燃煤电站掺烧污泥热力学与经济性分析

我国污泥产量逐年增加,如何对其进行无害化、资源化处理成为亟待解决的问题,拟将燃煤电站与污泥干燥系统耦合,湿污泥干燥后进行掺烧。以某典型超临界660MW机组为研究对象,在THA工况下,通过对锅炉进行热力计算和对系统整体进行热力学分析及经济性分析,研究掺烧不同含水率(10%、20%、35%、50%、65%)不同掺烧量(2%、4%、6%、8%、10%)的干化污泥对排烟温度、锅炉效率、净发电效率、湿污泥发电折合净效率和干化污泥发电折合净效率等参数的影响。结果表明:当干化污泥含水率超过50%时会导致参数恶化且随掺烧量的增加变化趋势加剧;干化污泥的含水率应控制在50%及以下,若超过此值,掺烧量应小于4%;掺烧污泥导致系统的㶲效率降低,主要原因是锅炉和干燥设备的㶲损失增加;当掺烧含水率为20%,掺烧量为10%的干化污泥时,系统经济性最好,动态回收周期仅为4.02年。

基于J-T阀和机械制冷工艺调节天然气露点的热力学及经济分析

在天然气输送过程中,常采用J-T阀制冷、机械制冷这两种低温分离法析出液烃和水来控制露点保证管输安全。针对两种工艺结构差异较大的情况,从能量、经济上对J-T阀制冷和机械制冷这两种天然气露点调节方法进行了模拟分析。研究结果表明,两种工艺的烃露点降接近,而机械制冷工艺的水露点降更高。在(火用)分析对比上,JT阀制冷工艺(火用)损(5 159kW)明显高于机械制冷工艺(1 961kW),机械制冷工艺的系统换热效率更高,使得其整体(火用)效率高于J-T阀制冷;高级(火用)分析结果显示,机械制冷工艺可避免(火用)损占比(69.8%)高于J-T阀制冷工艺(66.7%),改进潜力更大且代价更低。在资本投资对比方面,机械制冷工艺采用外部制冷系统提供冷量,设备的购置成本更高,但其保留了原料气的压力能,在相同外输条件下运行成本更低。综合投资成本及产品收益,在整个运行周期,机械制冷工艺的收益高出812.64×10^(4)美元。对两种工艺的敏感性分析显示,丙烷的冷却性能不会随其流量的增加而持续增加;随着地层压力的降低,利用压差来改善天然气性质的工艺效果低于采用外部丙烷制冷工艺。

液氮和液空复合型空气储能系统热力学与经济性分析

可再生能源存在间歇性和波动性,给电网的稳定运行造成了挑战,储能技术是解决此问题的有效途径。液态空气储能技术具有储能密度高,不受地理条件限制和常压储存的突出优势,但往返效率相对较低。提出了一种液氮和液空复合型空气储能系统(N-LAES),通过充注液氮,增加膨胀机中的气体流量,同时也提高膨胀机前的气体压力,从而提高系统往返效率。利用建立的热力学模型进行分析,结果表明:对于一个典型规模的N-LAES,其往返效率可以从单一液空储能系统的56.90%提高至66.47%,第30年的净现值从单一系统的5 807.74万元提高至12 021.35万元,平准化储能成本从单一系统的0.897 2元/(k W·h)降低至0.8094元/(k W·h)。表明,N-LAES的热力学性能和经济性能都优于单一系统,为液空储能技术的发展提供了新思路。

超临界二氧化碳混合工质储能系统热力学分析

为了解决可再生能源的间歇性和不稳定性等问题,基于超临界压缩二氧化碳储能(supercritical compressed carbon dioxide energy storage,SC-CCES )系统,利用CO_(2)基二元混合物作为循环工质,对系统进行热力学性能分析。研究不同混合工质在不同比例下的储能性能以及储能系统往返效率和储能密度的变化规律。结果表明:超临界CO_(2)混合工质储能系统的往返效率随着混入氪气质量分数的增加而升高,且高于单一CO_(2)工质的往返效率;随着混入异丁烷、R32、R134a、丙烷的质量分数的增加能够使储能密度逐渐增加。研究结果可对未来建设CO_(2)混合工质储能循环工程应用奠定理论基础。

