部分煤氣化與CO_2捕獲的能源動力系統(tǒng)研究

【摘要】： 能源、環(huán)境與經(jīng)濟的相容協(xié)調(diào)發(fā)展是21世紀能源科學研究的重要發(fā)展方向,以CO_2為主的溫室氣體引起的全球氣候變暖是能源環(huán)境問題中的焦點和難點。煤基能源動力系統(tǒng)中控制CO_2已成為能源領(lǐng)域的重要研究課題,清潔能源載體氫氣的制取也是能源系統(tǒng)發(fā)展的前沿課題。本文依托國家自然科學基金和國家高科技研究計劃等重要科研項目,在關(guān)鍵過程機理、系統(tǒng)集成和技術(shù)路線的多層面上,開展了煤氣化系統(tǒng)與雙燃料重整系統(tǒng)的集成理論研究,提出了控制CO_2的部分煤氣化系統(tǒng)和雙燃料互補的氫電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),預測了新系統(tǒng)的經(jīng)濟環(huán)境效益,并探索了適合中國的能源技術(shù)路線。 為開拓高效環(huán)保的潔凈煤發(fā)電系統(tǒng),開展了煤氣化系統(tǒng)中燃料轉(zhuǎn)化過程整合機理以及CO_2分離一體化機理的研究。建立了煤氣化、合成氣燃燒和半焦燃燒過程整合的化學能與物理能梯級利用關(guān)系式;揭示組分和品位對燃料轉(zhuǎn)化過程中能量匹配的影響;發(fā)現(xiàn)存在最佳的氣化爐碳轉(zhuǎn)化率,使燃料轉(zhuǎn)化過程不可逆損失最小;分析燃料轉(zhuǎn)化過程與CO_2分離過程的整合關(guān)系,揭示純氧燃燒分離CO_2的部分煤氣化系統(tǒng)實現(xiàn)了燃料轉(zhuǎn)化過程與CO_2分離過程一體化。 針對IGCC系統(tǒng)投資成本高的科技難題,本研究從“組分對口、分級轉(zhuǎn)化”思路出發(fā),基于燃料化學能與物理能綜合梯級利用原理以及CO_2分離一體化的整合機理,提出控制CO_2的部分煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng);揭示系統(tǒng)性能曲線簇具有包絡(luò)線的特性規(guī)律,發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)熱效率在變量可行域內(nèi)具有最佳值的特性。從熱力性能、經(jīng)濟性能和環(huán)保性能等多方面與IGCC系統(tǒng)進行比較分析,指明新系統(tǒng)具有高發(fā)電效率、低投資成本和低能耗分離CO_2的優(yōu)勢。 面臨我國“煤多氣少”的能源特點,以及針對傳統(tǒng)天然氣重整過程消耗大量優(yōu)質(zhì)燃料的問題,本研究提出了煤與天然氣互補制氫聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)?；谀艿钠肺桓拍?建立煤與天然氣互補的能量轉(zhuǎn)化過程品位關(guān)系式;揭示雙燃料化學能釋放過程中能的梯級利用特性;采用圖像(火用)分析方法,并通過與傳統(tǒng)制氫系統(tǒng)比較,闡明煤與天然氣互補制氫聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)熱力性能提高的根本原因。 結(jié)合中國能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,采用MESSAGE模型,對本文提出的部分煤氣化系統(tǒng)和雙燃料互補系統(tǒng)在中國電力和交通兩大耗能領(lǐng)域的發(fā)展進行情景分析。通過對電力行業(yè)中控制CO_2的不同技術(shù)路線的發(fā)展情景比較,指出發(fā)展諸如本文提出的潔凈煤發(fā)電系統(tǒng)能滿足能源、經(jīng)濟、環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展,是適合中國的先進潔凈煤發(fā)電技術(shù)路線。另外,交通燃料的劇增是導致中國石油對外依存度越來越大的一個主要原因。本研究以雙燃料互補系統(tǒng)制甲醇代替交通燃料作為典型案例,預測新型交通燃料替代技術(shù)在中國未來交通領(lǐng)域發(fā)展情景,指出發(fā)展經(jīng)濟可行的煤代油技術(shù)路線是非常必要和迫切的。 【關(guān)鍵詞】：能源系統(tǒng) 部分煤氣化 CO_2捕獲 雙燃料重整 制氫 集成機理 技術(shù)路線
【學位授予單位】：中國科學院研究生院（工程熱物理研究所）
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：TK16
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-33
• 1.1 課題背景與意義12-14
• 1.2 潔凈煤發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展與科學問題14-25
• 1.2.1 整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)15-16
• 1.2.2 增壓流化床聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)16-19
• 1.2.3 新型的部分煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)19-24
• 1.2.4 潔凈煤發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展的科學問題24-25
• 1.3 氫能的發(fā)展與科學技術(shù)問題25-30
• 1.3.1 氫能的發(fā)展25-27
• 1.3.2 化石燃料制氫27-30
