天然气水蒸气重整甲醇动力串联型多联产系统性能分析与优化

本文重点对一个基于天然气的甲醇与动力联产系统的关键参数进行了系统性能影响性、规律性分析研究.在之前的研究工作中,根据化学能、物理梯级利用原理,提出了基于天然气部分重整的化工动力多联产系统,相比独立的分产化工与动力系统,可以节省10%左右的原料输入,相应的研究成果发表在2007年的Energy杂志上面(2007,33:2...     

太阳能甲醇重整制氢-发电联产系统

基于不同用能系统整合和能的综合梯级利用思路,研究提出一种新颖的太阳能甲醇重整制氢-发电联产系统.将太阳能甲醇重整制氢与发电有机整合,不仅合理地利用中低温太阳能,同时实现甲醇重整制氢弛放气的综合利用.新的联产系统具有优良的热力性能,化石能源的相对节能率达到29%,制氢单位能耗降低为0.85 GJ/GJ-H2.研究表明,减小能量转化传递过程的品位差和合理利用太阳能热是系统节能的关键所在.研究成果将为太阳能多功能能源系统发展提供新方案与新思路.     

利用间冷的甲醇重整制氢-发电联产系统

基于能的梯级利用的思路,本文提出了一种新颖的制氢-发电联产系统.新系统利用空气压缩的间冷热提供甲醇重整反应热,不仅合理地利用低温间冷热,同时实现了甲醇重整制氢弛放气的综合利用.新的联产系统具有优良的热力件能,相对节能率达到4.8%.根据图像(火用)分析方法,阐明了利用间冷热甲醇重整制氰过程删损失减少和间冷热品位提升的机理.本文对新循环进行了分析,并以制氢和发电的分产系统为参照,研究了其性能规律.     

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.     

甲醇--动力联产系统热功转换过程分析

在联产系统能量和物质转换过程模拟和分析的基础上,重点研究了热功转换过程及其与甲醇合成过程的相互影响.得到部分联产率对系统输出功、甲醇合成压缩机耗功、甲醇产量、合成塔副产蒸汽的影响.并对比了动力独立生产系统和部分联产系统供电效率.     

太阳能高温热化学与甲烷互补的多联产系统

本文基于高温太阳能热化学等温法循环分解H_2O或CO_2制备H_2或CO,通过在其下游加入甲烷进行重整及部分氧化反应,在进行余热余气回收的同时实现了甲醇动力多联产,提出三种系统方案并进行了能耗及效率分析。结果表明,等温法同时分解水和CO_2的甲醇动力多联产系统,可以取消水煤气变换反应及CO_2的分离单元,进行合理的热回收后达到太阳能甲醇转换效率为30.52%,制取甲醇的净太阳能能耗为65.25 GJ/t,甲烷单耗为25.74 GJ/t。采用甲烷互补的甲醇动力多联产可取代超高温换热器以及甲醇合成过程的自备电厂,与仅有太阳能作为输入的高温太阳能热化学双温法制取甲醇相比,效率可提升两倍。     

确定多联产能量系统产品火用成本的能质因数法

根据"优质优价"原则,提出多联产能量系统产品的单位火用成本Ui与该产品火用的"能质因数"λi的关系为Ui=λieλi;改进完善了多联产能量系统产品的单位火用成本分析的矩阵模式。通过实例计算得到了多联产能量系统产品电、热的单位火用成本,与单产电、单产热的单位火用成本对比,与产品等价分配得到的单位火用成本对比,发现根据"能质因数"确定产品的单位火用成本较为合适。     

冷热电联产系统节能特性分析

本文分析各子系统性能和补燃量对冷热电联产系统总体性能的影响,得到了与分产系统相比联产系统节能所需满足的条件,并建议采用以联产系统燃料量为基准的节能系数评价联产系统性能。通过对回收的热量在制冷子系统和供热子系统中的分配情况研究,确定了回收热量优先利用的原则。补燃量的增加将导致联产系统性能下降,到一定程度使联产系统与分产系统相比不具有优势;随着电网供电效率的提高,确保联产系统节能所需的联产系统发电效率也不断提高。     

