采用化学链式燃烧的燃料电池联合循环及其性能分析

1课题背景高温燃料电池可与燃气轮机、蒸汽轮机等动力装置组成多重循环,实现能量的梯级利用,从整体上进一步提高能源利用率,为总能系统的发展提供了新的可行途径。氢能是一种高效、清洁、可再生的二次能源,被称为21世纪的能源。研究以氢为燃料、由高温燃料电池、燃气...     

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...     

结合碳捕集的SOFC-sCO2布雷顿循环集成系统性能分析

固体氧化物燃料电池是将化学能转化成电能的全固态能量转换装置,被认为是极具前景的绿色发电系统。本研究提出了结合碳捕集的固体氧化物燃料电池-超临界二氧化碳布雷顿循环集成系统,通过阳极尾气富氧燃烧实现低能耗碳捕集,并利用s CO₂再压缩布雷顿循环回收燃烧室余热提高系统效率。模拟结果显示,该集成系统在设计工况下的净发电效率为59.74%,二氧化碳捕集量为134.50 kg/h。此外,关键工作参数对系统性能的影响分析结果表明,合理的阳极尾气再循环比、燃料利用率和燃料流量是确保系统安全高效运行的必要前提。     

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。     

熔融盐循环热载体无烟燃烧体系的选择

介绍了一种全新的燃烧系统-熔融盐循环热载体无烟燃烧技术。本技术将燃料与助燃空气的燃烧分为氧化剂的生成和燃料与氧化剂接触反应两个过程。并且这两个阶段通常在两个反应室中进行,在氧化剂生成室,空气中的氧全部被氧载体吸收,剩余的高纯度氮气则被回收利用;在燃烧室,氧载体把自身的一部分或全部氧传递给燃料,完成燃烧过程。在燃烧室中,若燃料完全反应,那么只有高纯度的CO2生成,也可以直接回收用作化工原料。因为N2从燃烧系统中分离出去,且硫和重金属元素被熔融盐吸收而不被烧掉,所以燃烧过程没有NOx、 CO2、和SO2等污染物的排放。本文对几个典型的无烟燃烧系统进行了分析,并与传统燃烧过程进行了比较,对熔融盐循环热载体无烟燃烧体系的选择具有指导意义。     

铅冷快堆M2LFR-1000堆芯燃料管理方案设计

堆芯燃料管理是反应堆设计中极为重要而且复杂的工作,直接影响着堆芯的经济性。目前国内外对于压水堆等传统热堆已有了较为丰富和成熟的燃料管理计算方法,但对于快堆,由于其中子能谱硬,与传统热堆相比有着不同的控制方式和功率分布,快堆的堆芯燃料管理缺乏系统研究。针对中国科学技术大学自主研发的强迫循环冷却的铅基快堆M2LFR-1000,应用SRAC/COREBN软件包进行堆芯燃耗计算,根据燃耗深度提取核素核子密度,计算伪平衡循环参数进行燃料管理预估,然后进行首循环装料、过渡循环和平衡循环燃料管理方案设计。结果表明:对M2LFR-1000堆芯外区燃料换料组件Pu的富集度进行优化,可以延长换料周期到540 d,提高平均卸料燃耗深度;伪平衡循环结果与平衡循环基本一致,伪平衡循环可以用于燃料管理预估。     

太阳能热化学与燃料电池联合的发电系统

本文提出了一种新型的太阳能与燃料热化学互补的发电系统,集成了太阳能热化学燃料转化过程与固体氧化物燃料电池(SOFC)单元。200～300℃中低温太阳能驱动甲醇热分解反应,将太阳能转化为富氢燃料(H₂、CO)的化学能,产生的太阳能燃料用于驱动SOFC燃料电池进行发电,实现了太阳能及甲醇燃料的高效发电利用。同时,采用微型燃气轮机(MGT)对SOFC余热及未反应燃料进行回收,实现动力余热的高效梯级利用,进一步提升了系统的发电效率及能源利用率。设计工况下,系统发电效率达到58.24%,太阳能净发电效率为41.1%。该研究为太阳能和清洁燃料的高效利用提供了新途径。     

