首都住宅建筑燃料电池热电联供系统建模与能量供需分析

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)热电联供(combined heat and power,CHP)系统作为一种建筑供能新手段,可有效降低建筑运行能耗、推动能源绿色低碳转型。针对北方地区住宅建筑电热需求大且热电矛盾突出,全年负荷波动大等特点,以北京市为代表,利用DeST软件对住宅建筑进行负荷分析并搭建燃料电池热电联供系统模拟平台,研究不同参数对联供系统性能的影响;以负荷特性和参数分析结果为依据,设计一年不同时段下北京住宅建筑管理策略:冬季采用“以热定电”,其余季节均采用“以电定热”;与基线系统相比,在春、夏、秋、冬4个典型日中联供系统天然气耗气量分别减少了39.16%、31.63%、36.01%和14.04%,对热电联供系统用于未来建筑供能具有一定借鉴意义。

煤制合成气中温变压吸附H_(2)/CO_(2)分离研究与示范

煤制合成气净化工段位于水气变换后,脱除H_(2)S、CO_(2)等气体杂质,获取较高纯度的工业H_(2)。目前成熟净化工艺为以低温甲醇洗、液氮洗为代表的湿法以及变压吸附脱碳为代表的干法技术。中温变压吸附(ET-PSA)技术在与来流变换气一致的中温温度区间运行,采用自行合成的疏水富氮活性炭吸附剂,将传统变压吸附操作温度提升至170~220℃,实现中温高湿环境下的硫碳共脱。引入N_(2)充洗和低压N_(2)清洗2个新变压吸附步序,可使H_(2)回收率提高至99%。以丰喜泉稷厂煤制变换气为中试侧线原料,搭建了原料气处理量5 000 m^(3)/h(标况下)的中温变压吸附H_(2)/CO_(2)分离中试试验装置,H_(2)经两级中温变压吸附纯度达到燃料电池H_(2)水平(含有效气N_(2)),中试装置已累计运行超过2 800 h。并以公用工程运行数据计算中试装置能耗,仅折算电耗,中试H_(2)净化运行成本相比丰喜泉稷厂内低温甲醇洗H_(2)净化电耗可节约成本约35%。该技术突破了常规固体吸附净化温度限制,采用中温下选择性吸附性能好的吸附剂实现H_(2)中杂质定向脱除,为实现高效高品质H_(2)净化提供新的工艺路线。

百千瓦级天然气制氢质子交换膜燃料电池热电联产系统稳态特性模拟分析

依托Aspen Plus平台建立了百千瓦级质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)热电联产系统模型,该模型由燃料处理单元、热回收单元与PEMFC单元构成。燃料处理单元关键设备模型依据反应动力学参数搭建,PEMFC电堆采用Aspen Custom Modeler自定义模型。验证了关键设备模型的准确性,并分析了稳态条件下设备运行参数对系统性能的影响,结果表明:在以电定热运行模式下,可适当减少燃烧天然气进料或者降低重整原料水碳比,以提高系统的电效率与㶲效率。此外,可调节变压吸附(pressure swing adsorption,PSA)至PEMFC管路阀门,增大电堆阳极进气压力以提高发电量,但不建议增大电堆阴极进气压力,这会导致系统辅助设备耗电量上升、净电效率下降。以热定电时,可采取相反的调节方式,降低燃烧烟气与PEMFC尾气的排放温度,提高系统热效率。研究结果可为调整PEMFC热电联产系统工作参数以实现热电输出合理配比提供参考。

钙基吸收剂循环煅烧/碳酸化法捕集CO_2的研究进展

控制和减缓化石能源燃烧所排放的CO2对于缓解全球变暖和温室效应具有重要意义。作为一种燃烧后CO2捕集技术,采用钙基吸收剂循环煅烧/碳酸化(cyclic calcination/carbonation reaction,CCCR)法捕集烟气中CO2的技术因其相对于胺吸收法有一定的经济性而受到关注。在对钙基吸收剂CCCR法的基本概念与特点介绍的基础上,对其中3个重要的研究内容与存在问题,即反应动力学、吸收剂循环转化率与吸收剂的改性以及双流化反应器的研究现状进行综述分析,指出应研究气固反应临界产物层的形成与生长规律,研制高循环反应活性、稳定性和机械强度且价廉及环境友好的吸收剂,开展钙基吸收剂CCCR法综合特性、与燃煤电厂系统组合与优化方案及其技术经济分析。

