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.     

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.     

基于CO_2吸收增强气化的氨电联产操作条件分析

本文以煤和低浓度煤层气为原料,采用CO_2吸收增强气化,在造气工段制得φ(H_2)/φ(N_2)=3、φ(CO_2+CO)≤0.30%的粗煤气,直接进入气体精制岗位,并取消常规制气的补氮过程或替代空气气化;采用单元建模和流程模拟的方法对系统可行性和适宜操作条件进行分析;预报煤和煤层气共气化的产物分布,提出满足精制岗位进口气体品质要求的制气温度、压力、水煤比、钙煤比和煤气流量等参数;分析循环倍率对合成氨产量、系统净输出功等参数的影响,得到实现系统能量自平衡、且合成氨能耗最低的循环倍率。理论分析表明,该流程可用于合成气制备及氨电联产。     

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。     

双高煤干法气化炉的气化试验研究

以高灰熔点高灰分煤的高效气化为背景,提出了一种新型干法煤粉气化炉结构模型,并开展了双高煤在该结构试验炉上的试验研究。结果表明,为了获得较好的气化指标,在试验工况下,合适的氧碳原子比和蒸汽煤比取值区间分别为0.95～1.05和0.05～0.12 kg/kg;典型优化工况下的气化结果表明了该气化炉能够适用于双高煤的高效气化。     

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。     

逐级溶剂处理对子长煤有机质大分子结构的影响

从分子水平上理解低阶煤有机质大分子结构的解聚和解离是对其进行高效利用并从中获取高附加值化学品亟需解决的关键问题。为了探究煤有机质大分子结构的解聚和解离机理,借助核磁共振碳谱（13C NMR）、X射线光电子能谱技术（XPS）以及热重分析（TG/DTG）对经过常温超声萃取、醇解、催化醇解逐级溶剂处理的子长低阶煤的化学结构性能进行表征。研究表明,在本实验条件下,溶剂处理降低了煤中脂肪碳比例（f_al）,提高了芳碳比例（f_a）,对碳、氧元素存在形态影响很大;即对大分子结构进行了不同程度的解聚和解离,使其热稳定性增加。经二硫化碳/丙酮（CS₂/AC）常温超声萃取,煤中的氧脂碳（fO1_al,fO2_al,fO3_al）及氧芳碳（fO1_a,fO2_a）结构增加,羰基碳（fC_a）结构降低,平均亚甲基链长（C_n）减小,芳桥碳比例（χ_b）降低,说明CS₂/AC常温超声萃取削弱并解聚了煤大分子结构中以多聚羟基为主的网状体系,C_alk-O,C_ar-O等氧桥键结构增多;而部分羰基碳结构被解离。同时,CS₂/AC解离了通过π-π作用等非共价键作用束缚在煤中的芳烃和脂肪烃片段。经乙醇醇解处理,煤的f_al降至24.89%,f_a升至73.05%,C_n降低,而甲基碳（f1_al）增加,说明醇解过程中发生了亲核取代反应,部分键能较弱的C_alk-O和C_alk-C_alk键断裂。继续经催化醇解作用后,煤中的氧接芳碳（fO3_a）含量明显降低,C_n大幅减小,说明煤中有机质进一步发生解离,部分C_alk-O,C_ar-O和C_ar-C_alk键断裂。     

CO_2/焦炭气化发电系统的热力性能研究

探索并提出一种新型煤气化发电系统,通过将煤炭的碳氢组分分级气化过程和化学链燃烧过程进行整合,来减少能量转换过程中的不可逆损失,实现能量的梯级利用。该系统以CO_2为气化剂,来气化含碳量较高的焦炭,从而制得高浓度的CO。分析表明,新系统的热效率可以达到约49%,(?)效率约为47%,比传统的IGCC热效率和(?)效率均高出约6个百分点。新系统为化石燃料的合理高效利用提供了一种有效途径。     

新型燃煤发电-CO2捕获-供热一体化系统

本文在深入分析燃煤电站CO₂捕获和汽水系统热平衡的基础上,提出一种新型燃煤发电-CO₂捕获-供热一体化系统。该系统通过汽水流程、碳捕获流程及地暖供热流程的有效集成,实现了系统中、低温余热的高效利用,降低了碳捕获对电厂效率的影响。分析结果显示,本文提出的一体化系统,在CO₂回收率90%时,供电效率可达31.32%,供电效率降低8.96%,而传统化学吸收法碳捕获电站效率惩罚普遍在10～12个百分点或更高。同时,该系统可供热350 MW,全厂（火用）效率达34.49%,全厂热效率高达55.88%;该系统以较少的能耗代价实现高效供电、供热与CO₂减排,为燃煤发电机组碳减排提供了独特的学术思路与技术方案。     

利用液化天然气冷能的低温动力循环

提出一种带吸收器的混合工质低温动力循环,LNG和海水分别为冷源和热源。以单位LNG输出功和可用能利用率为性能参数对循环进行计算,并对采用四氟甲烷（CF₄）/丙烷（C₃H₈）和乙烯（C₂H₄）/丙烷（C₃H₈）新型混合工质循环与常规丙烷朗肯循环（ORC）进行比较。结果表明,本循环明显优于常规丙烷朗肯循环,单位输出功和最大可用能利用率分别比朗肯循环提高了66.3%和79.6%,最佳LNG利用温度分别为-59.6℃和-54.6℃。