超臨界水中煤氣化制氫熱力發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)建以及能量轉(zhuǎn)化機(jī)理分析

【摘要】：煤是當(dāng)今火力發(fā)電最重要的燃料，但是煤在空氣中直接燃燒生成NOx、SOx、CO2和PM2.5等污染物。超臨界水中煤氣化制氫技術(shù)是一種高效清潔的煤利用新技術(shù)，利用超臨界水特有的性能，將煤轉(zhuǎn)化為清潔高熱值的H2和CO2，N、S等污染物作為固體殘留直接排出反應(yīng)器。本文構(gòu)建了一種新型超臨界水中煤氣化制氫熱力發(fā)電循環(huán)系統(tǒng)，采用能量分析和火用分析方法研究新系統(tǒng)的過(guò)程能耗，并基于能的品位概念，運(yùn)用圖像火用分析法，進(jìn)一步探究系統(tǒng)關(guān)鍵過(guò)程能量轉(zhuǎn)化機(jī)理，以期達(dá)到煤的清潔利用以及節(jié)能減排的目的。 首先，構(gòu)建了一種新型超臨界水中煤氣化制氫熱力發(fā)電循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)使煤在超臨界水中氣化后的混合工質(zhì)直接通入透平做功發(fā)電，充分利用反應(yīng)器出口超臨界水所攜帶的能量，并且使氣化獲得的氣體直接發(fā)生氧化反應(yīng)重新加熱蒸汽，再次驅(qū)動(dòng)透平做功發(fā)電，節(jié)省氫氣分離提純時(shí)的能耗，且將氫能直接轉(zhuǎn)化為應(yīng)用更廣泛的電能。 其次，對(duì)新系統(tǒng)進(jìn)行能量分析和火用分析，以常規(guī)煤直接燃燒推動(dòng)超臨界機(jī)組再熱循環(huán)系統(tǒng)為參照，對(duì)比發(fā)現(xiàn)新系統(tǒng)具有良好的能量效率和火用效率，指出影響系統(tǒng)能量效率和火用效率的關(guān)鍵過(guò)程為氣化和燃燒兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。 最后，基于能的品位概念，利用圖像火用分析法，通過(guò)研究超臨界水中煤氣化制氫過(guò)程中化學(xué)能向物理能轉(zhuǎn)化時(shí)能量品位的變化關(guān)系，揭示過(guò)程中火用損失產(chǎn)生的深層原因，闡明新系統(tǒng)火用損失減少和外部熱源品位提升的機(jī)理。為超臨界水中煤氣化制氫熱力發(fā)電循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供理論依據(jù)。 【關(guān)鍵詞】：超臨界水 煤 制氫 火用效率 圖像火用分析
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM611
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-7
• 主要符號(hào)表7-10
• 1 緒論10-19
• 1.1 研究背景10-14
• 1.1.1 能源危機(jī)與環(huán)境問(wèn)題10
• 1.1.2 氫能10-12
• 1.1.3 超臨界水的性質(zhì)12-13
• 1.1.4 煤的氣化制氫技術(shù)13-14
• 1.2 超臨界水中煤氣化制氫的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與進(jìn)展14-18
• 1.2.1 超臨界水中煤氣化制氫的國(guó)外研究現(xiàn)狀與進(jìn)展14-16
• 1.2.2 超臨界水中煤氣化制氫的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀與進(jìn)展16-18
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容18-19
• 2 熱力學(xué)分析方法19-30
• 2.1 熱力學(xué)性質(zhì)的計(jì)算方法19-24
• 2.1.1 焓19-21
• 2.1.2 熵21-22
• 2.1.3 火用22-24
• 2.2 熱力學(xué)分析方法24-27
• 2.2.1 能量平衡法24
• 2.2.2 熵分析法24-25
• 2.2.3 火用分析法25
• 2.2.4 熱力學(xué)分析的比較25
• 2.2.5 典型的系統(tǒng)火用分析法25-27
• 2.3 火用分析的主要內(nèi)容27-28
• 2.4 火用分析的評(píng)定準(zhǔn)則28-29
• 2.5 本章小結(jié)29-30
• 3 超臨界水中煤氣化制氫熱力發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)建及熱力學(xué)分析30-49
• 3.1 超臨界水中煤氣化制氫熱力發(fā)電循環(huán)系統(tǒng)的構(gòu)建30-32
• 3.2 系統(tǒng)工作參數(shù)的確定32-34
• 3.3 系統(tǒng)能量分析的數(shù)學(xué)模型34-36
• 3.3.1 氣化反應(yīng)器34-35
• 3.3.2 汽輪機(jī)35
• 3.3.3 預(yù)熱器35-36
• 3.3.4 加壓泵36
• 3.4 系統(tǒng)火用分析的數(shù)學(xué)模型36-38
• 3.4.1 氣化反應(yīng)器36-37
• 3.4.2 汽輪機(jī)37-38
• 3.4.3 預(yù)熱器38
• 3.4.4 加壓泵38
• 3.5 系統(tǒng)火用分析的評(píng)定準(zhǔn)則38-40
• 3.6 系統(tǒng)熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果與分析40-47
• 3.6.1 超臨界水中煤氣化制氫實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)40-41
• 3.6.2 基本參數(shù)計(jì)算41-43
• 3.6.3 系統(tǒng)能量分析與火用分析43-44
• 3.6.4 系統(tǒng)各設(shè)備火用分析評(píng)價(jià)44-47
• 3.7 本章小結(jié)47-49
• 4 超臨界水中煤氣化制氫熱力發(fā)電系統(tǒng)關(guān)鍵過(guò)程的能量轉(zhuǎn)化機(jī)理分析49-56
• 4.1 化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中化學(xué)能品位的推導(dǎo)49-50
• 4.2 系統(tǒng)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程能量轉(zhuǎn)化機(jī)理分析50-55
• 4.3 本章小結(jié)55-56
• 5 結(jié)論與展望56-58
• 5.1 結(jié)論56-57
• 5.2 展望57-58
• 致謝58-59
• 參考文獻(xiàn)59-63

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