太阳能辅助沼气化学回热的新型冷热电联产系统模拟分析

提出了一种太阳能辅助沼气化学回热的新型冷热电联产系统,在新系统中考虑了沼气池的热负荷,并通过中温槽式太阳能生产大量水蒸气来构建一种高水碳比的沼气蒸汽重整工艺。基于Aspen Plus仿真软件,分析了水碳比对新系统和参比系统性能的影响。结果表明:在设计点工况下,新系统的发电效率较参比系统提高13.4%;在2个系统供冷量相同的情况下,新系统供热量较参比系统高1476.69 kW,增幅为110.62%;由于太阳能的引入带来了产电收益,集热温度为170℃时,新系统的太阳能净发电效率最低值(17%)仍高于集热温度为300~400℃时传统槽式太阳能热发电系统的最大发电效率(16%)。

化学回热的超临界水煤气化联合循环发电系统及性能分析

为了助力实现碳达峰、碳中和的目标,煤炭的清洁、高效和低碳利用技术,以超临界水煤气化技术为核心,提出了一种基于化学回热的超临界水煤气化联合循环发电系统,采用燃气轮机高温排烟为气化过程提供反应热,将气化反应与动力循环通过热化学过程相耦合。分析了新系统和参比系统的热力性能,揭示了新系统㶲损失减小的原因,研究了新系统的变工况特性。研究结果表明:新系统的净发电效率和㶲效率分别达到了53.37%、52.11%,较参比系统分别提升了6.24个百分点、6.09个百分点;在燃料转化过程,新系统的㶲损失减小了7.15MW,占总㶲输入的7.26%,是新系统性能提升的关键;当燃机轮机透平入口温度从1 000℃提升到1 700℃时,新系统的净发电效率和㶲效率不断增加,但其增加幅度均呈现出显著减小的趋势;燃气轮机的最佳压比不断提升,且其增速逐渐增加。所提新系统实现了燃料化学能和物理能的综合梯级利用,为煤的清洁、高效转化与利用提供了一种新的技术方案。

水碳比对化学回热循环回热效率影响分析

从燃料热值增加角度讨论了燃气轮机化学回热循环的回热效率,推导出回热效率求解方法及确定影响效率的相关因素.通过理论计算,分析了燃料蒸汽转化反应中水碳比选取对回热效率的影响.计算结果表明:水碳比对回热效率的影响与转化反应温度、压力相关;一定温度、压力下存在最佳水碳比;最佳水碳比不随转化反应压力变化,随转化反应温度升高而下降.

化学回热循环的热力学优化

化学回热循环的热力学优化肖云汉，蔡睿贤，林汝谋（中国科学院工程热物理研究所北京１０００８０）关键词化学回热，系统，建模１引言化学回热循环除了提高热力学完善性外，突出的优点是可以希望做到低ＮＯ。排放，而后者随着燃机透平初温的不断提高，显得日益重要。化学...

基于化学回热的沼气冷热电联供系统

为了实现沼气化学能和物理能综合梯级利用,提出一种基于化学回热的沼气冷热电联供系统。新系统引入重整器,利用透平高温排气驱动沼气重整,生成具有更高化学能的合成气,以提升沼气燃烧前热值。利用Aspen plus软件进行仿真模拟,模拟结果表明:通过沼气重整可使沼气转化为化学能更高的合成气,同时可回收大量低温潜热用于沼气池保温。在设计点工况下,新系统㶲效率较参比系统提升了21.88%~31.25%。通过参数分析可知,水蒸气与沼气摩尔比(水碳比)对系统性能影响较大,当水碳比从0.5提升到4.8时,甲烷转换率从0.12增大至0.48,提高了余热回收利用。燃气轮机输入热值的提高使得新系统发电量从13.37%提升到55.55%,最终使得系统的㶲效率从9.68%增大至41.94%。

天然气CO_2转化化学回热热力循环

提出了一种由天然气CO2转化化学回热动力循环和氨吸收制冷循环构成的新型O2/CO2热力循环系统.其中,采用天然气CO2转化化学回热回收较高温度的燃气透平排气热量,采用氨吸收制冷循环回收较低温度的排气热量,并利用制冷循环产生冷量作CO2循环压气机进气冷却.研究了该循环的热力学性能及其影响参数,考察了循环压比和进气冷却温度对系统循环的影响规律.新循环的系统模拟结果表明,基于1 kg/s的CH4进料流量及透平初温1 573.15 K条件,系统产功24.799 MW,发电效率达到49.6%,并可输出冷量0.609 MW.系统综合火用效率达到47.9%.同时,可回收2.246 kg/s的水,捕集2.743 kg/s液态形式的CO2,实现了循环系统的CO2和NOx准零排放.

