要适当减小压比、分流系数,增大预热器热导率分配比来提高生态学函数;经优化,循环生态学函数最大可提高150.98%。     

注蒸汽燃机-海水淡化复合系统热力性能分析

本文将注蒸汽燃气轮机(STIG)循环和低温多效热蒸汽压缩(METVC)海水淡化系统结合,构成了STIG-METVC复合系统,分析了系统的热力性能,并讨论了产功、产水子系统界面的情况以进一步揭示系统特点.主要结论包括:(1)与单目标系统相比,此联产系统节能效果显著,尤其是在低压比和低注蒸汽比时.(2)降低压比和注蒸汽比,可提高系统产水量,降低功水比. (3)传统意义上的系统(火用)效率不能合理反映STIG-METVC系统的性能,因此不能作为性能评价指标.(4)余热锅炉是产功、产水子系统的界面,其灿损较大,在各部件中居第二位.提高蒸汽压力有助于减小余热锅炉炯损,但此方法对改善STIG-METVC系统性能效果甚微.     

热功复合驱动热泵循环热力性能研究

本文对LiBr-H_2O工质对的热功复合驱动热泵循环的热力性能进行了模拟分析,研究结果表明吸收式热泵循环耦合压缩过程,可以有效提高极限温升,拓宽了热泵适用范围,大幅降低发生温度,放宽了热泵对余热的要求。冷凝压力不变时,随着压缩过程压比的增大,复合循环的性能系数先是快速升高,达到最大值,后缓慢降低。提出一种烟气型双压热功复合驱动热泵循环,能够对余烟热能进行梯级利用,与吸收式热泵循环和复合热泵循环相比,其单位质量流量烟气的制热量分别提高了6.8%和7.0%。本文研究结果为热功复合驱动热泵循环的设计与系统集成提供了理论支撑。     

双级压缩跨临界CO_2热泵中间冷却型式优化

双级压缩跨临界CO_2热泵适合于低温地板辐射采暖.以北京市某建筑为对象,进行了双级压缩跨临界CO_2热泵中间冷却型式的优化分析.结果表明:与单级压缩循环相比,双级压缩循环提高了系统供热的性能系数(COP),并且双级压缩循环中间完全冷却的COP高于中间不完全冷却型式.同时在保持最佳中间冷却压力下,双级压缩中间不完全冷却型式的COP随着高压级压缩机入口CO_2蒸气过热度的增加而逐渐减小.因此在实际系统设计中,双级压缩跨临界CO_2采暖热泵宜采用中间完全冷却型式.