固体氧化物直接碳燃料电池研究进展

固体氧化物直接碳燃料电池(solid oxide direct carbonfuel cell,SO-DCFC)在煤炭清洁利用方面具有独特优势,近年来受到研究人员的广泛重视。在对SO-DCFC基本概念与特点介绍基础上,对其中3个重要研究内容,即阳极反应机制、机制建模与模拟、及性能改进与优化方面的研究现状和进展进行了综述分析,指出SO-DCFC阳极反应机制与碳燃料和阳极接触方式密切相关,对其性能改进极为重要;碳燃料与阳极直接物理接触时基本不发生碳的直接电化学反应,碳燃料与CO2的气化反应是影响SO-DCFC性能的速率控制步骤;目前SO-DCFC模拟研究工作较少,应加强SO-DCFC机制建模与模拟工作;通过引入碳燃料催化气化和抑制阳极CO积炭能显著改善电池性能。

PFBC-CC发电技术的进展及创新发展

介绍和分析了增压流化床联合循环 (PFBC CC)发电技术在国外的进展以及国内由东南大学热能工程研究所作为技术依托单位承担的国家重点科技攻关项目———贾汪PFBC CC中试电站的研究开发、建设和成功试验运行情况 .并在此基础上探讨提出了发展部分气化循环床燃烧联合循环 (PGCFB CC)的创新发展思路 .

150MWePFBC-CC商业示范电站的初步概念设计

阐述了发展增压流化床燃烧联合循环（ＰＦＢＣ-ＣＣ）的必要性和我国发展ＰＦＢＣ-ＣＣ的基础条件。对１５０ＭＷｅＰＦＢＣ-ＣＣ商业示范电站进行了初步方案分析，为实施该项目提供了技术可行性的参考依据。

带湿式尾部烟气脱硫的粉煤电站经济性估算模型

以经济预测技术回归预测法，建立常规粉煤（ＰＣ）电站和湿式尾部烟气脱硫（ＦＧＤ）的投资及运行维护费用估算模型，可用于对新建ＰＣ电站或ＰＣ＋ＦＧＤ电站（或用湿式ＦＧＤ改造ＰＣ旧电站时）进行工程投资和运行维护费用的估算。通过实例计算与分析，证明该模型能满足工程预可行性研究的要求。

对贾汪PFBC中间试验电站的性能分析和投资评价

简述正在徐州贾汪建造的我国首座发电功率为１５ＭＷ的增压流化床燃烧联合循环（ＰＦＢＣ－ＣＣ）中间试验电站的设计方案特点，给出该电站的热力性能计算分析结果，对该电站的投资需求作出相应评价。

对PFBC-CC技术在我国创新发展之考虑

回顾了我国 PFBC- CC技术的研究开发过程及特点 ,以及国外 PFBC- CC的进展概况 ,提出了在我国持续、创新发展 PFBC- CC的总体思路。

R0110重型燃气轮机的自主研发

本文简介我国R0110重型燃气轮机的研发立项背景,回顾该燃气轮机从设计、制造、加工、装配、厂内空负荷试车、电站满负荷简单循环试验到联合循环试验的研制过程,分析取得的研究成果和产业化前景,也总结了研发过程中取得的经验和存在的不足,对自主研发燃气轮机技术提出展望和建议。

PFBC－CC发电技术及其发展

本文概述增压流化床燃烧联合循环（ＰＦＢＣ—ＣＣ）发电技术的基本原理和该技术在国外的发展情况，阐述在中国发展ＰＦＢＣ—ＣＣ的意义，对该技术在我国的研究开发作了历史回顾和现状介绍，并对其发展目标作了展望。

洁净燃煤发电系统综合性能评价初步探索

为了对洁净燃煤发电系统进行包括技术性能（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ）、经济性（Ｅｃｏｎｏｍｉｃ）和环保性能（Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ）三方面的综合性能评价，该文提出了一个综合性能评价指标及模型。用此ＴＥＥ模型对已得到发展的几种洁净燃煤发电系统进行评价，初步得出一些有益的结论，可为我国发展洁净燃煤发电技术提供参考。

