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。     

太阳能光伏/光热化学利用系统

本文研究了一种基于光谱分频的太阳能光伏/光热化学耦合利用系统。在该系统中,全光谱的太阳能按照波长不同被区分利用。适合光伏电池利用的太阳能被分配给光伏电池进行光伏转换,其它波段的太阳能则转化为热能驱动甲醇裂解反应产生合成气。实验结果表明在太阳辐照强度为712.8 W/㎡,甲醇流量为2.7 kg/h时,系统效率达到31.18%。系统实现了低品位的太阳能向高品位的电能和化学能的转换,为研究太阳能的全光谱高效利用提供了新的思路。     

集成太阳能热化学过程的冷热电联产系统

提出了集成抛物槽式双轴跟踪镜场的太阳能与清洁燃料热化学互补的微燃机冷热电联产系统。双轴跟踪的抛物槽镜场产生中低温太阳能热驱动吸收/反应管内甲醇分解生成合成气。合成气作为微燃机燃料,驱动分布式能源系统输出冷热电产品。研究了太阳能热化学关键过程吸收/反应管内甲醇转化率、沿程温度分布规律,对系统进行了能量分析和拥分析。结果表明,新系统热效率为74.74%,系统发电效率达到32.34%。研究结果为高效、稳定利用太阳能和清洁燃料提供了一种有效途径。     

聚光光伏与甲醇重整热化学互补发电系统性能研究

本文提出了太阳能光伏电池与甲醇中低温重整反应相结合的发电系统;通过太阳能的梯级利用以及物理能与化学能之间的品位耦合,太阳能净发电效率较单一光伏或甲醇热化学发电方式获得显著提升。热力学分析表明,在100~250℃C的系统运行温度范围内,系统的理论太阳能净发电效率达43.6%~44.3%(已考虑光学损失),显著高于光伏系统(22.5%)及热化学系统(32.7%)。系统约50%的太阳净发电量来自甲醇重整产物氢气,以化学能形式实现了太阳能的高效储能,且光伏、热化学发电随温度变化的相反趋势间互补达到了稳定输出的效果。此外,系统产生的电能中约25%来自太阳能,高于单一太阳能甲醇热化学发电系统的14%,对化石能源的依赖度降低。光伏与热化学互补发电为太阳能高效综合利用提供了新的思路。     

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。     

太阳能热化学与化学回热联合的冷热电系统

提出了一种太阳能热化学与化学回热过程联合的冷热电联产系统。利用太阳能驱动甲醇分解反应,产生的合成气在内燃机中燃烧作功,内燃机排烟余热与导热油换热,并驱动甲醇分解反应以回收余热。对系统进行了热力学性能分析,探究了全年典型日下系统热力性能与储能特性规律.研究结果表明:设计工况下系统一次能源利用率为78.4%,太阳能净发电效率为21.1%。在300~1000 W/m~2的直射辐照强度范围内,系统可以实现稳定运行,太阳能净发电效率稳定在19.3%~21.5%的变化范围内。     

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。     

生物质基甲醇动力多联产系统(火用)分析

本文提出一个基于生物质气化的甲醇-动力多联产系统.该系统突出特色在于取消了变换过程,取消重整过程,并且适度循环未反应合成气,通过耦合化工与动力过程实现化学能的组分对口、分级转化以及物理能梯级利用原则.通过对系统分析(火用)结果表明,该系统与分产系统(独立甲醇生产系统,生物质气化联合循环)相比,节能高达10个百分点,该系统为生物质未来应用提供一个新的途径.     

双轴跟踪太阳能驱动甲醇分解的动力系统研究

提出了一种双轴跟踪的中低温太阳能甲醇分解与化学回热耦合的动力系统。集热单元采用双轴跟踪的抛物槽式集热器;利用导热油吸收中低温太阳能和烟气余热从而间接分解甲醇;所生成的合成气进入燃气轮机燃烧作功,烟气驱动制冷和供热,实现冷热电输出。镜场采用双轴跟踪,余弦损失消除,集热效率得以提升。通过系统集成,将烟气余热和中低温太阳能转化为化学能,能量品位提高,并且化学回热作为中低温太阳能的备用能源技术,有利于系统稳定运行,延长系统运行时间。在设计工况下,系统的一次能源利用率为78.55%,太阳能净发电效率达22.61%。研究结果为高效利用太阳能提供了有效途径。     

