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.     

与SOFC整合的CO2准零排放IGCC新系统研究

本文研究与SOFC整合的CO2准零排放IGCC系统。基于总能系统思想和系统集成方法,本文提出了O2／CO2循环与SOFC-CC结合的双循环CO2准零排放系统,对SOFC-CC循环系统特性及主要参数进行了优化分析,对新系统性能进行了分析研究,还与其它准零排放IGCC系统进行了比较。研究结果表明:新系统在回收CO2后系统效率有大幅度提高,与基准系统相比系统效率高7个百分点。本文研究成果为CO2准零排放IGCC系统研究提供了新的思路和方案。     

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...     

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.     

润滑油对带膨胀机CO2跨临界循环的影响

本文对PAG、POE、PAO和AB四种润滑油特性进行了分析,结果表明PAG具有较好的综合性能.又从PAG/CO2混合物的溶解性和粘温特性证明了PAG比较适合CO2跨临界循环.最后对工质CO2夹带的微量PAG对压缩机、膨胀机、气体冷却器和蒸发器的性能影响分别进行了分析,并提出了超临界换热分析模型.结果表明润滑油虽然有助于改善压缩机、膨胀机性能,但造成了换热器性能的严重下降.     

煤层中封存CO2的流-固-热耦合数值模拟研究

为了研究CO_2煤层封存过程中注气量和煤层渗透率的变化规律,分析不同煤层特征参数对注气效率的影响,利用岩石力学、渗流力学、传热学相关理论,基于煤体双重孔隙结构特征,建立CO_2煤层封存的流-固-热耦合模型,进行CO_2煤层封存数值模拟。结果表明:CO_2注入煤层的速率遵循着"初始阶段迅速减小,随后基本稳定"的规律,注入速率的大小与煤层初始压力、初始温度成反比,与初始渗透率成正比;在煤层注入CO_2的过程中,由于气体压力升高、温度降低引起的收缩应变大于吸附应变,在注气压力增高区内煤体基质系统和裂隙系统的渗透率不断增大,且裂隙渗透率受注气影响更明显。     

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。     

低温太阳热能与化学链燃烧相结合控制CO2分离动力系统

本文探索并提出控制CO2分离的低温太阳热能与清洁合成燃料甲醇-三氧化二铁化学链燃烧相结合的新颖能源动力系统。基于图象(?)分析方法,明确地指出甲醇化学链燃烧能量释放过程燃烧堋损失减小和低温太阳热能品位提升的机理。从能源有效利用和环境相容出发,研究和揭示化学链燃烧与太阳能有机整合共同减小CO2分离能耗的特性规律。相比不分离常规联合循环,新系统(?)效率提高约6．2个百分点;与分离CO2的联合循环相比,新系统媚效率提高约14．2个百分点。同时,低温太阳热能热转功效率可达到22．5％。     

基于密度泛函理论的CO2吸附微观机理比较研究

为探究吸附法捕获CO₂过程中的微观机理和吸附剂材料间的作用关系,基于密度泛函理论方法,综合比较了典型吸附剂包括煤基官能团、Fe、限域离子液体、Na₂CO₃、SrTiO₃与CO₂的吸附过程和差异性.根据不同计算策略,着重分析比较了吸附能、结构优化参数、吸附构型以及原子分布等参数.结果表明,化学吸附中CO₂分子与吸附面呈平行关系时通常吸附能最大;在一种材料的同类型官能团中,吸附能大小与氧原子的数量呈正相关关系;吸附过程中C-O键的伸长活化会生成一种重要的中间产物CO₂^-.提出在探寻CO₂吸附材料时可以在含氧原子较多的官能团、活性金属表面等方面进一步探究.最后对基于密度泛函理论的CO₂的吸附机理的进一步研究方向进行了展望.     

O2/CO2气氛下CO对煤焦异相还原NO影响的研究

为揭示O₂/CO₂燃烧过程中高浓度的CO对煤焦异相还原NO的影响,在1073 K温度下使用山西褐煤在卧式炉上进行了实验。分别对O₂/CO₂浓度比及CO浓度下NO的还原特性进行详细实验研究。研究结果表明:在O₂/CO₂气氛下,O₂浓度为30%时具有较高的还原率;相同O₂浓度下O₂/CO₂气氛较空气气氛NO还原率高,表明在CO存在的条件下,高浓度的CO₂会促进NO的还原;当CO浓度从1.5%逐渐升高时,NO的还原率逐渐降低,到CO浓度为5%时,NO还原率比没有加入CO时还要低,而在空气气氛下CO浓度的变化对NO的还原率影响较小。     