150MW商业示范PFBC-CC电站热力参数分析

本文通过综合考虑技术和投资风险，确定了商业示范ＰＦＢＣ－ＣＣ电站的规模、系统方案和主要设备选型，并对该电功率为１５０ＭＷ商业示范电站进行了热力参数分析，表明电站具有优越的热力性能。

对在我国创新发展洁净燃煤发电技术的建议

对几种洁净燃煤发电技术（ＣＦＢＣ、ＰＦＢＣ－ＣＣ和ＩＧＣＣ）的特点，国内外发展基础和方向作简要分析，提出在我国的研究开发基础上发展有创新特点的部分气化循环床燃烧联合循环（ＰＧＣＦＢ－ＣＣ）发电技术的方案。

以煤为燃料的化学链燃烧研究进展

从3个方面介绍以煤为燃料的化学链燃烧的研究进展。在载氧体方面,研究载氧体的气固反应特性,采用表面光滑的Fe多晶片作为反应物,借助扫描电镜观测固体产物,剥离了孔隙结构的影响,解决固体产物微观形貌难以直接观察的问题;建立了基于分子尺度固体产物成核与生长的速率方程,从微观分子尺度来描述宏观的动力学行为;建立活性成分与惰性载体间相互作用力模型;提出通过引入外来离子提高天然钛铁矿载氧体反应活性的方法。在煤与载氧体相互作用方面,考虑了挥发分、煤灰对载氧体的影响;采用催化气化使气化速率与还原速率相匹配;煤的破碎、磨耗及分层会导致燃料反应器内气体的不完全转化。在反应器方面,建立了双循环回路的三流化床实验台,实现了140h稳定热态运行;并提出采用下行床、低温化学链燃烧和直接化学链燃烧的概念来转化未反应气体。

对在我国创新发展洁净燃煤发电技术的建议

针对我国电力行业目前所关注的几种洁净燃煤发电技术，介绍及分析了这几种技术的特点，国内外发展基础和方向，并根据我国的国情，对国内创新发展洁净煤发电技术提出了建议。

催化剂添加量对褐煤焦水蒸气气化反应性的影响

在固定床反应器中研究了碱金属K和碱土金属Ca对褐煤焦水蒸气气化的催化效果,考察了煤焦的气化反应性随催化剂添加量的关系,并采用扫描电子显微镜结合X射线能谱分析仪(SEM-EDX)和XRD技术分析了煤焦和焦样气化残渣的晶相组成和表面形态。实验结果表明,K的催化活性比Ca的高,煤焦的气化反应性随K和Ca添加量的增大而提高,K和Ca的负荷饱和度均为10%。添加K和Ca催化剂的原煤制焦后,K和Ca分布在煤焦的表面。原煤焦气化残渣中主要含钙铝黄长石。添加K的煤焦及其气化残渣中主要含钙铝黄长石和Ca3Si2O7,XRD没有检测到含K的晶体。当Ca的添加量从5%升高到10%时,煤焦表面有大量的CaO存在,但由于CaO发生团聚使其分散度降低。Ca添加量为10%的煤焦气化残渣中除了钙橄榄石和钙铝黄长石,还有未与矿物质反应的CaO和Ca(OH)2。

煤粉燃烧中NO_x的预测:模型开发及Fluent实现

开发了新的煤粉燃烧NO_x预测模型,模型考虑了热力型,快速型和燃料型NO_x的生成以及已生成NO_x的异相,均相还原。通过不同煤种的大量热解实验建立了燃料N在挥发分,焦炭中分配比例的经验公式。为解决欠氧还原区NO_x均相还原的定量描述问题,提出以CO,H_2浓度来间接表征气相碳氢化合物含量的方法。利用Fluent提供的用户自定义函数(UDF)接口,加入焦炭与CO_2,H_2O的气化反应,准确计算CO,H_2在燃烧全过程的衍化规律。编写程序将NO_x模型以UDF的形式嵌入Fluent中,实现新的NO_x模型与先进湍流,辐射换热模型的耦合计算。与原有模型相比,新的NO_x预测模型可以自适应不同燃烧条件(常规燃烧,空气分级燃烧)下NO_x迥异的生成与还原特点,从而有助于评判不同结构设计,运行条件对NO_x排放的影响。