超超临界发电技术展望

中国是全球少数以煤炭为主要能源的国家之一,煤炭在我国能源结构中的主导地位不会发生根本的改变。目前正加快洁净燃煤发电新技术的研发,其中超超临界发电由于技术最成熟,商业化运行最普遍,是洁净煤发电技术中最易普及的技术。国际上对于超超临界发电技术研究发展方向主要集中在高参数的超超临界技术（A-USC）和超临界循环流化床技术（USC-CFB）。从当前到2030年是我国超超临界技术赶超国际先进水平的重要发展时期,发展大容量高参数超超临界发电技术和“超超临界＋生物质掺烧＋区域供热＋二氧化碳捕捉与埋存”的示范性机组,可在未来加快煤电结构优化和转型升级,促进煤电清洁、有序发展。     

盐差能发电装置中低温多效蒸馏器的设计与性能分析

100℃以下的低品位热能由于温度过低,无法被基于常规朗肯循环(RC)、有机朗肯循环(ORC)、卡林纳(Kalina)循环和斯特林(Stirling)循环等现有的热动力循环发电装置所利用。以低品位热能驱动的基于溶液盐差能的发电装置,通过采用低温多效蒸馏技术,可以多次利用100℃以下的低品位热能。分析了低品位热能驱动的盐差能发电装置中的盐差能再生部分,建立了低温多效蒸馏器的数学模型,设计了多效蒸馏器,并研究了回收率对溶液盐差能循环发电装置性能的影响。研究结果表明,RED的发电功率随着回收率的增加,先增减后减小。     

燃煤电厂磨煤制粉系统能量耗散机理及节能降耗对策

为研究导致燃煤电厂制粉系统效率偏低、能耗较高的影响因素,实现制粉系统节能提效,对燃煤电厂MPS型中速磨煤机进行了开孔采样试验,结果表明:磨机待磨物料中循环负荷占比接近90%,且灰分较原煤高20个百分点。通过设计多组混合破碎试验,模拟分析了循环负荷及其控制对粗颗粒破碎行为和能耗的影响,得出:减少料层中细颗粒含量及其灰分,可增加粗颗粒所分配的单位破碎能量,提高其破碎能量效率。此外,还通过数值模拟和采样数据分析,明确了风速、挡板角度和液压加载力对分离效率和内部流场的影响,提出通过改变一次热风风速、流态或喷射角的方法,使部分高密度矿物成为石子煤,进而优化物料破碎环境,提高破碎和分级效率,降低破碎能耗。     

超临界水中煤气化制氢热力发电系统的构建及其能量转化机理分析

提出1种新型超临界水中煤气化制氢热力发电系统,该系统使煤在超临界水中气化的产气直接发生氧化反应加热蒸汽,驱动透平发电。以常规煤直接燃烧推动超临界机组再热循环系统为参照,新系统能量效率相对参照系统高出4.5%,效率提高23.1%。进而,基于能的品位概念和图像分析法,研究超临界水中煤气化制氢过程中化学能与物理能的能量品位关系,阐明新系统损失减少和热源品位提升的机理。结果表明:新系统大大提高了化学能的利用效率,能量品位匹配更加地合理。     

石灰窑有机朗肯循环低温余热发电技术性能指标研究

为了石灰窑有机朗肯循环低温余热发电技术的工程应用和推广,建立了评价该技术性能指标的数学模型,重点研究了烟道式换热器效率、余热发电效率和余热利用效率等性能评价指标及其适用条件,详细分析了烟气温度对各个性能评价指标和发电功率的影响。研究结果表明:烟道式换热器效率、余热发电效率、余热利用效率和吨石灰发电量随烟气温度的升高而增大,而电站自用电率则相应减小。余热发电效率和余热利用效率可作为评价不同余热发电系统的重要依据,但仅以吨石灰发电量衡量整个余热发电系统的效率显然不合理。     