• 1.3.3 化石燃料制氫發(fā)展的科技問題30
• 1.4 本文研究內(nèi)容和擬解決的問題30-33
• 第二章 煤氣化系統(tǒng)中燃料轉(zhuǎn)化過程及與CO_2分離過程的整合機理33-73
• 2.1 概述33-34
• 2.2 燃料化學能轉(zhuǎn)化過程的能量轉(zhuǎn)化與梯級利用機理34-54
• 2.2.1 煤氣化過程(火用)損模型和能量轉(zhuǎn)化機理34-40
• 2.2.2 合成氣燃燒過程(火用)損模型和能量梯級利用機理40-49
• 2.2.3 半焦燃燒過程(火用)損模型和能量梯級利用機理49-54
• 2.3 煤氣化系統(tǒng)中燃料轉(zhuǎn)化過程的整合機理54-59
• 2.3.1 燃料轉(zhuǎn)化過程的整體(火用)損模型54-55
• 2.3.2 燃料轉(zhuǎn)化過程的(火用)損特性和整合機理55-59
• 2.4 煤氣化系統(tǒng)中 CO_2分離一體化機理59-71
• 2.4.1 不同途徑分離 CO_2的理論分離功59-63
• 2.4.2 煤氣化系統(tǒng)中 CO_2分離一體化機理63-71
• 2.5 本章小結(jié)71-73
• 第三章 回收 CO_2的部分煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)73-97
• 3.1 部分煤氣化系統(tǒng)的設(shè)計流程與集成思路73-77
• 3.1.1 系統(tǒng)流程概述73-75
• 3.1.2 系統(tǒng)集成思路與原理75-77
• 3.2 部分煤氣化系統(tǒng)熱力性能77-83
• 3.2.1 系統(tǒng)熱力學特點77-79
• 3.2.2 系統(tǒng)熱力性能與特性規(guī)律79-83
• 3.3 部分煤氣化系統(tǒng)與IGCC系統(tǒng)的(火用)分析與比較83-93
• 3.3.1 兩系統(tǒng)的(火用)平衡分析83-84
• 3.3.2 兩系統(tǒng)的圖像(火用)EUD分析比較84-93
• 3.4 部分煤氣化系統(tǒng)的環(huán)保性能和經(jīng)濟性能93-96
• 3.4.1 系統(tǒng)環(huán)保性能93-95
• 3.4.2 系統(tǒng)的經(jīng)濟性能95-96
• 3.5 本章小結(jié)96-97
• 第四章 天然氣/煤雙燃料互補氫電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)97-124
• 4.1 概述97-98
• 4.2 雙燃料互補氫電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的概念性設(shè)計98-105
• 4.2.1 雙燃料互補概念性設(shè)計方法98-100
• 4.2.2 雙燃料互補利用機理100-103
• 4.2.3 煤和天然氣制氫系統(tǒng)關(guān)鍵過程分析103-105
• 4.3 雙燃料互補氫電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)流程與熱力性能105-113
• 4.3.1 系統(tǒng)流程描述105-108
• 4.3.2 系統(tǒng)熱力性能及與其它系統(tǒng)比較108-113
• 4.4 雙燃料互補氫電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)分析113-121
• 4.4.1 系統(tǒng)平衡分析113
• 4.4.2 系統(tǒng)的圖像分析113-121
• 4.5 煤/天然氣雙燃料互補系統(tǒng)的潛力121-122
• 4.6 本章小結(jié)122-124
• 第五章 新系統(tǒng)在中國的發(fā)展情景124-156
• 5.1 概述124-125
• 5.2 能源供應系統(tǒng)優(yōu)化模型—MEASSAGE模型125-128
• 5.3 中國能源系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及其問題128-131
• 5.3.1 能源系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀128-130
• 5.3.2 能源系統(tǒng)存在的弊端130-131
• 5.4 中國電力領(lǐng)域能源供應系統(tǒng)的發(fā)展情景131-146
• 5.4.1 模型參數(shù)設(shè)定與情景假定131-132
• 5.4.2 不同情景的電力系統(tǒng)能源供應系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃132-143
• 5.4.3 不同控制 CO_2排放的發(fā)電技術(shù)路線比較143-146
• 5.5 中國交通領(lǐng)域能源供應系統(tǒng)的發(fā)展情景146-154
• 5.5.1 模型參數(shù)設(shè)定與情景假定146-148
• 5.5.2 不同情景的交通業(yè)能源供應系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃148-154
• 5.6 本章小結(jié)154-156
• 第六章 結(jié)論156-160
• 6.1 論文的主要成果156-158
• 6.2 論文研究的主要創(chuàng)新之處158-160
• 主要符號表160-161
• 參考文獻161-170
• 攻讀博士學位期間發(fā)表論文目錄170-171
• 博士學位論文科研項目背景171-172
• 附錄說明172-173
• 無補燃余熱鍋爐型聯(lián)合循環(huán)性能簡捷估算法173-184
• IGCC系統(tǒng)有無約束設(shè)計優(yōu)化概念與方法184-192
• 致謝192

