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。     

太阳能辅助燃煤电厂碳减排的技术经济性比较

本文基于300 MW燃煤电厂的设计参数,针对四种典型燃煤电厂碳减排系统进行了发电量和碳减排量的比较。同时,从经济性角度分析且比较了四种燃煤电厂碳减排系统的均化发电成本(LCOE)和碳移除成本(COR)。结果显示在碳捕集率为50%条件下,当碳捕集设备的价格降低到原价的70%且有机朗肯循环(ORC)设备价格低于5065 CNY/kW时,太阳能ORC辅助碳减排的发电成本比太阳能直接辅助碳捕集系统低,此时太阳能ORC辅助系统在经济性上具备竞争力。     

热力学碳泵循环构建:以变温吸附碳捕集为例

制约碳捕集技术实用化的重要瓶颈在于捕集能耗过高,而热力学是能源系统效能分析的有力工具。基于将热力学研究方法应用到碳捕集技术效能分析的思想,本文以变温吸附碳捕集为例,按照"物性-过程-冷热源-循环"顺序,完成热力学碳泵循环(TCPC)的构建,进而考察循环参数对总能耗和第二定律效率的影响。结果显示;循环能耗主要受循环温度、吸附剂和吸附相等影响,吸附相显热大约占循环总能耗的2%;第二定律效率区间为13.91%~21.21%,具有较高节能潜力;TCPC作为一种基于热力学思想的"量化规尺",可对碳捕集技术展开效能分析,进而对影响循环总能耗的主要因素进行归纳,并可通过第二定律效率对技术成熟度进行判断,有效挖掘碳捕集技术的节能潜力。     

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。     

S-CO2布雷顿循环转化效率分析

以超临界二氧化碳简单回热型布雷顿循环为研究对象,以核电站为应用背景,详细论述了系统循环模型与关键器部件的效率模型建立方法,并利用该模型初步分析了各类工程因素对布雷顿循环效率、系统体积的影响,分析结果表明,循环效率、系统体积对温度、压力、涡轮机械效率、回热器等参数的敏感性存在较大差异,其中增加透平入口温度对缩减系统总体积最为有效,需要建立完善的系统分析模型以进行S-CO₂系统的优化设计。     

燃煤电厂CO_2捕集与系统集成的能耗与水耗分析

CO_2捕集是目前降低电厂CO_2排放最直接有效的方法之一,但能耗过高成为限制其发展的最大障碍,同时水耗的增加也对现有电厂的集成带来了挑战,本文从CO_2捕集系统与电厂系统的集成角度出发,建立了集成系统的能耗与水耗模型,结合典型300 MW亚临界燃煤发电机组参数,分析了CO_2捕集对电厂的影响,考察了CO_2捕集系统的运行参数对集成系统能耗与水耗的变化关系。结果表明,集成CO_2捕集后电厂发电效率降低了近10个百分点,冷却循环水用量与总水耗增加了近25%,单位发电量冷却循环水量与水耗增加了70%以上,同时系统能耗与水耗随CO_2捕集参数的变化而呈现不同的变化趋势。     

50 MW超临界二氧化碳燃煤发电系统设计与参数分析

相比于传统的蒸汽朗肯循环,超临界二氧化碳(SCO₂)布雷顿循环具有发电效率高、系统体积小,噪声低、变工况响应快等优点。然而SCO₂燃煤发电尚处于起步阶段,探索小型燃煤发电系统性能对于建设示范工程,推广SCO₂燃煤发电技术具有重要意义。但由于系统结构复杂,锅炉和回热器等设备设计涉及大量的设备参数、物性和热集成计算,全系统集成设计困难。本文针对SCO₂燃煤发电系统包含工质物性参数、循环操作参数、设备结构参数的强耦合而导致设计困难的问题,提出了一种高效的SCO₂燃煤发电系统全局建模和求解方法,并应用于50 MW再压缩和再热SCO₂循环发电系统的设计。设计计算结果表明,再热SCO₂循环发电系统的发电效率较再压缩SCO₂循环发电系统提高1.8个百分点,煤耗降低0.0125 kg/kWh;此外,50 MW SCO₂燃煤发电系统还具有压降小的特点,有利于系统效率的提高。     

