水蒸气对石灰石循环煅烧/碳酸化捕集二氧化碳的影响

利用自制的能实现等温下热重测量的装置,针对石灰石循环吸收CO2工艺,研究了烟气中水蒸气对石灰石循环煅烧/碳酸化特性的影响规律。结果表明,煅烧阶段水蒸气的存在会降低吸收剂活性,而碳酸化过程中水蒸气则会大幅度提高碳酸化转化率,如,在20%水蒸气下,第8次转化率为29.43%,而无水时仅为19.46%。当煅烧及碳酸化阶段均含有20%水蒸气时,衰减趋势和转化率与仅碳酸化过程含有水蒸气类似,但呈现的规律不是仅煅烧或仅碳酸化阶段存在水蒸气时效果的简单相加。在本实验条件及实验温度范围内,考虑水蒸气的影响,900~950℃煅烧、700℃碳酸化是针对实验用石灰石的较佳反应温度。     

流态化下电石渣循环煅烧/碳酸化捕集CO_2特性

在鼓泡流化床上研究电石渣在循环煅烧/碳酸化反应中的CO2捕集特性,考察循环次数、反应温度、流化数和颗粒粒径对流态化下电石渣循环碳酸化转化率和速率的影响。结果表明:循环次数增加使电石渣碳酸化转化率衰减,经过50次循环其转化率可达0.2,高于石灰石。反应初期,电石渣碳酸化速率低于石灰石,但经过一段时间后高于石灰石。碳酸化温度为700℃,煅烧温度为850~900℃时可使电石渣保持较高循环捕集CO2性能。增加流化数提高了电石渣化学反应控制阶段的碳酸化速率,对产物层扩散阶段速率影响较小。颗粒粒径增大对化学反应控制阶段速率影响不大,但降低了产物层扩散阶段速率。     

水蒸气对石灰石/白云石循环吸收CO_2能力影响

利用自制能实现等温下热重测量的实验系统,研究了水蒸气对不同粒径范围(75~97μm,150~250μm,355~450μm)石灰石与白云石在循环煅烧/碳酸化过程中对CO2吸收能力的影响。结果表明,当不考虑水蒸气时,白云石对CO2的吸收能力要高于石灰石;而考虑水蒸气时,两者对CO2的吸收能力则相差不多。碳酸化阶段水蒸气的存在提高了钙基吸收剂对CO2的吸收能力,尤其对石灰石作用更加明显。如在20%水蒸气下,石灰石循环第8次对CO2的吸收能力为0.24 g/g,而无水蒸气时仅为0.18 g/g。实验结果表明:比较石灰石与白云石对CO2的循环吸收能力时,水蒸气是重要的影响因素。     

水蒸气对钙基吸收剂循环煅烧/碳酸化CO2捕集过程中孔结构的影响

利用自制等温测量热重实验台,对钙基吸收剂循环煅烧/碳酸化工艺中水蒸气对吸收剂孔结构影响进行了研究。仅煅烧阶段含有水蒸气时,转化率最低,而仅碳酸化阶段存在水蒸气时,取得最高的碳酸化转化率。煅烧阶段和碳酸化阶段均含有水蒸气与仅碳酸化阶段存在水蒸气转化率类似。采用氮吸附测试了典型工况下的Ca O孔结构。随着循环次数增加,碳酸化转化率降低,比表面积、孔容积逐渐减小。推测煅烧阶段水蒸气通过烧结降低了碳酸化转化率。碳酸化阶段水蒸气通过催化作用提高了转化率,此时孔结构作用并不占主动地位。煅烧和碳酸化均存在水蒸气时,碳酸化阶段水蒸气催化作用更加明显。     

供能方式对钙基吸收剂循环煅烧/碳酸化法捕集CO2热力性能的影响

控制和减缓化石能源燃烧所排放的 CO2对于缓解全球气候变暖具有重要意义。以某超超临界1000 MW火力发电机组为例,建立了钙基吸收剂循环煅烧/碳酸化法捕集CO2的系统流程,基于Aspen Plus软件得到了系统的热力性能,分析了太阳能集热和煤富氧燃烧驱动 CaCO3煅烧反应对系统热力性能的影响。结果表明,与煤富氧燃烧方案相比,太阳能集热方案增加了发电功率,发电标准煤耗率降低1/3,但其发电热效率降低3.8个百分点;太阳能集热方案的等效太阳能热发电效率为28.36%,高于塔式太阳能热发电的峰值效率;提升太阳能集热方案性能的关键是提高集热器场的能量利用效率ηsol-avi,当ηsol-avi高于75%时,太阳能集热方案比煤富氧燃烧方案发电热效率高。所得结论为低能耗减排CO2、高效利用太阳能提供了新途径。     