多种构型超临界CO_(2)循环热力学解构分析与参数优化

新型超临界CO_(2)(S-CO_(2))循环可通过流程改良提高效率,构型复杂多样。为了直观阐明各种流程改良措施对循环效率提升的作用机制,本文将预压缩、后压缩、再压缩、间冷、再热等五种构型的S-CO_(2)循环解构为若干热功转换过程,建立各解构过程与循环效率之间的关联方程,进而开展流程参数优化。研究结果表明,预压缩、后压缩和再压缩方案均是通过增加压缩耗功,减少吸热量实现循环效率提升,其中再压缩方案效果最优,再压缩流量优化后循环效率提高5.1%;采用部分间冷方案,可有效降低压缩功耗,同时避免高品位热量贬值,间冷压力优化后循环效率提高2.2%;再热方案在不改变压缩耗功的前提下,增加透平出功,再热压力优化后循环效率提高1.9%;最后,循环联用再压缩、间冷和再热三种节能措施,可使效率提高9.3%。

危废焚烧锅炉饱和蒸汽驱动有机朗肯循环系统热力学分析

危险废弃物焚烧处理过程中产生的热量通常用于生产饱和蒸汽以供应工业园区的蒸汽、热量等需求,也可以用于低温发电。分析了饱和蒸汽驱动有机朗肯循环(ORC)系统做功时的热力学特性。通过基本工况下蒸汽潜热型热源与ORC系统的热匹配特性分析,提出3种优化措施,并研究了单一优化和组合优化措施下以及不同工况下的系统热力学性能。结果表明,组合优化可使系统获得更优的性能,相对于基本工况,优化后的工况下最大净输出功为3 193.81 kW,提高了170.46%;热效率为23.34%,提高了30.25%;总[火用]效率为66.25%,提高了41.80%。

基于MetCal的铜阳极炉精炼过程热力学仿真分析

基于所构建的铜阳极炉精炼过程热力学仿真模型及系统,计算了某典型阳极炉精炼生产工况,验证模型热力学分析的可行性,进而考察气料比(R_(GF))、石英熔剂率(R_(Flux))和精炼温度(t)等工艺参数对产物组成及杂质分配行为的影响。结果表明:提高R_(GF)、R_(Flux),可在一定程度上改变精炼渣组成,改善杂质入渣脱除效果,但因精炼渣量较小,除Co和Cr外其他杂质元素的实际入渣脱除率变化不大;提高温度对产物组分影响不大,但会降低杂质的脱除效果。综合工艺参数对阳极精炼过程的影响规律,得到的较优工艺参数为R_(GF)为22 m^(3)/t,R_(Flux)为0.16%,t为1200℃。在此条件下,铜液的Cu品位、S含量和O含量分别约为99.39%、0.0065%、0.17%。

集成LNG冷能空分的半闭式CO_(2)循环发电系统热力学分析与优化

半闭式CO_(2)循环具有高效和零碳排放的特点,针对目前集成液化天然气(LNG)冷能的半闭式CO_(2)循环发电系统,提出了一种高效的LNG冷能的梯级利用方式。结果表明:基准案例中空分和压缩过程的能耗分别降低了70.4和75 MW,系统净效率为63.76%,相比于常规循环提升9.48个百分点;在此基础上,采取改进循环参数、匹配回热器热容等优化措施后,优化案例的净效率进一步提高至72.22%,系统的效率为51.27%。相比于仅在循环过程集成LNG冷能的参考系统Ⅱ,冷能利用的效率提高了28个百分点。