碳纳米管吸附分离CO2/N2混合物的分子模拟研究

本文采用巨正则蒙特卡罗模拟研究了烟气中CO_2/N_2混合物在不同管径碳纳米管(CNT)中的吸附分离性能,并分析温度及气相组成对混合物分离性能的影响。结果表明,在温度为300 K,压力为0.1 MPa时,(7,7) CNT有着最大的CO_2吸附量以及选择系数,分别为1.38 mol/kg和48.5。引入性能系数综合分析不同管径CNT的吸附分离特性,发现在温度低于315 K时应选用(7,7) CNT作为吸附分离CO_2/N_2的吸附剂,而高于315 K时应选用(6,6) CNT。在多阶段分离纯化过程中,在CO_2摩尔分数高于10%时应选用(7,7) CNT作为吸附分离CO_2/N2的吸附剂,反之则选用(6,6) CNT。     

跨临界CO2热泵空调系统仿真优化研究

为了研究跨临界CO₂热泵空调系统在不同工况下的制热性能,应用MATLAB软件,对带回热器的跨临界CO₂系统进行仿真研究。针对系统内排气压力P_cond、蒸发温度T_evp、气冷器排气温度T_out、过热度ΔT等因素,探究其对系统制热COP的影响。研究结果表明：T_evp、ΔT每升高1℃,系统COP分别上升5%～7%、0.1%～1.3%;T_out每增加1℃,系统COP降低0.17～0.04。通过仿真研究得出,跨临界CO₂系统的最优排气压力P_cond＿opt,并拟合得到其计算关联式。     

褐煤O2/CO2燃烧时可吸入颗粒物中碱性金属分布特性

通过沉降炉燃烧实验,研究了褐煤O2/CO2燃烧时可吸入颗粒物的生成和碱性金属元素在颗粒物中的分布特性.结果表明,燃烧气氛由O2/N2燃烧转变为O2/CO2燃烧时,亚微米颗粒物的生成量减少,但超细颗粒量增加.气氛对碱性金属元素分布的影响主要体现在亚微米颗粒范围内.与O2/N2燃烧相比,相同氧浓度下O2/CO2燃烧时所生成亚微米颗粒物中碱性金属向小粒径颗粒中富集.O2/CO2气氛下,低氧浓度燃烧时碱性金属元素对亚微米颗粒物的生成贡献大,而增加氧浓度其在亚微米颗粒物中质量份额则减小.     

新型CO2分离液化提纯一体化系统

本文在深入分析含CO2混合气低温相变分离法特点与精馏特性的基础上，提出一种新型的CO2分离液化提纯一体化系统。该系统通过多级压缩，多级冷却与多级分离，可将混合气体中绝大部分CO2在较低能耗代价下以液态分离出来；同时，通过对分离出的粗CO2液体进行高压、近常温条件下的精馏，实现其低能耗提纯；最终实现以较低能耗分离回收cO...     

O2/CO2气氛下石灰石煅烧及烧结特性研究

本文研究了在O2/CO2气氛下石灰石的煅烧和烧结特性.结果表明,空气气氛下煅烧所得CaO的孔隙率和比表面积均较O2/CO2气氛下的大,但O2/CO2气氛下煅烧所得CaO具有更大的最可几孔径.石灰石在O2/CO2气氛下1000℃煅烧时的产物具有最大的比孔容积和比表面积,且石灰石煅烧产物CaO的比孔容积和比表面积均随气氛中CO2浓度的增加而下降,在低CO2浓度下下降较为迅速,而在高CO2浓度下下降逐渐趋于平缓.在延长相同烧结时间的情况下,O2/CO2气氛下CaO孔结构受烧结影响的程度要比空气气氛下轻微.     

CO2/R170共沸混合制冷剂应用于冷柜系统的热力学性能分析

基于一套小型冷柜系统建立了热力学模型,将纯CO2制冷剂和CO2/R170共沸混合制冷剂分别应用于该系统,详细计算了系统的性能参数和[火用]效率,并进行了全面的对比。研究结果表明:CO2/R170共沸制冷剂可显著降低排气温度,在所研究的范围内,最高可达16℃;在系统COP及[火用]效率方面,CO2/R170共沸制冷剂存在劣势;随着气冷器出口温度升高,系统的COP及[火用]效率方面的劣势不断减小,而降低排气温度方面的优势在持续增大,且压缩机的压缩比越来越低。因此,将CO2/R170共沸制冷剂应用于冷柜具有很强的可靠性,且更适用于气冷器出口温度较高的系统。     

O2/N2与O2/CO2条件下燃煤颗粒物的生成特性研究

将煤粉在O2/N2与O2/CO2条件下进行沉降炉燃烧实验,研究了燃煤颗粒物的质量粒径分布、生成浓度以及元素组成特性.研究结果表明,燃煤颗粒物均呈三模态粒径分布,气氛的改变不影响各模态的分布趋势.相同O2含量条件下,与O2/N2气氛相比,O2/CO2气氛中PM10和PM1的生成浓度均降低,PM1易挥发元素Na、K、S的含量升高,而难熔元素Si、Al、Mg、Ca、Fe的含量降低.随着O2浓度的增加,O2/N2燃烧气氛下PM10和PM1的生成浓度逐渐增加,O2/CO2燃烧气氛下PM10的生成浓度增加,而PM1的生成浓度先减小后增加.