基于太阳能甲醇分解的冷热电联产系统

本文从太阳能与化石能源综合互补利用的思路出发,将中低温太阳能利用与冷热电联产系统有机结合,研究提出了一种太阳能甲醇分解冷热电联产系统.该联产系统能够提高现有太阳能系统在中低温范围内的能源利用效率,并能部分替代化石能源.(火用)分析表明,系统节能关键在于太阳能供热甲醇分解过程有效减少了燃烧过程能量损失.本文的研究可为太阳能系统的发展及化石能源的替代提供新的思路.     

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.     

煤基和天然气基DME联产比较

本文针对煤基和天然气基DME分产及多联产系统进行研究.通过分析发现煤基DME分产能耗为55.5 GJ/t,天然气基DME分产能耗为48.4 GJ/t.煤基IGCC-DME联产方式相对节能率达到15.0%,高于天然气基CC-DME联产方式的10.2%.通过进一步的分析发现,不论是煤基还是天然气基,联产方式都同时遵循化学(火用)和物理(火用)的综合梯级利用原理.     

新型焦电联产系统集成与特性分析

本文针对传统焦炭生产工艺的不足、并应用联产系统整合思路,研究提出新型焦炭动力联产系统.新系统取消了传统炼焦工艺中直接燃用焦炉煤气为炭化室提供炼焦热量的方式,采用外置煤炭燃烧室提供热量,从而实现用低品质煤炭替代高品质焦炉煤气;节省下来的富氢、高热值的焦炉煤气作为燃料提供给联合循环,实现高效洁净发电;改进炼焦过程烟气废热回收方式,使得排烟损失大大降低.分析结果表明,新系统具有优良的热力性能,相对节能率高达15%左右.对系统关键过程的图像(火用)分析分析表明,燃烧过程和换热过程等变革与改进是系统性能提升的关键所在.本文研究将为冶金生产的可持续发展提供新思路与新系统方案.     

二甲醚分产及二甲醚-动力联产的比较

本文针对DME分产及其与动力结合后的联产系统进行了研究。分产时一步法DME的能耗为55．5 GJ／t,比两步法的能耗58．0 GJ／t降低4．3％。与IGCC结合后的一步法联产相对节能率达到16．6%,远远高于两步法联产的4．9％。进一步分析发现,不论是一步法还是两步法,相对分产而言,联产时在化学(?)和物理(?)的梯级利用上都更合理。研究还表明一步法联产中对合成气化学(?)品位的充分利用是导致一步法联产节能率高于两步法联产的根本原因。     

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。     

The influence of pressure and equivalence ratio on the NTC behavior of methane

Methane based polygeneration processes in piston engines offer the possibility of a controllable and flexible conversion of energy, to up-convert low value chemicals and to store energy. These processes preferably take place under fuel-rich conditions and at high pressures. Under fuel-rich conditions, there was one experimental report that a distinctive negative temperature coefficient (NTC) behavior occurs in methane oxidation (Petersen et al., 1999). To design a polygeneration process, reliable kinetic models are required to capture the impact of pressure and equivalence ratio variations on reactivity of the gas mixtures. Here, the experimental basis for methane oxidation is expanded to high pressures and very fuel-rich conditions and compared to literature models, both with special emphasis on the NTC behavior. The oxidation of methane/oxygen mixtures at 2 ≤ Φ≤ 20 and pressures ranging from 1 to 20 bar is investigated. The literature reaction mechanisms are assessed with respect to their ability to predict this phenomenon and used to identify reaction pathways. It is found that NTC behavior occurs in a temperature range between 700 and 1000 K and at pressures higher than 5 bar. The lower temperature limit is slightly shifted towards higher temperatures with decreasing equivalence ratio. In addition, the higher the equivalence ratio, the broader the pressure range, in which the NTC behavior is observed. In general, predictions of some models are in good agreement with the experimental data. Reaction path analyses reveal that the competition between oxidation and recombination pathways are responsible for the NTC region in methane oxidation.     

