新型近零排放煤气化燃烧综合利用系统分析与优化

摘要

煤炭将是我国今后很长一段时间主要依赖的一次能源。传统煤炭利用过程能源利用效率低、污染严重的弊病日渐明显。根据我国的能源结构现状，开发能源转化率更高、包括CO<,2>在内的多种污染物排放低的煤炭利用系统具有积极和重要的意义。 本文对浙江大学提出的新型的近零排放煤气化燃烧综合利用系统进行研究。系统主要分为六部分，即：煤气化部分、燃烧炉CO<,2>接受体再生部分、固体氧化物燃料电池(SOFC)部分、深冷空分部分、燃气轮机部分，余热锅炉及蒸汽轮机循环部分。 基于过程模拟软件Aspen Plus，对新型近零排放煤气化燃烧利用系统从局部到整体做了比较全面的定量分析，并得出各部分最佳的反应参数和系统合理的流程构建方案。着重讨论了气化炉反应温度、压力、各组分输入比例对氢气产量及纯度的影响。考查了燃烧炉CO<,2>分压对CaCO<,3>分解的影响，结果表明用Aspen Plus模拟CO<,2>分压与分解平衡温度关系是精确的。对燃烧炉提出了最佳反应方案，并对气化炉C转化率进行修正。SOFC分析了输出电流、电压对效率的影响，对氧化剂选取做了讨论，认为采用压缩空气系统热效率较高。采用整体化程度较高的低压深冷空分系统，并对一种典型空分系统进行计算。燃气轮机及蒸汽循环系统着重对主蒸汽参数选取进行了讨论。 最后对整体性能效率进行计算，并和几种等煤耗的热力系统做了比较。结果得出本文构建的最佳系统方案系统效率达到55.5％左右。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.2氢能及新型煤综合利用系统研究意义

1.3浙江大学开发的新型近零排放煤气化燃烧利用系统

1.4化工过程模拟

1.5 Aspen过程模拟软件介绍

1.6本文研究内容

参考文献

第二章零排放技术的原理及研究现状

2.1零排放技术原理

2.2 GE-EER研究的AGC系统

2.3美国零排放利用煤联盟ZECA零排放系统

2.4日本NEDO的HyPr-RING煤利用系统

2.5本章小结

参考文献

第三章新型近零排放煤气化燃烧综合利用系统组成模块分析

3.1前言

3.2气化炉Aspen Plus建模与计算

3.2.1循环流化床气化炉Aspen Plus建模

3.2.2温度对气化炉制氢过程影响

3.2.3压力对气化炉制氢过程影响

3.2.4[H2O]/[C]比对气化炉制氢过程影响

3.2.5最佳反应条件下气化制氢结果

3.2.6粗煤气冷却和净化

3.3深冷空分系统的热力学模拟计算

3.4固体氧化物燃料电池SOFC热力学模拟计算

3.5循环流化床燃烧炉的热力学模拟计算

3.5.1循环流化床燃烧炉Aspen Plus建模

3.5.2燃烧炉建模方案验证

3.5.3循环流化床燃烧炉热力学模拟

3.6基于燃烧炉计算对系统各部分的修正

3.6.1对循环流化床气化炉的修正

3.6.2对燃料电池和循环流化床燃烧炉的修正

3.7燃气轮机和蒸汽循环系统

3.7.1燃气轮机模拟与计算

3.7.2蒸汽循环系统模拟与计算

3.8本章小结

参考文献

第四章新型近零排放煤气化燃烧综合利用系统整体性能分析与优化

4.1前言

4.2本文构建系统整体性能计算

4.3 SOFC用纯氧做氧化剂的系统构建与性能计算

4.4各处氧化剂均用空气的系统构建与能效计算

4.5本章小结

第五章全文总结及工作展望

5.1全文总结

5.2工作展望

致谢