合成气为核心的多联供多联产集成能源化工系统

在分析煤和天然气洁净发电技术的基础上，考察了化工-动力多联产系统的能量利用效率及其在CO2减排方面的优势，并提出了新型以合成气为核心的多联供多联产系统（SMFMP）。结果表明:甲醇和电的联产系统效率较单产系统提高89%左右；煤基氢电联产减排CO2系统的能量代价大大低于常规的煤电系统；联产费托(FT)合成油和电力的SMFMP较普通的联产系统效率提高了57%，而联产二甲醚和电力的SMFMP较普通的联产系统效率提高了39%，说明SMFMP有助于进一步提高煤和天然气洁净发电技术及其多联产的能源资源利用效率。     

固体燃煤催化剂在循环流化床锅炉中的应用研究

在循环流化床低热值燃料锅炉中添加固体燃煤催化剂,为资源综合利用及燃煤电厂节能降耗提供了新的技术途径。在130 t/h的高温高压锅炉上进行了不同催化剂配比和不同工况下的工业试验,试验采用锅炉正平衡效率和吨标煤产蒸汽量这2个指标表示催化剂提高燃烧效率的作用,并通过烟气中二氧化硫、氮氧化物及含氧量等指标、检测底灰和飞灰中的残碳量等,进一步证明催化剂的节能环保效果。试验结果表明,燃煤催化剂可以通过加快燃烧反应进程提高节能降耗效果3%～4%,同时降低了二氧化硫与氮氧化物的排放量,具有较好的工业应用价值。     

小容量超临界二氧化碳燃煤发电系统的一维设计及回热器紧凑性分析

超临界二氧化碳(S-CO₂)循环因其高效、紧凑、灵活的优势，有望成为新一代发电动力循环。选用三压缩末级部分压缩的循环结构，将其应用到20 MW S-CO₂燃煤发电系统中，并对发电系统的关键部件进行一维设计。设计结果表明，透平和压缩机尺寸整体较小，尺寸优势明显，相比水机组具备明显的竞争力；基于不同容量锅炉的体积变化规律，合理推断由于炉内CO₂工质换热系数较小，使得S-CO₂锅炉相比水机组锅炉体积有所增加；基于印刷电路板换热器的回热系统占地较大，在本文设计条件下回热器总体积约为18.95 m³,远超现有水机组回热器总体积，问题显著。因此，进一步从回热器换热效果角度探究了回热系统特性，讨论了现有技术面临的困难与瓶颈，发现循环热效率与回热系统体积存在着较强的制约关系，进而对回热系统进行了成本分析，在考虑基础建设费及人工费后，回热系统的投资成本约为9 347.47万元，初始投资成本较高。同时发现，印刷电路板换热器在缩小回热系统体积方面的潜力有限，因此仍需研发新的换热器形式，实现换热系数的...     

常压循环流化床煤气化试验

以空气和水蒸汽为气化剂，对神华、龙口和大同煤进行了循环流化床气化试验。研究结果表明：空气煤比对操作温度、煤气产率、煤气组成和冷煤气效率有显著影响，为获得较好的气化效果，应选择合适的空气煤比；气化剂蒸汽主要参与变换反应，对提高碳转化率和冷煤气效率的作用很小；对特定反应器而言，存在一个最佳给煤速率使得煤气化效率最高；煤的活性越高，可以取得的煤气化效率也越高，煤气分离器的处理能力也越大。同时，进行了蒸汽返料、返料侧加煤和提升管上部加煤探索的试验，但没有取得有富有成效的结果。     

超临界二氧化碳对煤体增透的作用机理及影响因素分析

在如今的双碳背景下，超临界二氧化碳压裂技术不仅能增透煤体，还能用于地质封存二氧化碳，因此其在煤炭领域越来越受到重视。然而超临界二氧化碳对煤体增透的作用机理和主要影响因素尚未明晰，故为掌握其作用机理，探究其主要影响因素，进行了数据处理和总结分析。首先，明确了超临界二氧化碳对煤体增透的作用机理主要包含3个方面：对煤体微观组分的改造作用、对煤基质的溶胀效应以及对煤中瓦斯的驱替作用。其次，阐述了影响超临界二氧化碳增透煤体的主要因素包含作用温度、作用压力、作用时间和煤体含水率，并得到了主要因素与煤体特性之间的关系：煤体孔隙率和渗透率会随着作用温度的升高而降低，随着作用压力、作用时间和煤体含水率的增加而增大，且其与作用压力和短时浸泡时间皆符合正指数函数关系；煤体力学强度会随着作用时间和含水率的增加而逐渐弱化，且抗压强度、弹性模量和抗拉强度与作用时间皆符合负指数函数关系。最后，对超临界二氧化碳增透煤体所存在的问题进行了探讨，指出现今研究忽略了浸泡次数对超临界二氧化碳增透煤体效果的影响，以及缺乏对主控因素和最佳增透条件的分析，可以仿照循环液氮致裂试验来进行超临界二氧化碳循环浸泡次数研究，可通过正交实验...     