石灰石和贝壳的煅烧及CO2吸收循环特性

选取天然石灰石和贝壳作为钙基材料,进行CaCO3／CaO循环煅烧／碳酸化反应,原料成本低并且资源丰富。该文在热重分析仪上对不同原料的煅烧动力学特性和CO2循环吸收特性进行研究,对循环前后产物的扫描电镜（scanning electron microscopy,SEM）形貌及其孔径分布进行分析。结果表明,随着循环次数的增加,二者活性都有所降低,通过多次循环后样品的孔径分布和扫描电镜形貌观察到,石灰石微孔减少,烧结现象严重,而贝壳分布在中孔和大孔之间,钙利用率较低,形貌未发生明显变化。由于二者组分和结构上的差异,使得天然石灰石在CO2循环吸收性能上优于贝壳,而贝壳则具有较好的循环稳定性。     

改性钙基吸收剂高温循环捕集CO2过程中的分形维数

采用醋酸溶液改性的石灰石作为CO2高温吸收剂,借助于N2吸附法研究了改性石灰石在循环煅烧／碳酸化反应过程中CaO分形维数的变化规律。结果表明：石灰石经醋酸改性后,其煅烧产物CaO的分形维数得到提高。随循环次数增加,来自天然石灰石CaO的分形维数迅速减小,而来自改性石灰石CaO的分形维数随循环次数增加而下降缓慢,且在相同循环次数时改性石灰石CaO的分形维数均高于天然石灰石CaO。研究发现来自改性和天然石灰石的CaO分形维数与其CO2捕集性能之间,分形维数与比表面积之间都存在着明显的内在联系。改性钙基吸收剂具有更高循环捕集CO2性能的实质是其煅烧产物CaO在循环煅烧／碳酸化过程中保持了较大的分形维数。     

煅烧温度对石灰石循环分离CO_2的影响及动力学分析

在热重分析仪上研究了煅烧温度对石灰石循环分离CO2特性的影响,并利用两段的收缩核模型考察了不同煅烧温度下循环碳酸化反应过程动力学参数的变化规律。结果表明：煅烧温度和循环次数的增加皆导致化学反应控制阶段提前结束,致使产物层扩散控制阶段提前,导致CaO最终转化率随煅烧温度和循环次数的增加而降低。较高的煅烧温度致使化学反应控制阶段表观反应速率常数较小且随着循环次数的增加而快速降低,产物层扩散控制阶段表观速率常数较大且随着循环次数的增加而缓慢降低。     

煅烧温度对石灰石循环分离CO2的影响及动力学分析

在热重分析仪上研究了煅烧温度对石灰石循环分离C02特性的影响,并利用两段的收缩核模型考察了不同煅烧温度下循环碳酸化反应过程动力学参数的变化规律.结果表明:煅烧温度和循环次数的增加皆导致化学反应控制阶段提前结束,致使产物层扩散控制阶段提前,导致CaO最终转化率随煅烧温度和循环次数的增加而降低.较高的煅烧温度致使化学反应控制阶段表观反应速率常数较小且随着循环次数的增加而快速降低,产物层扩散控制阶段表观速率常数较大且随着循环次数的增加而缓慢降低.     

反应温度对石灰石循环煅烧/碳酸化分离CO2的影响

采用可以实现恒温过程的自制热重分析装置,在每次循环过程中,不固定反应时间,根据化学反应进程决定停留时间,在排除反应时间的干扰前提下,研究了反应温度对石灰石循环煅烧/碳酸化高温分离CO2的特性。结果表明,实验范围内煅烧温度在900℃与950℃下碳酸化转化率相差不多,而1 000℃时,吸收剂活性明显下降。碳酸化温度700℃时转化率最高。     

O2/CO2气氛下水蒸气对石灰石同时煅烧/硫化的影响

为进一步探讨富氧气氛下水分对硫化特性的影响,利用等温热重实验装置,进行了富氧燃烧石灰石同时煅烧/硫化实验,研究了水蒸气浓度、温度、石灰石粒径以及种类等对石灰石同时煅烧/硫化特性的影响。水蒸气提高了石灰石煅烧速率,石灰石完全分解时间缩短;在硫化反应动力学控制阶段水蒸气的影响不明显,而到扩散控制阶段促进作用变得显著。富氧气氛下水蒸气的影响随温度（实验范围）升高而突出,温度越高最终的钙转化率越高。粒径效应显著,随石灰石粒径的减小最终钙转化率明显提高。水蒸气对不同种类石灰石的同时煅烧/硫化特性影响趋势基本一致。     

