多能源互补的多功能能源系统及其集成机理

论文摘要

动力、化工和环境等领域与学科的交叉已经成为当代能源科学发展的一个基本趋势与特征。多能源互补的多功能能源系统借助系统集成和过程革新,寻求将多种能源综合互补、高效利用的有效途径与方法,逐步成为能源领域可持续发展的方向之一。本文依托国家重点基础研究发展规划973计划项目“新型广义总能系统与其全息性能和规律”和国家自然科学基金重大研究计划重点项目“适合西部多功能能源系统”,研究多能源综合互补的多功能能源系统的若干关键问题,主要包括多种化石能源综合互补方法与机理、适用于多功能系统复杂能量转化利用过程的(火用)分析方法以及新系统集成开拓等三个方面。 在研究分析不同化石燃料(天然气和煤)特点的基础上提出了天然气和煤综合互补利用的新方法—双燃料重整综合互补。新方法将天然气/水蒸汽重整反应过程和煤燃烧过程整合起来,通过两个化学反应过程的耦合,发挥了天然气和煤的各自特点,实现了天然气和煤的高效清洁利用。基于能的品位概念,对双燃料重整综合互补过程进行深入分析研究,得出了描述燃料化学能与物理能相互转化的品位关系式,揭示双燃料重整综合互补时天然气和煤化学能梯级利用机理,还探讨了双燃料重整反应过程化学能与物理能梯级利用的特性规律。 在常规(火用)分析研究基础上拓展了(火用)分析方法。建立复杂能量利用过程的品位关系式,从能量的量和品位(质)相结合的层面,深入分析了过程内部能量转化利用现象,揭示其能量转化和利用机理。并将多个过程的品位关系式关联起来,分析过程与过程之间的相互影响,从而全面认识复杂系统中化学能与物理能综合梯级利用的实质。 研究提出双燃料重整发电系统。该系统基于“品位对口、梯级利用”的原则,将双燃料重整过程与热功转换的热力过程集成在一起,系统中双燃料重整反应制备的合成气作为动力系统的燃料,动力系统为双燃料重整反应提供重整用蒸汽,同时梯级利用了双燃料重整过程中的余热。模拟结果表明,双燃料重整发电系统具有较好的热力性能,在当前相应的技术条件下,煤的折合发电效率可达48%左右。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景与意义
• 1.2 多功能能源系统研究进展
• 1.2.1 多功能系统发展与关键问题
• 1.2.2 新型热力循环研究
• 1.2.3 多联产系统研究
• 1.2.4 多能源互补的能源系统研究
• 1.2.5 （火用）分析方法及其研究进展
• 1.3 本文研究内容和拟解决关键问题
• 第二章 多能源互补的多功能能源系统集成机理
• 2.1 系统集成中多能源互补原则思路
• 2.2 多种化石燃料互补方法及机理
• 2.2.1 化学能与物理能综合梯级利用概念
• 2.2.2 天然气/煤综合互补利用方法
• 2.2.3 双燃料重整反应过程天然气化学能梯级利用机理与规律
• 2.2.4 双燃料重整反应过程煤化学能高效利用机理与规律
• 2.3 基于品位的（火用）分析方法及特征
• 2.4 小结
• 第三章 天然气/煤互补的联合循环发电系统
• 3.1 概述
• 3.2 双燃料重整发电系统及集成机理
• 3.2.1 系统构思与流程介绍
• 3.2.2 流程模拟与结果讨论
• 3.2.3 系统集成机理
• 3.2.4 改进的双燃料重整发电系统
• 3.3 双燃料重整发电系统热力性能分析
• 3.4 双燃料重整发电系统优势
• 3.5 小结
• 第四章 天然气/煤互补的多联产系统
• 4.1 天然气/煤互补的多联产系统构思
• 4.2 双燃料互补多联产系统及系统集成机理
• 4.2.1 双燃料互补多联产系统流程介绍
• 4.2.2 参比系统简介
• 4.2.3 系统模拟与结果
• 4.2.4 双燃料互补多联产系统集成机理
• 4.3 双燃料互补多联产系统性能分析
• 4.3.1 双燃料重整反应对多联产系统性能的影响
• 4.3.2 化工与动力系统耦合对系统性能的影响
• 4.4 双燃料互补多联产系统的投资优势
• 4.5 小结
• 第五章 基于能梯级利用原理的先进动力系统
• 5.1 集成吸收式制冷系统的MATIANT循环
• 5.1.1 传统MATIANT循环分析
• 5.1.2 集成吸收式制冷系统的新型MATIANT循环
• 5.1.3 循环特性规律
• 5.2 LNG化学能与冷烟综合梯级利用的多重联合循环
• 5.2.1 LNG化学能与冷（火用）综合梯级利用的多重联合循环
• 5.2.2 系统模拟与结果讨论
• 5.2.3 系统集成机理探讨
• 5.3 梯级利用天然气化学能的联合循环
• 5.3.1 梯级利用天然气化学能的联合循环
• 5.3.2 系统模拟与结果讨论
• 5.4 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文目录
• 攻读博士学位期间科研项目背景
• 致谢