燃煤电厂二氧化碳排放浓度在线监测技术

燃煤电厂中排放的二氧化碳是影响城市实现节能减排的关键,为有效完成碳中和目标,提出燃煤电厂二氧化碳排放浓度在线监测技术。在明确燃煤电厂中燃煤锅炉基本情况以及煤质的基础上,确定电厂内二氧化碳排放特征;依据获取的特征确定燃煤电厂的二氧化碳监测位置,选定相关监测仪器完成燃煤电厂内二氧化碳采样、分析、监测等任务,实现燃煤电厂二氧化碳排放浓度的在线监测。实验结果表明,使用该技术开展燃煤电厂二氧化碳排放浓度监测时,具有较好的监测效果,二氧化碳排放浓度监测精度较高。     

基于多变量前馈的再热汽温自动控制应用研

In the thermal system of the super (super) critical thermal power unit,the reheat cycle is generally used to improve the power generation efficiency.If the reheat steam temperature is too high,the creep speed of the boiler metal materials will be accelerated,which will affect the service life;if the steam temperature is too low,the thermal efficiency of the unit will be reduced,and the erosion of the final stage blades of the steam turbine will be aggravated.For the control of the reheated steam temperature,the reheater flue gas baffle or the swing burner is generally used for adjustment,and the reheater accidental water spray is used as an auxiliary temperature reduction adjustment.In addition to traditional control methods,control strategies have developed many control methods including advanced algorithms and intelligent prediction.These control strategies are either difficult to set parameters,or focus on theoretical research,or require external controllers,so many power plants still choose DCS internal control methods.It was applied to a 600 MW supercritical unit in a plant,using methods such as big data processing and visualization to analyze the thermal characteristics of the factors affecting the reheated steam temperature,found out the relevant laws,and carried out logical optimization to more accurately and efficiently treat the reheated steam.The temperature was controlled to stabilize parameters,reduced the amount of water spray,and achieved energy saving,efficiency enhancement and safe and stable operation.     

综合余热节能改造项目在矿井中的研究与应用

目前矿井所使用的洗澡用水等热水大多是由工业燃煤锅炉提供的，但是随着国家对环境治理工作的进一步深化，淘汰燃煤工业锅炉是政策导向。锅炉取消后，如何解决矿井热水的供应问题，成为制约矿井正常生活生产的关键问题。龙门煤矿结合自身实际条件，通过综合余热节能改造项目的研究和应用，结合矿井所处地理位置的气象环境条件、建筑条件、矿井压风机的运行状况、井下排水的水温情况，综合设计安装了太阳能取热、压风机余热回收、矿井水水温回收相结合的水加热系统，不但成功取消了燃煤工业锅炉，满足了环保的要求，同时还解决了职工洗澡的用水问题，更重要的是减少了污染物的排放和对环境的污染。     

东方超（超）临界煤粉锅炉适应灵活性调峰的技术措施研究

随着中国风电、光电等新能源电力装机突飞猛进般发展，其消纳问题亟待解决。火电机组灵活性调峰成为解决此问题的一个重要途径。火电机组灵活性调峰涉及的要素很多，锅炉作为三大主机之一，其影响至关重要。从多方面论述了东方超（超）临界煤粉锅炉的技术特点，证明了其具备良好的适应机组灵活性调峰的特性。     

以合成气为核心的多联供多联产集成能源化工系统

在分析煤和天然气洁净发电技术的基础上,考察了化工-动力多联产系统的能量利用效率及其在CO₂减排方面的优势,并提出了新型以合成气为核心的多联供多联产系统（SMFMP）。结果表明:甲醇和电的联产系统效率较单产系统提高8.9%左右;煤基氢电联产减排CO₂系统的能量代价大大低于常规的煤电系统;联产费托(FT)合成油和电力的SMFMP较普通的联产系统效率提高了5.7%,而联产二甲醚和电力的SMFMP较普通的联产系统效率提高了3.9%,说明SMFMP有助于进一步提高煤和天然气洁净发电技术及其多联产的能源资源利用效率。     