基于IGCC的燃烧前CO_2捕集抽蒸汽策略研究EI北大核心CSCD

为了降低燃烧前CO2捕集对IGCC蒸汽动力系统出力的不利影响,并保证CO2捕集系统的稳定运行,CO2捕集消耗的蒸汽需要合理的从IGCC系统内部抽取。采用仿真模拟软件,研究了CO2捕集对IGCC系统中燃气轮机、余热锅炉和汽轮机负荷的影响。提出了两种水–气变换反应加湿蒸汽抽汽方案,通过对比这两种加湿蒸汽抽汽方案对汽轮机出力的影响,确定了最优的向CO2捕集系统供汽策略。其中,水-气变换反应加湿蒸汽从气化炉汽包抽取,CO2分离过程消耗的低压加热蒸汽将根据负荷情况由余热锅炉低压蒸汽系统或汽轮机低压缸抽取。     

具备碳捕集功能的半闭式再压缩超临界二氧化碳布雷顿循环的经济性分析

近零排放发电技术是我国实现碳达峰、碳中和目标的重要技术手段之一。针对半闭式再压缩超临界二氧化碳（S-CO2）布雷顿循环,建立了热力性能计算模型,并基于平准化发电成本和碳捕集成本,构建了其经济性能评价模型,并进行了关键参数的敏感性分析。结果表明:在几乎100%碳捕集率的情况下,半闭式再压缩S-CO2布雷顿循环的净效率为46.05%,平准化发电成本为609.4元/(MW·h),碳捕集成本为204.1元/t,远低于我国电力行业的平均碳减排成本。此外,燃料价格对平准化发电成本和碳捕集成本有重要的影响。燃料价格增长40.0%,导致平准化发电成本增长33.6%,碳捕集成本增加17.2%。     

与IGCC匹配的燃烧前CO_2捕集系统动态特性分析及控制优化EI北大核心CSCD

燃烧前CO_2捕集技术在整体煤气化联合循环发电(IGCC)的应用正处于起步阶段。与传统化工系统里CO_2捕集不同,IGCC发电机组要求能够经常在不同负荷下运行,并能保持较高的系统热效率,因此对其动态特性以及控制方案的研究是十分必要的。针对正在建设的某30MWth的燃烧前CO_2捕集系统,基于DYNSIM软件平台搭建了其MDEA脱硫脱碳工艺流程动态仿真模型,研究了CO_2捕集率对主要调节变量的动态响应特性,并针对其特点提出了优化控制方案。将其与原有方案对比,仿真结果表明,应用该方案不仅可以提升CO_2捕集率的动态响应品质,还降低了能耗。     

耦合碳捕集的直接空冷燃煤机组特性分析和背压优化EI北大核心CSCD

配置碳捕集技术将大幅改变直接空冷燃煤机组中汽机–给水和冷端系统的工质与能量分配,导致安全风险和经济损失。为提高耦合碳捕集的直接空冷燃煤机组发电效率,该文建立发电–碳捕集系统的全工况动态机理模型,分析变捕集率条件下子系统状态和整体经济性,揭示出捕集率对背压–发电功率和背压–风机耗功的影响规律,提出以热耗率最小为优化目标,以捕集率、锅炉负荷和环境参数为边界条件的背压优化方法。结果表明:每增大1%的CO_(2)捕集率对应1.06MW发电功率损失和15.2kJ/(kW·h)热耗率增量;背压优化降低了发电热耗约200~260kJ/(kW·h);捕集率为90%时,最优背压低至3.85kPa;高温、大风和高负荷时,捕集率的变化对最优背压影响较大。结果可为空冷燃煤–碳捕集整体系统的变工况高效运行提供决策依据。     

燃煤火力发电机组与钙基CO_(2)捕集系统的一体化设计与分析EI北大核心CSCD

燃煤机组捕集CO_(2)对于我国“双碳”目标的实现至关重要。将燃煤发电机组和钙基碳捕集系统进行一体化集成,改造锅炉受热面布置与热力系统的配置,可提升系统能量集成度;分别构建基于蒸汽朗肯循环(steam rankine cycle,SRC)和SCO_(2)-蒸汽联合循环(SCO_(2)-steamcombinedcycle,CSCC)的发电、碳捕集一体化系统,利用?方法和热效率法计算其热力性能,基于平准化发电成本和碳捕集成本评价其经济性。结果表明,CSCC一体化系统?效率为39.05%,捕集CO_(2)造成的?效率损失为3.91%;利用SCO_(2)替代水蒸汽回收碳捕集系统余热能够减少?损失,使得CSCC一体化系统性能优于SRC一体化系统;CSCC一体化系统的平准化发电成本为654.9元/(MW·h),碳捕集成本为135.1元/t CO_(2)。一体化系统可实现燃料化学能和碳捕集余热的一体化协同转化和高效利用,并能降低碳捕集成本。     