煤炭超临界水气化复叠发电系统热力性能分析

为实现煤炭高效清洁低碳发电，本文基于超临界水气化构建了采用H₂O/CO₂混合工质循环、朗肯循环复叠的发电系统，建立系统热力性能分析模型，其净发电效率和?效率分别为51.1%和49.9%，可实现CO₂完全捕集和水的回收利用。分析了气化给水温度、水煤浆浓度对气化氧化单元以及系统不可逆性的影响规律，发现气化单元?效率随给水温度的升高而升高，气化氧化单元的?效率可提升至81%。当水煤浆浓度为19%时，系统净发电效率和?效率分别可达52.0%和50.7%。     

水泥窑余热发电辅助碳捕集系统分析

本文提出一种应用于水泥厂的基于余热发电技术的醇胺法碳捕集系统,针对余热发电系统和乙醇胺(MEA)碳捕捉系统建立模型,利用Visual Basic软件编程模拟余热发电系统,利用Aspen Plus软件模拟MEA法CO_2捕集系统。探讨了废气负荷、低压蒸汽温度、压力对余热发电系统性能的影响,废气负荷和解析塔操作压力对MEA碳捕捉系统中解析塔耗能的影响,并分析了系统的耦合和匹配关系。结果表明,该系统碳捕获率范围为8.6%~15.0%。     

关于吸收式碳捕集热力学机制的探索

热再生吸收式碳捕集的传统认识难以揭示其热力学机制,一种新的认识是"热-化学能"转换中存在中间能量形式.本文从热力学碳泵概念出发,对吸收式碳捕集理想系统进行了解耦,其可视为"热机-碳泵"的热力学组合,探索了极限效率的表达,并采用第二定律效率作为评价参数对已有中试试验系统进行了性能水平探索.结果表明,理想循环性能系数仅取决...     

基于化学链燃烧生物质煤互补的天然气动力联产系统研究

针对传统煤制天然气过程存在的能量利用不合理、碳捕集能耗过高等技术瓶颈,本文探索了一种能实现CO_2零排放的基于化学链燃烧的生物质煤互补天然气动力联产系统。生物质与煤互补从气化源头调节了合成气中H_2/CO比例,有利于甲烷化反应过程,化学链燃烧实现了零能耗的CO_2捕集。研究结果表明:系统总能效率(η_(en))为57.03,效率(η_(ex))为54.65,系统能源节约率高达18.6,实现了系统CO_2零排放。分析了关键参数如氧气碳比(O/C)、蒸气碳比(S/C)、生物质煤互补比例和未反应气循环倍率对系统热力学性能的影响。     

SOFC—联合循环系统性能分析

固体氧化物燃料电池直接将燃料的化学能转化为电能,不受卡诺循环的限制,大幅提高燃料利用率,而且也可减少污染物的排放。它与燃气轮机和蒸汽轮机组成的联合循环系统可以实现对SOFC的尾气余热的梯级利用,提高系统效率。本文以SOFC-GT-Kalina系统为研究对象,利用Aspen Plus建立流程模拟,从理论上分析了各主要参数(运行压力、电流密度、温度等)变化时对系统性能的影响规律,从而为系统优化和和经济运行提供指导。     

燃气-蒸汽联合循环余热回收系统性能研究

燃气发电是我国城市供电的主要形式之一,针对LNG接收站一体的电厂发电模式进行研究,提出一种新型燃气-蒸汽联合循环热电联供系统,利用超临界CO2布雷顿循环结合有机朗肯循环(ORC)辅助发电,将LNG作为冷源,对烟气余热进行三级利用.通过构建热力学和经济模型,以Aspen Plus软件模拟值为基础,结果表明:在消耗燃料1....     

褐煤热泵预干燥超临界CO2循环发电系统理论研究

褐煤含水量高,直接燃烧发电存在效率低、投资大的问题。为此,本文提出了一种集成褐煤热泵预干燥的超临界二氧化碳循环发电系统,并建立了超临界二氧化碳循环发电系统和褐煤热泵预干燥系统的耦合计算模型,以某660 MW发电系统为例,对直燃褐煤发电系统和褐煤热泵预干燥发电系统进行对比分析。结果表明：褐煤发电系统通过热泵干燥褐煤可以使系统发电效率提高1.44%,发电标准煤耗率降低8.06 g·(k Wh)^-1;分析发现,预干燥褐煤使得锅炉燃烧损降低高达4.47%,排烟耗散降低0.35%,从而使系统效率提高1.29%,燃烧损和排烟耗散降低是系统节能的主要原因;干燥机效率、褐煤干燥程度和热泵COP越高,褐煤热泵预干燥发电系统节能效果越显著。     

