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。 【关键词】：近零排放 煤气化 制氢 循环流化床 固体氧化物燃料电池 深冷空分 Aspen Plus
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TK17
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 氢能及新型煤综合利用系统研究意义9-10
• 1.3 浙江大学开发的新型近零排放煤气化燃烧利用系统10-11
• 1.4 化工过程模拟11-12
• 1.5 Aspen过程模拟软件介绍12-13
• 1.6 本文研究内容13-15
• 参考文献15-16
• 第二章 零排放技术的原理及研究现状16-24
• 2.1 零排放技术原理16-17
• 2.2 GE-EER研究的AGC系统17-18
• 2.3 美国零排放利用煤联盟ZECA零排放系统18-20
• 2.4 日本NEDO的HyPr-RING煤利用系统20-21
• 2.5 本章小结21-22
• 参考文献22-24
• 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24-66
• 3.1 前言24
• 3.2 气化炉Aspen Plus建模与计算24-36
• 3.2.1 循环流化床气化炉Aspen Plus建模25-28
• 3.2.2 温度对气化炉制氢过程影响28-31
• 3.2.3 压力对气化炉制氢过程影响31-33
• 3.2.4 [H_2O]/[C]比对气化炉制氢过程影响33-35
• 3.2.5 最佳反应条件下气化制氢结果35
• 3.2.6 粗煤气冷却和净化35-36
• 3.3 深冷空分系统的热力学模拟计算36-40
• 3.4 固体氧化物燃料电池SOFC热力学模拟计算40-47
• 3.5 循环流化床燃烧炉的热力学模拟计算47-56
• 3.5.1 循环流化床燃烧炉Aspen Plus建模47-49
• 3.5.2 燃烧炉建模方案验证49-51
• 3.5.3 循环流化床燃烧炉热力学模拟51-56
• 3.6 基于燃烧炉计算对系统各部分的修正56-59
• 3.6.1 对循环流化床气化炉的修正56-58
• 3.6.2 对燃料电池和循环流化床燃烧炉的修正58-59
• 3.7 燃气轮机和蒸汽循环系统59-62
• 3.7.1 燃气轮机模拟与计算59-60
• 3.7.2 蒸汽循环系统模拟与计算60-62
• 3.8 本章小结62-63
• 参考文献63-66
• 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66-82
• 4.1 前言66
• 4.2 本文构建系统整体性能计算66-73
• 4.3 SOFC用纯氧做氧化剂的系统构建与性能计算73-76
• 4.4 各处氧化剂均用空气的系统构建与能效计算76-81
• 4.5 本章小结81-82
• 第五章 全文总结及工作展望82-84
• 5.1 全文总结82-83
• 5.2 工作展望83-84
• 致谢84

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