基于LNG冷能的双循环⁃卡琳娜冷电联供系统

随着我国对生态文明建设的快速推进,回收工业余热、开发清洁能源等能源利用方式逐渐受到市场的广泛关注。设计了一种基于LNG冷能利用的双循环⁃卡琳娜（DORC⁃KC）冷电联供系统,并在此基础上提出了降低工业余热中酸性气体排放的新方法。通过构建系统热力学模型,对影响系统碳捕集的关键热力学参数进行了详细分析。结果表明,双循环中的顶循环采用环戊烷为工质,提升蒸发温度和蒸发压力,系统的最大净输出功为367.9 kW,热效率为33.29%;在卡琳娜循环中,工质流量和浓度等因素对系统效率产生积极的影响,其最佳热效率和冷㶲回收效率分别为15.42%和20.65%。压缩压力的降低,减少了循环水的冷却量,提高了CO2的液化量。当压缩压力为472 kPa时,系统的㶲效率最大,为34.30%,碳捕集率为47.00%,循环水回收量为167 616 t。     

有机朗肯循环系统回收发动机尾气余热的研究

根据柴油机排气余热的特点设计了有机朗肯循环余热回收系统。采用R245fa作为工质,根据工质在不同蒸发压力下的蒸发率结合发动机的试验数据分析了两相流对系统性能的影响。通过比较系统净输出功、有机朗肯循环效率及主要部件损的变化规律确定了系统的最佳工作方案。结果表明,系统在全排气质量流量范围内能平稳地工作,有机朗肯循环效率达到10.2%,减小了各主要部件的损,余热回收效果明显。     

多孔固体材料吸附CO2的研究进展

温室效应日渐显著,CO₂的捕集与储存（CCS）是一种潜力巨大的减排措施,其中吸附法捕集CO₂是最有前景的技术之一。多孔固体材料因其优异的CO₂吸附性能备受关注。针对吸附法脱除CO₂的研究进行综述,介绍了五种不同的吸附材料,总结了影响它们吸附CO₂的主要因素,以及改性后材料的吸附性能。结果表明,温度、压强、孔结构的改变会影响材料的物理吸附性能;还原改性、氧化改性和金属离子负载改性能够改变材料表面官能团的种类或者数量,提高了材料的CO₂吸附性能。     

固胺负载SBA-15的石墨烯改性及其CO2吸附性能

为了提高固胺负载SBA-15的CO₂吸附性能及稳定性,推进其在燃烧后CO₂捕集中的实际应用,采用湿法浸渍制备新型石墨烯掺杂超支链聚合物(HBP)负载SBA-15(G/SBA-15/HBP)固胺负载吸附剂用于CO₂捕集.通过SEM、TEM、N2吸附、XRD、FTIR对吸附剂的微观结构和化学组成进行表征,研究分析HBP负载量、吸附温度和脱附温度对CO₂吸附性能的影响并优化反应条件,探讨石墨烯改性前、后吸附剂的热稳定性和循环性能.结果表明,当HBP负载量达到50%时,G/SBA-15/HBP的CO₂吸附量为1.50 mmol/g,相较传统SBA-15/HBP提升了51.51%.石墨烯掺杂能减少颗粒团聚,有利于气体扩散;增加载体12%比表面积及31%孔隙容积,有利于负载HBP的均匀分散,暴露更多的吸附位点.石墨烯掺杂提升了固胺负载吸附剂的热稳定性,提高了吸附剂的使用寿命及循环稳定性.     

基于太阳能和LNG冷能的朗肯循环系统热力学分析

针对化石燃料燃烧时对环境造成严重污染的问题,为增加清洁能源在我国一次能源消费中所占的比例,构建了太阳能和LNG冷能联合使用的有机朗肯循环系统,通过热力学性能和㶲损分析了建立的循环系统。结果表明,当循环Ⅰ、Ⅱ的蒸发压力为2.8 MPa、蒸发温度为371 K时,系统存在最大净输出的功和热效率,其值分别为81.46 kW、20.88%;当循环Ⅰ、Ⅱ蒸发压力分别为3.0 MPa,蒸发温度为371 K时,最大㶲效率为53.43%;换热部件的㶲损最大,集热器的㶲效率较低;按90%发电效率、1元/（kW·h）电价计算,系统年均可带来超过53万元的经济效益,与相同燃煤发电量相比,可减少SO2排放量13 939 kg/a和CO2排放量462 000 kg/a,具有节能减排的效果。     