基于热力学分析与响应曲面法研究磷尾矿中钙镁浸出率

在回收磷尾矿中钙镁资源时,通常先将尾矿进行煅烧,然后利用浸取工艺浸取尾矿中的钙镁,用于后续资源回收。在煅烧过程中需要让磷尾矿中的白云石尽量分解,而氟磷灰石得到保留。研究利用HSC Chemistry软件进行磷尾矿煅烧热力学分析优化煅烧条件,在尾矿煅烧物浸取钙镁过程中,基于响应曲面法,分析铵钙物质的量比(7∶1~11∶1)、液固质量比(7∶1~9∶1)、反应温度(60~80℃)、反应时间(50~70 min)的交互作用对钙镁浸出率的影响,对钙镁浸出条件进行优化。结果表明,白云石完全分解为CaO、MgO且氟磷灰石不分解的煅烧温度范围为(900~1200℃)。优化钙镁浸出条件:铵钙比物质的量比为10∶1、液固质量比为8∶1、反应温度为71℃、反应时间66 min时获得最佳钙镁的浸出率,分别为92.25%和86.19%。依据优化后的浸出条件,进行多次实验,实验结果为钙浸出率为91.95%、镁浸出率为85.85%。实验结果与优化结果较为接近,证明优化结果较为准确,且通过模拟优化及实验验证,可以看出铵钙比对浸出率的影响较大。

基于热力学计算的CO_(2)催化加氢制二甲醚流程分析

二甲醚是一种理想的发动机清洁燃料,在碳中和背景下,国内外积极开展了以二氧化碳(CO_(2))为原料制备二甲醚的研究。CO_(2)催化加氢制二甲醚的方法主要包括一步法和两步法,对基于不同方法的工艺流程展开热力学分析,可为工艺流程优化和相关催化剂开发提供参考。基于一步法构建了流程一,基于两步法分别构建了流程二(以甲醇为中间体)和流程三(以CO为中间体),在原料气组成为n(H_(2)):n(CO_(2))=3:1的条件下,对反应温度(150~350℃)与反应压力(1.0~9.0 MPa)对各流程中相应的平衡常数、CO_(2)平衡转化率和二甲醚收率的影响进行了研究。结果表明,在150℃、9.0 MPa下,与其他两种流程相比,流程一更具优势,其CO_(2)平衡转化率为94.61%,二甲醚收率为85.31%。对于以CO为中间体的两步法工艺,未来需加强高效逆水煤气低温催化剂的开发。对于一步法工艺,将反应体系与分离体系进行耦合的复合体系是未来主要的研究方向。

激光熔覆的热力学计算及显微硬度分析

激光熔覆是推动我国再制造行业发展的关键技术,熔覆层内部的能量转换方式及显微硬度的分布是影响熔覆层性能与质量的重要因素。分别采用不同的工艺参数在45钢表面进行激光熔覆实验,并对激光熔覆进行了热力学分析,得出了粉末吸收的能量与温度变化量之间的关系,并对不同工艺参数下熔覆层的纵向显微硬度进行分析。结果表明,粉末材料所吸收能量随着粉末材料温度变化量的增大而增大;不同工艺参数条件下的纵向显微硬度曲线均呈连续分布,该种分布说明熔覆层的内部应力较小,熔覆层与基体易于形成良好的冶金结合。

酯类润滑油三羟甲基丙烷油酸酯合成反应的热力学分析

针对三羟甲基丙烷(TMP)与油酸(OA)合成三羟甲基丙烷油酸酯(TMPTO)的反应体系,采用基团贡献法对TMP、OA、TMPTO以及反应过程中所涉及的中间产物进行热力学数据的相关计算和分析。研究了在403~493 K温度范围内反应体系的反应焓变Δ_(r)H_(m)^(θ)、反应熵变Δ_(r)S_(m)^(θ)、反应吉布斯自由能变Δ_(r)G_(m)^(θ)和反应平衡常数K^(θ)。计算结果表明,该反应为吸热反应;在温度范围内,吉布斯自由能变随反应温度的升高而降低,升高温度有利于反应向正方向进行。通过对计算结果与已知文献数据进行比较,表明文章提出的分析方法是可行的。