捕获CO2的部分煤气化氢电联产系统

基于煤炭分级转化、成分对口应用、污染物控制一体化等系统集成思路,提出了一种捕获CO₂的部分煤气化氢电联产系统。该系统利用增压流化床完成煤炭部分气化,降低了气化难度与气化炉造价,具有较好经济性;全面揭示了系统的热力和环境特性规律,指出气化炉碳转化率是影响系统热力性能的主要因素;系统具有良好的热力特性与环境特性,当CO₂的分离率为59.7%时,系统（火用）效率为54.3%。本文的研究为煤炭的清洁高效利用提供了可选择的途径。     

分布式能源系统与微型燃气轮机的发展与应用

集中式与分布式有机结合是21世纪能源工业重要发展方向,新的能源系统将可能影响到人类的生活方式和社会发展的进程。先进燃气轮机技术是21世纪能源与动力系统的核心关键技术,对于我国相关领域中的高新技术发展和移植有着极其重大的作用。我国发展先进燃气轮机技术具有重大战略意义和广阔的产业化前景。本文论述了分布式能源系统和新一代微型燃气轮机的重要性,介绍了国外分布式能源系统和微型燃气轮机的研究和生产情况,提出了分布式能源系统的主要发展方向。     

The kinetics of methane ignition in fuel-rich HCCI engines: DME replacement by ozone

Fuel-rich combustion of methane in a homogeneous-charge compression-ignition (HCCI) engine can be used as a polygeneration process producing work, heat, and useful chemicals like syngas. Due to the inertness of methane, additives such as dimethyl ether (DME) are needed to achieve ignition at moderate inlet temperatures and to control combustion phasing. Because significant concentrations of DME are then needed, a considerable part of the fuel energy comes from DME. An alternative ignition promotor known from fuel-lean HCCI is ozone (O₃). Here, a combined experimental and modelling study on the ignition of fuel-rich partial oxidation of methane/air mixtures at Φ = 1.9 with ozone and DME as additives in an HCCI engine is conducted. Experimental results show that ozone is a suitable additive for fuel-rich HCCI, with only 75 ppm ozone reducing the fuel-fraction of DME needed from 11.0% to 5.3%. Since ozone does not survive until the end of the compression stroke, the reaction paths are analyzed in a single-zone model. The simulation shows that different ignition precursors or buffer molecules are formed, depending on the additives. If only DME is added, hydrogen peroxide (H₂O₂) and formaldehyde (CH₂O) are the most important intermediates, leading to OH formation and ignition around top dead center (TDC). With ozone addition, methyl hydroperoxide (CH₃OOH) becomes very important earlier in the compression stroke under these fuel-rich conditions. It is then later converted to CH₂O and H₂O₂. Thus, ozone is a very effective additive not only for fuel-lean, but also for fuel-rich combustion. However, the mechanism differs between both regimes. Because less of the expensive additives are needed, ozone could help improving the economics of a polygeneration process with fuel-rich operated HCCI engines.     

近独立子系系统的统计规律(一)——二维系统统计规律的计算机模拟

利用刚球模型,根据力学规律,对二维近独立子系系统粒子的运动进行了计算机模拟;模拟中,在不同时刻对系统中各粒子的能量和速率进行多次测量,并对测量结果进行统计平均,得到了粒子数不同的力学系统中粒子按能量和速率的分布图;根据所得的分布图形曲线,给出了任意数目的粒子系统的统一的分布函数.从而完全证明了少量粒子构成的力学系统,其长时间行为也具有确定的统计规律.