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。     

煤与天然气适度转化的甲醇-动力联产系统

本文开拓性地提出了一个新型煤和天然气综合利用、甲醇和电力联产的能源动力系统。新系统采用了燃料化学能适度转化的方法,煤先和纯氧与蒸汽发生部分气化反应,适度转化成合成气和半焦,碳转化率约为50%;半焦在天然气/水蒸气重整反应器中燃烧,为重整反应提供反应热;将甲醇生产系统与联合循环发电系统有机整合,来自煤和天然气的合成气先用于甲醇生产,未反应合成气用作发电燃料。研究表明在相同产出条件下,多功能系统比分产系统少消耗10%左右的化石燃料。本文工作为煤和天然气综合高效利用提供了新途径。     

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.     

生物质气化-天然气重整-甲醇动力多联产系统特性分析

本文根据生物质能源具有的自身特点,提出一个适合生物质能源利用的新型多联产系统.在原有天然气基甲醇生产系统中增加生物质气化子系统,充分利用天然气-水蒸气重整与生物质气化制取合成气中碳氢有效成分互补的特点,通过合理配气满足最佳的甲醇合成要求,因此屏蔽掉了变换,补碳,脱碳等分产必需的工艺过程,同时借助动力系统实现未反应气的合理利用,在满足较高的甲醇产率前提下降低了化工产品能耗,动力系统借助化工过程克服燃料燃烧过程品位损失过大的难题,是组分对口分级转化能量梯级利用的本质体现.针对不同天然气生物质输入比情况下合成气一次性通过,以及最佳输入比情况下未反应气适度循环两种方案,本文分别进行了深入分析,具有8%～14%的节能潜力.为生物质能的高效应用以及缓解能源危机提供了一条有效的途径.     

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。     

新型双燃料多功能能源系统开拓研究

本文开拓性地提出了一种新型多种化石能源输入(煤和天然气)、多种产品输出(电力和化工产品)的多功能能源系统。该系统将天然气／水蒸气重整过程和煤的燃烧过程有机整合,用煤燃烧替代了传统重整过程清洁的燃料天然气和弛放气燃烧,实现了煤和天然气的综合互补利用;将甲醇生产系统与发电系统有机整合,实现了化工系统弛放气的梯级利用同时,对甲醇生产系统余热进行了更加有效的利用。研究表明生产相同量的甲醇和电,多功能系统比参比系统少消耗 20％的天然气。本文工作为煤和天然气综合高效利用提供了新途径．     

太阳能膜反应器燃料制取及联合循环效率分析

膜反应器是一种可在等温条件下连续运行的高效热化学反应器。基于膜反应器的甲烷重整吸热反应可利用太阳能作为热源制备更高热值的合成气,并可作为燃料提供给下游的联合循环进行发电,实现太阳能与化石能源的互补利用。本文对基于透氧膜的太阳能制取合成气系统建立理论研究模型,首先研究制取合成气的效率在不同热回收效率下随H_2O/CO_2比率变化的规律,然后讨论上游膜反应器的合成气产物热回收效率对于系统总发电效率的影响,并得到系统总效率的变化规律。膜反应器与常规甲烷重整反应系统相比,甲烷转化率和产气纯度更高,且燃料产物便于储存和运输。系统总发电效率为39.3%(太阳能聚光温度1200℃),具有实际应用潜力。     

新型甲醇重整–化学链氢电联产系统热力学分析

本文提出了一种新颖的甲醇重整–化学链发电制氢联产系统。该系统利用化学链燃烧氧化反应的显热给甲醇重整制氢部分提供反应热,充分利用了甲醇重整制氢的驰放气,同时实现了Fe_2O_3高温热的合理利用,使新系统内部能量品位的匹配变得更加合理。重整反应部分温度为250℃左右时,该新型联产系统的效率达到了61.8%,展现出了良好的热力学性能。本文对该系统进行了分析,并以常规制氢和化学链燃烧耦合发电系统为参照进行了对比,研究了其性能。新系统的效率较高,同时实现了CO_2的无能耗分离。     

低CO2排放的太阳能/甲醇互补系统热力经济性分析

基于品位匹配和多能源综合梯级利用的原则,本文提出了低CO₂排放的太阳能与化石能源互补发电系统LESOLCC,并对其进行了热力经济性能分析。所提系统以甲醇为燃料,中低温太阳能首先提供甲醇重整反应的反应热,从而转化为富氢合成气的化学能,实现品位提升;其次通过燃烧前对CO₂的捕集,实现燃料的清洁燃烧,最终在高效联合循环中实现其热功转换。结果表明:基本工况下,系统当量效率达到55.1%,比投资为833$/kW,发电成本为0.124$/kWh,回收期17年;与相同化石燃料输入及CO₂捕集水平的尾气捕集CO₂的常规燃气-蒸汽联合循环（CC-Post）相比,发电成本下降了10.1%,充分显示其优越性。     