采用化学链式燃烧器的固体氧化物燃料电池发电系统优化

化学链式燃烧器和固体氧化物燃料电池相结合的发电系统是一种新型联合循环。本文通过对包含更多可能结构的改进流程进行系统参数和流程同步优化,达到进一步提高循环性能的目的。     

氨燃料发电研究进展

氨是一种高效的氢载体,有望成为下一代无碳燃料,助力实现“碳达峰、碳中和”目标,本文介绍了氨燃料的研究背景和主要性质,调研总结了氨燃料在燃煤锅炉、燃气轮机和燃料电池发电方面的研究和发展趋势。通过控制掺氨比例、喷氨位置、喷氨速度等可以实现氨/煤在燃煤锅炉中共燃;采用富–贫分级燃烧能降低燃气轮机的NO_x排放;氨燃料电池中氨在阳极上催化分解成氢气和氮气;氢气氧化释放的热量能有效地用于氨分解反应,提高氨燃料电池系统的能量效率。     

直接式S-CO_2塔式太阳能热发电系统光-热-功一体化热力学分析

本文将简单回热,预压缩,再压缩,部分冷却和中间冷却超临界二氧化碳(S-CO_2)布雷顿循环分别与塔式太阳能热发电(SPT)系统结合,建立了直接式S-CO_2塔式太阳能热发电系统的光-热-功一体化模型,对5种S-CO_2循环下整个SPT系统在不同透平入口温度下的热力学性能进行了对比分析。结果表明:随着透平入口温度的增大,整个SPT系统的效率在650℃附近具有最大值,表明直接式S-CO_2塔式太阳能热发电系统的运行温度并非越高越好;在本文研究的透平入口温度范围内(500~800℃),中间冷却和部分冷却S-CO_2循环下的SPT系统具有最高的效率,但系统也最为复杂;再压缩S-CO_2循环下的SPT系统在高温范围(650~800℃)具有较高的效率,且系统比较简单,具有巨大的应用潜力。     

基于Aspen的超临界CO2布雷顿循环性能研究

超临界二氧化碳(SCO_2)布雷顿循环发电系统与传统火力发电系统相比,具有系统尺寸小、循环效率高、工质易获取等优势。本文首先采用Aspen HYSYS与Aspen Plus软件分别建立了三种循环模型:简单循环、再压缩循环和分流再压缩循环;并使用三种物性方法对每种循环进行了模拟;对比实验室的数据,研究了不同物性方法的模拟精确度,数据表明Aspen Plus软件下的REFPROP物性计算方法精确度较高。然后在不同的工况参数下,使用该物性方法计算对比了三种循环在相同工况下的循环效率,结果证实:为获得高效率,回热尤为重要。最后,以再压缩循环模型为基础,在不同的回热条件下,研究了循环中五个主要参数对循环效率的影响。本文结论可为SCO_2的再压缩循环模型设计提供参考。     

可再生能源下燃煤电站-碳捕集优化调度

燃煤电站集成碳捕集技术在实现碳减排的同时可以提升电站灵活性,帮助电网消纳风光;而可再生能源网络可以提供富余能量来满足碳捕集的需求,提升电站碳捕集系统的经济性能。为此,本文提出了一种可再生能源背景下超临界燃煤电站-碳捕集系统的整体优化调度方法。该方法将深度学习与启发式计算融合,综合考虑机组运行约束和电网功率平衡约束,以降低运行成本和最大消纳风光为目标,对电站-碳捕集系统整体运行优化。结果表明,碳捕集系统的引入可以消纳51%的弃风弃光量,降低35%的碳捕集成本。通过比较,自由捕集率约束模式具有最好的优化调度空间,而平均捕集率约束模式在满足电网指定碳排放要求的同时能够保证良好的经济性。     

超临界二氧化碳循环离心压缩机性能与流场分析

压缩机是超临界二氧化碳(S-CO₂)布雷顿循环的核心部件之一。本文以多级回热过程的热力学分析为基础,完善适用于S-CO₂Brayton循环热力设计,为不同循环结构的压缩机选择等熵效率合理适用范围。通过对叶轮内部流场模拟,分析压缩机性能,发现本文设计的叶轮模型在转速60000 r/min时具有最高的等熵效率。存在一个最佳的进口温度和压力使叶轮内的低温低压区域最小。随着流量和转速的增加,相变或冷凝区域范围会进一步增加,为超临界二氧化碳离心压缩机内部流场数值模拟的准确性和S-CO₂循环机组中压缩机的初步设计提供参考。