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煤基多联产系统中动力生产过程的分析

李现勇  
【摘要】: 从电力和优质燃料两方面的重大需求来看,煤基联合生产电、清洁燃料、化工品等的多产品联合生产系统显然是未来洁净煤技术发展的主流趋势,向着最终实现近零排放的目标迈进。构成、分析、评价这类多联产系统是其中很重要的研究内容之一。本论文从多联产系统分析的需求出发,以其中的动力生产过程为重点,首先研究了基于多联产系统重要燃料—甲醇和二甲醚的先进动力循环,多联产系统动力生产核心部分—冷却透平的模拟和性能预报,多联产系统分析平台的基本结构和组成,最后,构思了围绕煤直接液化的多联产概念流程。 一、以甲醇和二甲醚为燃料的先进动力系统 甲醇和二甲醚是煤基多联产系统的重要产品,是重要的替代燃料和原料,同时以“储能载体”增加联产系统自身的灵活性。利用燃料特性,构造和分析了改进循环的各种措施,以期进一步完善多联产系统的灵活系统设计(燃料,产品)和动力生产过程,同时在传统流程分析工具对先进动力系统的优化设计方法方面进行了有益的探索:针对甲醇燃料蒸发潜热大特性,对蒸发冷却和甲醇析解对简单燃气轮机循环及带回热的燃气轮机循环性能的影响进行了分析比较;结合甲醇在动力系统中间接应用方式的考虑,分析了甲醇和二甲醚利用燃气轮机排热蒸汽重整进行燃料改良组成化学回热燃气轮机循环的可行性;湿化方式和化学回热方式是两种回收利用能源系统中余热的有效方式,两者之间存在互补性,将HAT系统和化学回热方式(燃料重整)结合起来,提出了两种具有较高效率的燃料改良型HAT系统方案。 二、燃气轮机透平冷却计算分析 准确预测燃气轮机性能对先进热力循环、联产系统分析评价具有重要意义。目前燃气轮机性能的改善依赖于循环的创新和透平进口温度的提高。后者依赖于材料和冷却技术的进步。基于这种认识,依据燃气轮机设计的一般准则,从物理本质出发,考虑透平内气流动能和效率变化,建立了适合系统分析的燃气轮机透平冷却的准一维模型,并实现了相关计算分析程序。计算结果表明这种模型具有较好的灵活性和适应性,可为研究适合煤基多联产系统分析的燃气轮机部件模型 煤基多联产系统中动力生产过程的分析 提供初步的理论依据。 三、多联产系统分析平台的基本构成 将联产系统作为一个整体进行系统集成和优化(联产技术的前沿和关键)需 要计算机软件平台的支撑。结构方法对于开发煤基多联产系统分析平台具有重要 的作用,基于对目前先进过程分析软件的分析借鉴,设计和发展了适用于多联产 系统分析的软件结构和求解策略,初步完成了物性数据计算子系统。物性数据计 算子系统和石化行业用能过程相结合,抽象流程行业用能特点和模型,兼顾生产 过程模型化和流程行业企业集成生产对信息化的需求,设计实现了面向流程行业 的工艺用能分析系统,该软件获得了国家软件著作权,实际应用验证了物性计算 子系统的适用性。 四、围绕煤直接液化技术的煤基多联产系统概念流程 对煤直接液化和以煤气化为核心的多联产技术协同发展和祸合集成的可能 性进行了分析,选取甲醇作为联产的化学产品,提出了煤液化液体燃料及其他化 学品和动力多联产系统构想,并分析了该系统的特点。这部分工作可为以煤气化 为核心的多联产技术和其他先进洁净煤技术的系统集成方法提供有益的借鉴。


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