中温太阳能驱动甲烷化学链重整冷热电系统及性能研究

针对高温太阳能与天然气热化学互补分布式能源系统存在聚光比高、互补反应温度高、变工况性能不稳定的技术瓶颈,本文探索了一种能实现主动调控的中温太阳能与天然气互补的化学链重整冷热电联产系统。利用约500℃太阳热能驱动天然气基-氧化镍化学链重整,生成合成气太阳能燃料,通过燃气轮机冷热电联产系统,实现中温太阳能与天然气综合梯级利用.研究结果表明:在设计点工况条件下,系统的总能效率可达到80.9%,太阳能集热面积节约率达到53.2%,太阳能净发电效率可达27.3%.分析了关键参数如NiO和甲烷摩尔比(Ni/C)和太阳辐照强度(DNI)对系统热力学性能的影响。     

Methane steam reforming in an annular microchannel with Rh/Al2O3 catalyst

Regularities of methane conversion in the presence of water steam were obtained experimentally while activating chemical conversions on the inner convex wall of an annular microchannel. The steam methane reforming was done on the Rh/Al₂O₃ nanocatalyst with the heat applied through the microchannel gap from the outer wall. Concentrations of the products of chemical reactions in the outlet gas mixture are measured at different temperatures of the outer microchannel wall. The range of channel wall temperatures at which the ratio of hydrogen and carbon oxide in the outlet mixture grows substantially is determined. Data on the composition of methane conversion products for the ratio H₂O/CH₄ = 1.77 and the activation energy of methane steam reforming at reactor outer wall temperatures of up to 880°C are obtained. The effect of the radiation heat exchange and the external diffuse limitation on the rate of chemical conversions in methane steam reforming in an annular microchannel with external heat supply is determined.     

新型多能源互补系统的热力经济性分析

本文对SOLRGT系统（一种新型的中低温太阳能与化石燃料互补的动力系统）进行了热力经济性分析。该系统基于化学回热循环,通过中低温太阳能品位的间接提升、与先进燃气轮机的集成,实现中低温太阳能的高效、低成本热功转换以及和化石燃料的综合梯级利用。本文将其与同等输入下的两种单输入发电系统进行对比分析,研究表明：基本工况下,SO...     

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.     

煤的清洁利用技术的现状与发展

文章针对中国一次能源以煤为主的特点,深入分析了几种主要的煤的洁净利用技术的现状及存在的主要问题和发展趋势,其中包括大容量、高参数的超(超)临界燃煤发电技术、燃煤烟气净化技术、循环流化床燃烧技术(CFBC)、整体煤气化联合循环技术(IGCC)和煤的洗选技术.在此基础上,给出了中国煤的清洁利用方式的建议:近期仍以超(超)临界燃煤发电机组+燃煤烟气净化技术和循环流化床燃烧技术为主;整体燃气化联合循环技术、富氧燃烧技术(特别是加压富氧燃烧技术)以及二氧化碳的捕集和封存技术(CCS),具有广阔应用前景,值得长期大力发展.     

大气压非平衡等离子体甲烷干法重整零维数值模拟

大气压非平衡等离子体由于其独特的非平衡特性,可为甲烷和二氧化碳稳定温室气体分子活化和重整提供非热平衡和活化环境.本文采用了零维等离子体化学反应动力学模型,考虑了详细的CH₄/CO₂等离子体化学反应集,重点研究了反应气体CH₄/CO₂摩尔分数(5%—95%)对大气压非平衡等离子体甲烷干法重整制合成气和重要含氧化合物的影响.首先,给出了进料气体不同体积比时电子密度和温度随时间的演化规律,结果表明初始甲烷摩尔分数的提高有利于获得较高的电子密度和电子温度.随后,讨论了主要自由基和离子数密度在不同的甲烷摩尔分数下随着时间的变化规律,并给出了反应气体的转化率、合成气体和重要含氧化合物的选择性.此外,还明确了合成气和含氧化合物主要生成和损耗的化学反应路径,发现甲基和羟基是合成含氧化合物的关键中间体.最后,归纳总结给出了主要等离子体粒子之间的总体等离子体化学反应流程图.     

400MW级IGCC机组变工况性能计算

1引言一个多世纪以来,煤一直是世界上主要的发电燃料,这一趋势将在较长的时间内一直保持下去。对于中国这样一个以煤作为一次能源的国家,这一现象尤为突出。特别是随着全球性能源危机的出现以及环境保护要求的提高,使得洁净煤技术（CCT）受到普遍关注。在众多的洁净煤发电技术中,IGCC技术以其特有的高效率、低污染等特点,被认为是下世纪最有发展前途的洁净煤发电技术之一。鉴于IGCC系统结构与组态非常复杂,涉及煤的气化、净化、燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机、空气分离等关键技术,因此建立IGCC系统的性能模型,对IGCC机组的…