基于硅渣和铅渣制备硅铁合金的热力学分析及验证

硅渣和铅渣资源化利用存在回收工艺复杂、有价资源利用率低等问题,但目前硅铁合金市场需求量大,且利用铅渣制备硅铁合金的研究尚未见报道。本文在分析硅渣和铅渣的成分和物相基础上,采用吉布斯自由能函数法和HSC Chemistry软件对可能发生的反应进行了热力学分析,并根据分析结果进行了硅铁合金的制备,得到以下主要结论:硅与铁的氧化物反应生成铁,硅与铁反应生成FeSi、FeSi_(2)、Fe_(3)Si、Fe_(5)Si_(3)以及碳化硅与铁生成FeSi的反应,在298~2 400 K内均能自发进行,但随着温度的升高反应限度降低;硅铁生成的容易程度为Fe_(3)Si>Fe_(5)Si_(3)>FeSi>FeSi_(2);当反应温度低于1 900 K时,C与SiO_(2)的反应以及SiC与SiO_(2)的反应均不能正向进行;通过混料-熔融-水淬-球磨-筛分工艺可制备得到含Fe_(3)Si、Fe_(5)Si_(3)等物相的硅铁,证明硅渣和铅渣协同制备硅铁完全可行,这为两种废渣的资源化利用提供了新思路。

碳酸乙烯酯合成过程热力学分析与动力学模拟

由环氧乙烷(EO)和二氧化碳(CO_(2))酯化加成生产碳酸乙烯酯(EC)是一条优选的“绿色化学”生产路线,可以为新能源汽车动力电池提供优良溶剂,更能开辟一条CO_(2)捕集利用与封存的绿色路线。为了研究此反应发生的可能性和反应程度,通过热力学公式对反应过程进行了热力学分析,同时建立了主反应宏观动力学模型,以指导工业反应器的设计。结果表明:除EC水解副反应为吸热反应外,主反应和其他副反应均为强放热反应;所有副反应均可以自发进行,而主反应受温度影响较大,当温度大于100℃时不能自发进行;通过对试验数据回归得到了该反应的动力学参数,并用工业数据进行了验证;通过动力学模型预测了反应器组合后的产物浓度,双釜串联反应器出口EC摩尔分数为98.91%,模型计算值与工业试验值误差小于0.12%。

Highview Power液化空气储能中试装置热力学分析

[目的]构建以新能源为主体的新型电力系统,储能成为必不可少的支撑技术。液化空气储能是一种新兴的技术经济可行的大规模储能解决方案,具有广泛的应用前景。Highview Power液化空气储能中试装置是目前唯一公开了现场测试数据的液化空气储能系统。为探究液化空气储能的热力学原理,寻求提升循环效率的方法。[方法]根据Highview Power液化空气储能中试装置的工艺流程建立了热力学建模,利用测试数据验证了热力学模型的准确性。通过?分析研究制约循环效率的关键设备,通过控制变量法研究关键操作参数对储能过程和释能过程的影响。[结果]结果表明:制约循环效率的关键设备是循环压缩机和汽化器;增加高压压力和节流后压力、提高增压膨胀机的分流质量和入口温度、回收释能过程回热器的冷量有利于提升储能过程液化率、降低液化能耗;提高释能高压压力和膨胀机组入口温度有助于提升系统的输出功率和循环效率。[结论]提出了回收压缩热、提高压缩机等熵效率、减小汽化器换热温差等改进措施以提升循环效率。