CO2准零排放的IGCC系统探索研究

本文基于能源与环境综合思路和关键技术的进展,从系统集成层次探索控制CO2的新途径、凝练零排放系统的设计概念与原则,提出由氢燃料热力系统和含碳燃料热力系统并联组成新颖的CO2准零排放双循环整体煤气化联合循环系统(DC-IGCC),并对典型系统方案进行模拟分析,得出系统特性规律与有价值的结论.     

基于LNG冷能利用的公交车空调制冷系统优化

公交车的LNG燃料蕴含大量冷量,目前尚未得到利用。文中就LNG冷能用于公交车空调系统低温送风和空调系统的过冷循环分别进行了优化分析。应用Cleland公式和VB编程计算,结果表明:LNG冷能用于12m公交车低温送风,空调制冷系统COP可提高6.8%～8.6%;将LNG冷能用于12m公交车空调系统的过冷循环,空调制冷系统COP可提高18.2%。     

一种新型的超燃冲压发动机闭式冷却循环

热防护技术是发展高超音速的关键技术之一.为了降低冷却用燃料需求,本文提出了基于闭式Brayton循环的超燃冲压发动机冷却循环,旨在提出一个缓解超燃冲压发动机热防护压力的新方法、新思路,同时可为高超音速飞行器提供足够的电力供应.文中介绍了冷却循环的组成和工作原理,定义了评价冷却循环性能的参数,在考虑系统内、外不可逆性的基础上,完成了系统的性能分析,分析表明该冷却循环可有效地节约冷却用燃料消耗,大幅提升超燃冲压发动机热防护系统性能.     

城市下水污泥和煤/LPG在循环流化床上的混烧试验研究

在高6000 mm、直径300mm的循环流化床上进行了含水率为79％的湿污泥与煤／石油液化气(LPG)的混烧试验。试验结果表明:无论用煤还是LPG作为辅助燃料,试验都能在设定的工况条件下稳定运行;向炉内加入石灰石的量达到钙硫摩尔比为3．4∶1时,二氧化硫和氯化氢的排放达标,脱硫效率和脱氯效率分别为75％和94％;在试验中, 烟气中NOx排放、烟气中汞含量和二恶英类排放都不超标;试验产生的飞灰含碳量低,飞灰中痕量元素的浸出毒性不超标;计算表明,如果利用余热干燥污泥和预热空气可有效地减少辅助燃料的消耗量。     

分布式冷热电三联供系统的单耗分析模型研究

基于"单耗分析"理论,建立了针对燃料为天然气的分布式冷、热、电三联产系统的常见运行模式下的多热源、多冷源的燃料单耗模型和成本单耗模型.利用该模型进行了案例计算,结果清楚地表明了系统各个环节燃料附加单耗的分布.通过对计算结果的分析,得出了一些有益的结论.     

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。     

低泄漏堆芯多循环优化方法及其程序系统

为低泄漏堆芯燃料管理发展了一种多循环优化方法和程序系统。多循环优化过程分三步完成。第一步，用线性规划确定能使多循环总寿命最长的相继各循环功率份额最佳分布的循环长度最佳分配；第二步，以前一步结果为条件，用线性规换直接法对多循环中相继的各个单循环进行燃料组件的优化布置第三步，用可为容差法实现可燃毒物最佳配置。     

煤油氧气脉冲爆震火箭发动机爆震特性

脉冲爆震火箭发动机(PDRE)是一种利用脉冲式爆震波产生高温、高压燃气发出的冲量来产生推力的推进系统.与常规液体火箭发动机相比,脉冲爆震火箭发动机具有更高的性能,并且结构更简单.本文以航空煤油为燃料、氧气为氧化剂、压缩氮气为隔离气体,并利用电磁阀控制燃料、氧化剂和隔离气体的间歇式供给.利用低的点火能量(50mJ),在内径50mm,长度1.1m的爆震管内进行了大量的多循环爆震试验,研究煤油氧气电磁阀脉冲爆震火箭发动机的爆震波特性.研究结果为进一步研究气液两相多次爆震燃烧机理提供了依据,为研制工程应用的PDRE提供理论和实践基础.     