太阳能热化学与化学回热联合的冷热电系统

提出了一种太阳能热化学与化学回热过程联合的冷热电联产系统。利用太阳能驱动甲醇分解反应,产生的合成气在内燃机中燃烧作功,内燃机排烟余热与导热油换热,并驱动甲醇分解反应以回收余热。对系统进行了热力学性能分析,探究了全年典型日下系统热力性能与储能特性规律.研究结果表明:设计工况下系统一次能源利用率为78.4%,太阳能净发电效率为21.1%。在300~1000 W/m^2的直射辐照强度范围内,系统可以实现稳定运行,太阳能净发电效率稳定在19.3%~21.5%的变化范围内。

燃气轮机化学回热器吸热能力分析

基于Aspen Plus软件对化学回热器进行仿真计算,分析了燃气轮机化学回热器内温度、压力以及参与催化重整反应水蒸气和燃料质量流量比(即水碳比)对化学回热器吸热能力的影响。研究表明:化学回热器内温度、压力以及水碳比是决定其吸热能力的重要因素;随着温度和水碳比的升高以及压力的降低,化学吸热量有所升高;在高温、低压条件下,化学吸热量是决定化学回热器吸热能力的关键,而在低温高压时显热吸热量更加明显;受甲烷-蒸汽催化重整反应过程的影响,热值增量随化学回热器内温度和水碳比的升高以及压力的降低而升高。

燃气轮机化学回热实验台总体控制系统研究

燃气轮机的化学回热循环是一种比较先进的循环方式,它不仅可以充分的利用燃气轮机的排气余热来提高循环的热效率,还能够解决燃气轮机排放物过多的问题,燃气轮机的化学回热循环目前还处于实验的研究阶段,暂时还没有什么较为成功的例子,本文就针对燃气轮机化学回热实验台的总体控制系统进行相应的分析和研究。

基于回热循环的燃气轮机发电系统技术分析

为了提高燃气轮机系统的热力学性能,燃气轮机高温排气中的废热必须加以利用,这样就出现了各种各样的基于开式燃气轮机的回热循环的系统结构。本文对采用不同方式进行回热的燃气轮机循环的工作原理和性能特点进行了比较分析,从而为未来的燃气轮机发电系统的选择提供参考。

燃料重整在燃烧系统余热回收技术中的应用

针对国内外燃料重整在燃烧系统余热回收中的应用现状,归纳总结了重整反应机理,余热回收系统及重整器结构设计的研究进展。现有研究表明,不同重整反应类型因其总焓变及产物差异在重整系统中表现为不同反应温度及积碳特性。针对内燃机、燃气轮机、燃烧锅炉3种燃烧系统的燃料重整研究显示重整反应有助于提高系统热效率,控制污染排放。在重整器设计方面,采用先混合后换热的设计方案有利于提高燃料混合均匀性,但易导致反应器积碳,而采用先换热后混合的设计方案则反之。选用贵金属催化剂可显著抑制反应器积碳。

燃气轮机燃烧室双燃料切换过程控制

针对燃气轮机化学回热循环双燃料系统油气切换过程易引起燃烧室出口温度大幅波动的问题,介绍了燃气轮机化学回热循环、双燃料切换过程和控制重点。分析了不同裂解率下的热平衡关系。建立了油气切换的控制模型,应用Matlab/Simulink进行了切换过程仿真。同时,根据燃烧室的排气温度来调节进入燃烧室和裂解器中的燃油流量的策略,应用双辅助回路PID串级比例控制,设计了基于西门子STEP7和WinCC的化学回热试验台双燃料系统的切换控制和监控系统,实现了排气温度基本保持在一定温度的控制要求和油气切换平稳过渡的工程需要。

介质阻挡放电辅助甲烷蒸汽重整的动力学分析

为了发展可用于等离子辅助甲烷蒸汽重整的详细反应机理,采用数值模拟和实验研究相结合的方法,系统分析了停留时间、水蒸气/甲烷摩尔比及其反应温度对甲烷转化率和产物产量的影响规律。结合一组实验数据,发展和评估了等离子体辅助甲烷蒸汽重整的详细反应动力学机理。与实验结果对比表明:该动力学机理可以准确预测甲烷转化率及其各产物产量的变化趋势。路径流分析表明CH3基再结合是CH4转化为CO的主要限制步,O基是影响CO生成的关键组分。并列式协同催化实验中有效碳回收率达到100%,该结果初步证实了路径流分析结果的正确性。所做研究明确了等离子体催化甲烷重整的特性,为非平衡等离子体与催化剂协同催化甲烷蒸汽重整的机理研究奠定了基础。