水泥生料立磨对尾气脱硫效果的影响及热力学分析

对水泥厂预热器出口、生料立磨出口尾气SO_(2)含量进行监测,并进行热力学分析,得到在不同温度及CO_(2)浓度下SO_(2)平衡分压曲线和反应热效应,监测结果与热力学分析结果具有良好的契合度。水泥生料立磨尾气SO_(2)含量随水泥磨入口尾气的温度和CO_(2)浓度的降低而减小,当入口温度为220℃,CO_(2)浓度20%时,SO_(2)含量小于20mg/m^(3)。

箭载浮空器投放过程热力学与动力学仿真分析

基于常规浮空器上升过程的模型,建立箭载浮空器系统充气展开过程的热力学与动力学模型,利用Matlab编程的方式对具体算例进行仿真计算,详细分析了高度、压差、气体温度等随时间变化的特性。探究了投放高度、充气开始时刻降速、充气时长等因素对系统运动过程的影响。结果表明,通过合理控制上述三个变量,可以减小系统充气结束时与目标高度的距离,以减少压差和到位时间,实现充气展开过程的优化。理论模型和仿真程序可为箭载浮空器发放参数的选择提供参考。

D-山梨醇醚化过程的热力学计算与分析

D-山梨醇在酸催化下会发生醚化反应,生成失水山梨醇的混合物。为便于了解各反应特性,采用Benson法、Myrdal-Krzyzaniak-Yalkowsky法、Joback法等基团贡献法和Marrero-Pardillo键贡献法估算了D-山梨醇醚化反应中所涉及物质的标准摩尔生成焓、标准摩尔熵和摩尔定压热容等热力学参数。并根据估算数据计算了不同温度下各反应的标准摩尔反应焓变、标准摩尔反应Gibbs自由能变和平衡常数。计算结果表明:D-山梨醇醚化过程中,各个反应均为吸热反应,升高温度有利于醚化反应进行,标准摩尔反应Gibbs自由能变均小于0,反应为自发过程,反应能正向完全进行。产物中1,4-失水山梨醇的平衡常数较大,会进一步生成异山梨醇。这些数据为失水山梨醇的高效制备提供理论参考。

化工热力学课程教学的研究热点及发展趋势——基于CiteSpace可视化分析

化工热力学课程作为化工专业的一门重要核心课程,对学生科学精神、工程能力和创新意识的培养起到重要作用。分析化工热力学课程教学研究热点及发展趋势,可为未来化工热力学课程建设和教学改革提供参考。本研究运用CiteSpace软件对化工热力学相关文献的发文量趋势、作者、研究机构、主题关键词频次、关键词突现和聚类等进行可视化分析。研究发现,在新工科建设背景下,教学方法的优化、考核方式的完善、理论知识与生产生活实际的有机融合以及课程思政建设,是化工热力学课程教学研究当前和未来的热点。

单级闪蒸-卡琳娜循环发电热力学性能分析与优化

在卡琳娜循环的基础上,根据梯级用能理论开发单级地热闪蒸-卡琳娜循环技术,分析循环工质的热力学物性,确定系统关键运行参数并建立热力学性能评价指标。基于Peng-Robinson状态方程,借助Aspen HYSYS软件,在氨质量分数为48%、50%和52%时对系统的热效率和?效率进行基于遗传算法(Genetic Algorithm)的单目标优化和带精英保留策略的非支配排序遗传算法(Elitist Non-dominated Sorting in Genetic Algorithm)的多目标优化。热力学分析结果表明,氨水混合物蒸发压力、液化天然气(LNG)气化压力、天然气输送压力、地热水蒸发压力和氨质量分数对系统热力学性能影响较大;单目标优化结果显示,系统在氨质量分数为52%时获得的最大热效率为34.46%,最大?效率为50.65%,较优化前分别提高了12.47%和3.43%;采用LINMAP决策方法从多目标优化结果中搜索获得的系统最优热效率为32.14%、?效率为45.31%,对应的氨水混合物蒸发压力、LNG气化压力、天然气输送压力、地热水蒸发压力和氨质量分数分别为1 627.80 kPa、3 232.85 kPa、503.40 kPa、582.55 kPa和52%。