太阳能甲醇分解吸收-反应器研制与实验研究

利用中温太阳能为甲醇分解的吸热反应供热,可以将中温太阳能转化为合成气燃料的化学能,同时提高燃料热值和太阳能的可用性,还可以实现太阳能与化石燃料的互补.本研究提出了太阳能热化学系统的一体化设计原则,建立了综合考虑太阳能集热、反应动力学和反应器结构参数的太阳能甲醇分解反应器的理论分析模型,并首次研制了5 kW热功率的抛物槽式太阳能甲醇分解一体化实验装置.太阳能甲醇分解的实验结果表明太阳能集热器可以为甲醇分解提供200～300 ℃的反应温度,在辐照300～800 W/m2,甲醇进料量为0.5～4l/h条件下,甲醇转化率可以达到50%～95%,投射到吸收-反应器上的太阳能转换为燃料化学能的效率可以达到30%～60%,具有良好的甲醇分解和太阳能转换性能.研制的实验装置体现了一体化设计特征,同时理论分析结果与实验结果也具有很好的一致性.本文研究成果将为开拓太阳能与化石能源互补的能量系统提供理论支撑和实验数据.     

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。     

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。     

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。     

煤炭超临界水气化制氢发电多联产技术

<正>1技术简介我国以煤为主的能源结构短期内不会改变,现有燃煤发电技术主要利用煤炭在空气中的燃烧放热,将煤炭化学能转化为热能加热水-蒸汽用于做功发电;常规煤气化技术主要利用煤炭在空气中的部分氧化-气化反应制取合成气。上述两类转化利用过程中煤的能量品质损耗大,且不可避免地生成大量SO_x、NO_x、固体颗粒物、重金属污染物及低浓度温室气体等,减排成本高,急需研发一种全新的煤     

太阳能热化学互补发电系统的变辐照性能研究

本文基于10 kW中低温太阳能与甲醇热化学互补发电实验平台,采用不同太阳辐照强度与吸收反应器内甲醇裂解反应、甲醇重整反应两种化学反应的有机集成,提出了一种新颖的变辐照与不同化学反应相匹配的主动调控新方法,针对不同典型日太阳辐照强度偏离设计值,探讨了热化学互补发电系统变辐照工况的特性规律。研究结果表明,在中低温太阳能热化学互补发电系统中,与采用单一的太阳能驱动甲醇裂解反应相比,本文提出的主动调控方法使互补系统的日均太阳能净发电效率从30%提高到36%,更接近设计工况,有效提高了甲醇燃料化学能的梯级利用程度。该方法为减小单位镜场面积、提高太阳能年均净发电效率提供了有效途径。     

一种新型太阳能与生物质能互补发电系统

提出了一种CO_2近零排放的太阳能与生物质能互补发电系统,采用槽式太阳能集热与生物质能补燃有机结合的方式,工质水首先经过油水换热器,通过导热油间接吸收太阳能转变为370℃蒸汽,再通过生物质补燃转变为535℃蒸汽后进入蒸汽轮机组膨胀作功。模拟并分析了两种典型方案的热力学性能,设计工况下方案一系统出功为135.07 MW,发电效率为30.93%,方案二系统出功为152.03 MW,发电效率为29.59%。新系统有效解决了槽式太阳能单独热发电热效率低和生物质单独发电电站规模小的问题,为太阳能和生物质能的高效利用提供了一种新方法。     

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.     

利用LNG冷能温差发电的研究

LNG气化过程释放出大量的冷能,传统气化方式直接将冷能释放到环境中,造成能源的浪费。本文将半导体温差发电技术应用到LNG空温式气化器当中,设计了带温差发电装置的新型翅片管,并进行了建模与计算。结果表明,新型翅片管比传统翅片管管外壁面温度升高了15.9~23.7 K,有利于抑制气化器的表面结霜问题,但完成相同气化过程所需换热管的长度增加了49%;同时发现液相区、两相区发电性能相对较好,发电效率达到0.9%以上,发电功率密度达到8.0 W/m以上。     

中温太阳能驱动的分布式功冷联产系统

本文提出了一种中温太阳能驱动的分布式功冷联产系统,将350℃的槽式太阳能集热系统与基于正逆循环耦合的氨/水功冷联产系统有机结合,实现功冷联产.太阳热能首先驱动一个混合工质朗肯循环做功,透平排气直接输送到精馏塔底部驱动吸收式制冷循环制取-10℃冷能,从而实现了太阳热能的梯级利用。系统模拟结果表明,系统等效太阳能发电效率为22.6%,(火用)效率为14.1%。本文提出的新系统为高效利用中温太阳热能提供了一种新方法。