您可以在本站搜索以下學術(shù)論文文獻來了解更多相關(guān)內(nèi)容

某星級會所能源系統(tǒng)節(jié)能方案設(shè)計及探索    趙軍;張傳生;張海軍;

家電品牌涉足綜合能源系統(tǒng)成效漸顯    葉濃;

淺析能源系統(tǒng)邊界的劃分    李洪波;

能源管理系統(tǒng)(EMS)中流量測量儀表的選用    余代鋼;

下一代可再生能源逆變器    蘭月;

艾默生攜騰訊打造亞洲最大數(shù)據(jù)承載中心    

提高建筑能效——企業(yè)碳減排的首要戰(zhàn)略    史嬌艷;

無錫太湖城能源規(guī)劃與實踐    徐小偉;杜海龍;孫東梅;

德國信息化能源(E-Energy)促進計劃    王喜文;王葉子;

能源統(tǒng)計制度變遷視角下的低碳發(fā)展之路    董彩娟;

緊湊型模塊化強激光脈沖能源系統(tǒng)    趙娟;曹科峰;曹寧翔;朱利君;陳敏;

區(qū)域背景下中國能源系統(tǒng)未來的方案設(shè)計    王彥佳;郭寶雷;

關(guān)于通信能源系統(tǒng)雷電過電壓保護的一些問題    何亨文;

IEC國際光伏能源系統(tǒng)標準研究    郭增良;唐軍;薛世德;

可再生能源系統(tǒng)的常見利用形式分析    胡檜;鐘挺;鄭戈;

單口徑片狀放大器    賀少勃;鄭萬國;力一崢;薛錫鋼;杜淵;淳于詠梅;王成程;蔣學君;徐健;張小民;

高級生態(tài)住宅小區(qū)能源系統(tǒng)環(huán)境經(jīng)濟效益分析    陳耀龍;

能源政策研究與決策分析    顧培亮;韓文秀;

強激光能源系統(tǒng)預電離實驗    力一崢;周丕璋;薛錫剛;陳立華;許建軍;欒永平;鄭萬國;彭翰生;

激光聚變主放大器能源系統(tǒng)    周丕璋;郭良福;陳德懷;力一崢;薛錫剛;於海武;魏曉峰;鄭萬國;彭翰生;

能效矩陣開啟通信能源系統(tǒng)創(chuàng)新    中興通訊 劉小光

氫氧能源系統(tǒng)生產(chǎn)基地落戶大連    廷友 和平

現(xiàn)代企業(yè)如何發(fā)展定點式能源系統(tǒng)　    商世評

荷蘭道路能源系統(tǒng)——從柏油路中獲取能量    趙佳怡

云南聯(lián)通攜手艾默生改造網(wǎng)絡(luò)能源系統(tǒng)    祁萌

艾默生助云南電信打造網(wǎng)絡(luò)能源系統(tǒng)    

復合式能源系統(tǒng)：節(jié)能減排新軍    范思立

美商安科瑞在大連建廠    何巖 和平

建設(shè)煤氣化多聯(lián)產(chǎn)能源系統(tǒng)    記者 瞿劍

日本智慧能源系統(tǒng)將超越美“智能電網(wǎng)”工程    張庭

部分煤氣化與CO_2捕獲的能源動力系統(tǒng)研究    徐玉杰

基于可持續(xù)發(fā)展的地域能源戰(zhàn)略研究    徐振川

復雜適應系統(tǒng)協(xié)同理論、方法與應用研究    邱世明

江蘇省經(jīng)濟、能源與環(huán)境系統(tǒng)（3E）協(xié)調(diào)與可持續(xù)發(fā)展研究    陳春華

建筑能源系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)與實現(xiàn)技術(shù)研究    陳永攀

不確定城市能源系統(tǒng)規(guī)劃模型研究及應用    牛彥濤

中長期能源預測預警體系研究與應用    王思強

減排CO_2的能源動力系統(tǒng)綜合評價與多目標優(yōu)化    徐鋼

一種多尺度協(xié)同仿真方法及其在SOFC-MGT混合發(fā)電系統(tǒng)中的應用    張雨英

考慮環(huán)境約束的不確定性城市能源系統(tǒng)優(yōu)化模型    張曉萱

激光裝置能源系統(tǒng)可靠性研究    趙建印

能源系統(tǒng)電路容差分析    吳集

第三產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)域能源系統(tǒng)集成項目規(guī)劃研究    聶建臻

基于多目標動態(tài)投入產(chǎn)出優(yōu)化模型的能源系統(tǒng)研究    李強強

煤基能源系統(tǒng)CO_2分離液化一體化方法研究    田龍虎

混沌時間序列分析下江蘇—西部聯(lián)動能源系統(tǒng)的研究    于景華

平流層飛艇多能源管理系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計    方麗娟

區(qū)域節(jié)能潛力分析與預測    周倩

隨機分析方法用于環(huán)境系統(tǒng)規(guī)劃管理的研究    解玉磊

煙草企業(yè)能源管理系統(tǒng)應用研究    唐易