CRGT循环的热力学性能分析

化学回热燃气轮机 (CRGT)动力发电系统 ,具有较低的NOx 排放量、较高热效率等优点。目前对于CRGT循环的研究仅限制在燃气轮机循环的热力学性能研究方面 ,而忽略了甲烷蒸汽重整过程对于整个循环过程的影响 ,本文通过建立蒸汽重整与燃气轮机循环的数学模型 ,得出注水量。

热力循环流程重构能效分析新方法:循环拆分法

流程重构是提高热力循环效率的有效途径,然而重构后的循环流程配置往往较为复杂。为简单直观地揭示热力循环不同流程配置的节能机制,提出一种具有普适性的热力循环能效分析新方法——"循环拆分法"。该方法基于热力学第一定律,将复杂热力循环拆分为基础循环与若干等效"小循环";拆分获得的小循环可直接用于分析热力循环流程重构的节能机制,指导系统流程优化。以蒸汽朗肯循环与超临界二氧化碳布雷顿循环为例,对典型循环的拆分过程进行了图示化描述和公式化表达,并分析了多种流程重构手段的节能效益;基于循环拆分法,对现有超临界二氧化碳布雷顿循环开展流程优化,进一步提高了循环效率。

太阳能驱动沼气重整的分布式供能系统热力性能研究

沼气直燃利用存在因?损失严重而造成其利用效率低的问题。太阳能热利用存在效率低、储热难、供热不稳定的问题。为了提高分布式供能系统中能源利用的转换效率以及沼气和太阳能的利用水平,提出了一种太阳能驱动沼气重整的分布式供能系统,所聚集的高温太阳能用于重整反应的发生,在大幅提升燃料总热值的同时,还将大量太阳能的热能品位提升至合成气的化学能品位。模拟表明:设计点工况下,相同的能量输入,该系统发电量比沼气冷热电联供系统和太阳能碟式斯特林发电系统多4.59%,碟式太阳能净发电效率可达32%。

船用燃机碳氢燃料流动传热特性研究

本文针对船用化学回热燃气轮机回热通道内碳氢燃料流动传热特性,构建了基于RK-PR立方型状态方程及其混合规则高温裂解态碳氢燃料的热物性计算模型,建立了准一维高温碳氢燃料流动-传热-热裂解计算模型.相关计算结果表明:雷诺数的峰值随着质量流量的增加而向回热通道出口方向增大,对流换热效果增强;回热通道截面内径越大,对流换热系数越小;回热通道长度越小不代表着换热效果越好,换热长度越大,温差越小,即热壁面温度越接近冷流体温度,但回热通道具体长度应根据实际情况来选取.

CRGT循环燃气轮机性能仿真

采用VC和MATLAB混合编程方法,进行了不同循环燃气轮机的变工况性能分析.其中,采用修正工程算法编制了工质热力性质计算程序,采用反向传播(BP)神经网络法建立了压气机和涡轮部件特性计算模型,采用模块化建模方法建立了简单循环、蒸汽回注(STIG)循环和化学回热(CRGT)循环性能仿真模型.仿真结果表明:在保持燃机几何结构和设计功率不变的条件下,STIG循环和CRGT循环均能降低燃气初温和提高循环热效率.其中,简单循环的热效率为35.16%,STIG循环的热效率可达到45%,CRGT循环的热效率可达到52.8%;为了进一步提高该型燃机的应用潜力和使用范围,可以将该型CRGT循环燃气轮机用于海水淡化应用中.

双轴跟踪太阳能驱动甲醇分解的动力系统研究

提出了一种双轴跟踪的中低温太阳能甲醇分解与化学回热耦合的动力系统。集热单元采用双轴跟踪的抛物槽式集热器;利用导热油吸收中低温太阳能和烟气余热从而间接分解甲醇;所生成的合成气进入燃气轮机燃烧作功,烟气驱动制冷和供热,实现冷热电输出。镜场采用双轴跟踪,余弦损失消除,集热效率得以提升。通过系统集成,将烟气余热和中低温太阳能转化为化学能,能量品位提高,并且化学回热作为中低温太阳能的备用能源技术,有利于系统稳定运行,延长系统运行时间。在设计工况下,系统的一次能源利用率为78.55%,太阳能净发电效率达22.61%。研究结果为高效利用太阳能提供了有效途径。

逆流式旋流一体化双燃料喷嘴性能研究

以某型100 kW微型燃气轮机燃烧室为研究对象,采用化学回热循环方式,选择一种可以同时燃用重整气和柴油的逆流式旋流一体化双燃料喷嘴,通过调整喷嘴结构参数对其重整气喷射部分进行分析。结果表明:喷嘴吹扫孔角度增加至60°,孔径增加至3 mm时喷嘴附近温度约降低为650 K;增加重整气通道和重整气喷射孔面积,可有效降低重整气的喷射速度;燃烧室出口温度场特性良好,总压恢复系数为98.1%,燃烧效率为99.1%。