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。     

近零排放双燃料多功能系统特性规律分析及优化

本文对煤/天然气双燃料氢电联产多功能系统进行了特性规律分析.从燃料互补和能量综合梯级利用角度,分析了重整条件、氢气分离率对系统节能率的影响,以及多功能系统特征参数的变化规律,得到了新系统可以提高燃料化学能利用效率,同时可以降低CO2分离能耗的结论.在能量利用上的优势和对CO2的有效控制,使得新系统相对参考系统可以实现低能耗分CO2.     

IGCC电站的过程模拟和性能分析

整体煤气化联合循环（IGCC）系统是一种先进的高效、清洁、具有燃烧前碳捕捉功能的能源利用和转化系统。本文利用流程模拟软件Aspen Plus对基于干煤粉气化技术的IGCC电站（电功率250MW_e）进行模拟,并针对其中的Shell气化炉、常温湿法煤气净化系统、燃烧前CO₂捕捉系统等进行性能分析。通过灵敏度分析发现氧煤比是Shell气化炉性能的最重要影响因素,气化炉优化参数为:气化温度1450～1500℃（热损失为2%）,气化压力4 MPa,氧煤比0.72,蒸汽煤比0.08,氧气纯度99.5%;煤气净化系统的热煤气效率可达94.48%,可凹收显热52.7MW;M702F燃气轮机净输出功222.9MW;三压再热式余热锅炉净输出功70.6MW;以神华煤为燃料时,不考虑碳捕捉的IGCC电站的能量转换效率可达到46.37%,而考虑碳捕捉功能的IGCC电站的效率下降为35.63%（降低10.74%）。     

基于热经济学的O2/CO2循环燃烧系统和MEA吸附系统的技术-经济评价

化石燃料(特别是煤炭)燃烧所产生的CO2已经越来越受到关注,O2/CO2循环燃烧方式和MEA(mono ethanol amine,单乙醇胺)吸附系统是两种重要的具有CO2减排特征的能量转换系统.本文以某电厂300 MW燃煤机组为基础,以过程仿真技术为平台,利用热经济学成本分析的方法对该机组的两种CO2减排方式(O2/CO2循环燃烧方式和MEA吸附方式)进行了技术-经济评价,并比较它们的经济性能.系统评价指标选定为系统的发电成本(cost of electricity)和CO2减排成本(CO2 avoidance costs).分析结果显示:无论是哪一个指标,O2/CO2循环燃烧系统都要比MEA吸附系统小一些,O2/CO2循环燃烧系统更经济、更可取.     

177堆芯24个月换料可行性研究

与18个月换料相比,压水堆核电站24个月换料能减少大修次数,提高机组负荷因子,增加发电量。基于装载177组件的堆芯,通过提高新燃料组件富集度和增加批换料组件数使堆芯循环长度达到24个月换料周期要求,考虑实际24个月换料和名义24个月换料高低两种电厂可利用因子。考虑燃料组件费用、大修费用、乏燃料处理费用和发电收益等进行换料方案经济性分析评估,并和典型18个月换料经济性作比较。177堆芯平衡循环装载88组富集度为4.95%的燃料组件,能满足名义24个月换料循环长度的需要,组件平均卸料燃耗约48 GWd/tU;装载104个燃料组件的堆芯能满足实际24个换料循环长度的要求,堆芯参数满足相关安全限值要求。结果表明,177堆芯24个月换料具有可行性,其高负荷因子下的经济性与18个月换料相当。