作为新型C02吸收剂的乙酸钙循环碳酸化特性

钙基吸收剂的循环煅烧/碳酸化反应是煤燃烧或气化过程中捕获CO2的有效途径.该文采用乙酸溶液调质石灰石的产物乙酸钙作为C02的新型吸收剂,以解决石灰石经过多次循环煅烧,碳酸化反应后吸收CO2能力急剧衰减的问题.在煅烧/碳酸化反应器上,研究碳酸化温度和煅烧温度对乙酸钙循环碳酸化转化率的影响.结果表明:碳酸化温度在650～700℃时乙酸钙能获得很高的碳酸化转化率,经20次循环后转化率仍高达0.5,明显高于石灰石.在高浓度CO2气氛下,在较高的煅烧温度(920～1050℃)时,乙酸钙仍能获得较高的碳酸化转化率.乙酸钙的抗烧结能力较石灰石更强.多次循环后乙酸钙煅烧后的比表面积和孔容均大于煅烧后的石灰石,且孔容分布和孔比表面积分布均优于煅烧后的石灰石.     

空气燃烧与O2/CO2燃烧气氛下水蒸气对石灰石煅烧/硫化特性的影响

在管式炉上进行了空气燃烧及O2/CO2燃烧下美国石灰石与宜兴石灰石的煅烧后硫化实验。分析水蒸气浓度对2种燃烧方式下石灰石钙转化率的影响,并分析硫化产物的孔结构特征、表观形貌及成分。结果表明,水蒸气在石灰石硫化反应初期对钙转化率几乎无影响,在反应后期对硫化反应有显著的促进作用。水蒸气的存在促进了产物层内固态离子扩散,且使得硫化产物粒径更大。较大粒径的晶粒降低了气固扩散阻力,在反应未充分时为硫化反应提供充足的缝隙。水蒸气的存在促进了产物层的结焦现象,空位缺陷沿着晶粒边缘发生迁移,造成反应气体逆向流动,促进了硫化反应。     

集超临界水煤气化和CO2捕集的CO2/H2O动力循环性能

基于超临界水煤气化技术,提出并研究了以超临界水煤气化合成气/O₂燃烧产物加循环H₂O为循环工质,集高效发电、CO₂捕集、移峰储能、低污染物排放等特点的燃气蒸汽混合工质动力循环(GSMC-C循环)。利用数值模拟的方法,研究了关键参数对于循环性能的影响。气化炉中的超临界水和热量均由系统内部提供,液氧的冷能用于实现CO₂的液化捕集。在超高压透平进口参数和冷凝参数分别为30 MPa/650℃、30 kPa/30℃,ASU的单位制氧功耗为0.245 kW·h/kg, CO₂全捕集参数为4 MPa/5℃的情况下,GSMC-C循环的净效率和毛效率分别为41.34%和48.06%。     

回跳现象对RC-IGBT器件功率循环测试的影响EI北大核心CSCD

逆导型绝缘栅双极型晶体管(reverse conducting insulated gate bipolar transistor,RC-IGBT)是一种新型IGBT器件,其在IGBT芯片结构中集成了一个快恢复二极管,具有成本低、封装工艺简单、功率密度高、抗浪涌电流能力高等特点,因而备受工业界关注,对其可靠性的要求也越来越高。但是,由于RC-IGBT器件特殊的芯片结构,使得其输出特性曲线上具有回跳现象。而回跳现象是否会对RC-IGBT可靠性的考察产生影响还有待研究。因此文中首先深入分析回跳现象产生的机理,并结合考察器件可靠性最重要的实验——功率循环实验的原理阐述,分析得到回跳现象可能会对功率循环中结温测量、并联分流和功率循环寿命及失效形式3个方面产生影响,并通过设计实验进行论证。实验结果表明,回跳现象会对VCE(T)法进行结温测量产生影响,而对VF(T)法进行结温测量没有影响;通过并联分流实验发现,具有较小回跳电压的器件会在电流流过器件瞬间分得更多的电流,但是其影响时间较短;通过不同导通模式下的功率循环实验对比分析可知,回跳现象对分立器件的功率循环寿命及失效方式没有影响。