新能源光伏发电站大规模并网频率主动控制研究

光伏发电站在接入电网后会导致电网频率发生较大波动，为了提高电网的稳定性，提出新能源光伏发电站大规模并网频率主动控制方法。分析大规模光伏发电阵列规模，依据数学模型计算光伏阵列中二极管数量，分别获取光伏阵列阴影面积、光伏温度以及光照强度，建立不同阴影模式下光伏阵列电路模型，设计光伏阵列频率波动平抑算法以及平抑要求判定条件，以此将光伏发电站大规模并网的频率控制在一定区间之内，实现并网频率主动控制。通过实验模拟了不含光储、只含光伏以及包含光储3种模式下的并网频率变化。实验结果表明，3种模式下的并网频率均在49.0~50.8 Hz，没有超出界限，可见这种控制方法具备较好的效果，可以提高电网的稳定性。     

基于能源消费的矿业城市二氧化碳排放多维度比较研究

实现矿业城市的绿色低碳发展是我国发展低碳经济所必须面临的问题,本文将我国75个典型矿业城市从生命周期和资源类型两个维度进行分类,利用2015年矿业城市能源二氧化碳排放数据、人口数据和经济数据(GDP)来对比不同矿业城市二氧化碳排放的差异,并运用数理统计方法来探索不同类型矿业城市二氧化碳排放与经济发展水平之间的关系。研究结果表明,二氧化碳排放高值城市和低值城市在空间上较为集中,且二者差距较大;成熟型的煤炭型城市二氧化碳排放普遍较高,成熟型的有色金属型城市或非金属矿型城市二氧化碳排放普遍较低;不同类型矿业城市分能源类型二氧化碳排放占比情况异中有同,并且在不同程度上满足二氧化碳排放与经济发展之间的正相关性。要实现矿业城市的低碳发展,应紧抓高碳排的矿业城市,稳定住低碳排矿业城市,加快矿业城市的经济转型,提高矿产资源开采、生产和利用效率。     

燃煤电厂与醇胺法碳捕集系统耦合方案的改进及经济性分析

针对碳捕集系统再生能耗高的问题,以我国600 MW超临界燃煤机组为研究对象,分析了机组8段抽汽的品位,引入可以提高低压蒸汽压力的专用设备--汽汽引射器,提出了碳捕集系统与燃煤发电机组的耦合方案,建立了发电机组的经济性指标,研究了碳税价格和碳售出价格对发电机组发电成本的影响。研究结果表明：当碳捕集率取85%、MEA吸收剂质量分数取30%时,二氧化碳捕集单位再生能耗为3.84 GJ/(t CO2);耦合机组发电成本随碳税价格的升高而有所升高,随着碳售出价格的升高而降低;参考机组的发电成本随碳税价格的升高而明显升高,不随碳售出价格的变化而变化;当系统操作参数一定时,耦合发电系统全厂热效率为37.05%,与非耦合系统的热效率43.14%相比,降低了6.09%,发电标准煤耗升高了0.047 g/(kW·h),发电成本增加了0.171元/(kW·h)。     

基于不同生产模式下能源动力系统的科学优化与实践

随着政府在重污染天气的治理力度上的不断加码，钢铁企业能源动力介质的消耗和平衡是钢铁工业备受关注的一个问题。为了平衡好各种能源动力介质，减少放散，能源动力系统采取了科学优化措施:依据不同的高炉运行条件建立公司能源配置模型，实现多种生产条件下的定量供应；依据不同工序对系统的重要性进行用户分级，实现不同能源条件下的精准供应；在极端生产条件下，针对能源动力供应极度紧缺的状况，在严格规定各工序用能的基础上充分发挥内部各气柜缓冲功能，实现安全供应。企业不仅实现了能源动力系统安全、环保、稳定运行，部分富余能源还实现了灵活经营，用于自发电和外销，增加了企业效益，在同类型企业中具有重要的借鉴意义。