含杂质CO2物性变化规律及其机理研究

在国家“双碳”战略背景下,利用CO₂提高油田采收率是封存CO₂的重要手段,但液态CO₂的安全储存、输送仍存在挑战,其中杂质气体对液态CO₂热力学物性的影响非常大。对现场取样的CO₂进行分析,确定了常见的7种杂质气体,并利用HYSYS、分子动力学模拟方法对含杂质CO₂的物性变化进行模拟计算,绘制物性版图并将其与纯CO₂的物性进行比较。研究表明,7种杂质均能使CO₂相图的气液共存两相区范围扩大,但不同杂质使气液共存两相区范围的扩大幅度不同;杂质主要通过泡点线的变化扩大气液共存两相区,而对露点线的变化影响不大;在含C₂H₆、C₃H₈、C₂H₄杂质的CO₂混合气体中静电势能占据主导作用,因此相比于含H₂、CO、CH₄、羰基硫（OCS）的混合气体,其宏观物性受温度、压力波动的影响较小。     

降低CO2 驱混相压力的发展现状

将CO₂ 注入油层, 不仅封存了CO₂ , 还可以大幅度提高油气田采收率, 达到CO₂ 减排和油藏高效开发的双赢目的, 受到了相关研究者的广泛重视。如何有效地降低CO₂ 与原油之间的混相压力, 是目前CO₂ 驱提高采收率研究的主要热点和难点之一。文中比较了降低CO₂ 驱混相压力的几种方法, 探索新的亲CO₂ 表面活性剂以降低CO₂ 驱最小混相压力。目前, 降低CO₂ 驱混相压力的主要方法有添加共溶剂法, 但成本比较高; 超临界CO₂ 微乳液法可以降低CO₂ 驱混相压力, 但是目前表面活性剂的研究主要集中在降低油/水界面张力的离子型表面活性剂, 关于降低油/CO₂ 界面张力的非离子表面活性剂还鲜有报道; 亲CO₂ 表面活性剂是降低CO₂ 驱混相压力的一种新探索, 但目前已用的表面活性剂与CO₂ 的亲和性差, 使得CO₂ 对极性较强的大分子物质的溶解能力受到限制。因此, 开发新的亲CO₂ 表面活性剂以达到降低CO₂ 驱混相压力的效果显得尤为关键。     

木醋废液调质石灰石循环捕集CO2反应特性

为了提高石灰石在燃煤电站循环煅烧／碳酸化过程中捕集CO₂的性能,采用木醋废液对其调质处理。在煅烧／碳酸化反应器上研究了木醋废液调质石灰石循环捕集CO₂特性,通过循环反应中样品质量变化得到表征样品捕集CO₂性能的参数--碳酸化转化率。分别通过X射线衍射仪(x-ray diffraction, XRD) 和场发射电子显微镜 (scanning electron microscope, SEM) 分析考察调质石灰石的物相和微观结构,以阐明反应机理。结果表明,木醋废液调质提高了石灰石的循环碳酸化转化率;石灰石／木醋废液比例越低,调质石灰石的循环碳酸化转化率就越高,最佳石灰石／木醋废液比例为20g／400mL。调质石灰石在700℃时取得最大循环碳酸化转化率。在高煅烧温度下,调质石灰石抗烧结性能高于石灰石。在最佳反应条件下经过20次循环后调质石灰石转化率可达46％,为石灰石的2.9倍。调质石灰石的主要成分是水合醋酸钙。与石灰石相比,在循环反应中调质石灰石煅烧后具有更优的微观结构,更适于循环捕集 CO₂。     

Power System of Diesel Recovery With a Engine Waste Heat ORC System

针对柴油机排气余热的特点设计了有机朗肯循环（organic Rankine cycle,ORC）系统．在该系统中,采用R245fa（1,1,1,3,3-五氟丙烷）作为循环工质,针对其不同蒸发温度以及冷凝温度,通过模拟计算研究了最终排气温度、系统净输出功率和朗肯循环实际效率的变化规律．研究结果表明,当蒸发温度低于367．46K时应采用一级膨胀系统;当蒸发温度高于367．46K低于404．6K时应采用二级膨胀系统;冷凝温度恒定时,最终排气温度随蒸发温度的升高而降低,系统净输出功率和朗肯循环实际效率随蒸发温度的升高而升高;蒸发温度恒定时,最终排气温度随冷凝温度的降低而降低,系统净输出功率和朗肯循环实际效率随冷凝温度的降低而升高．     

柴油机排气余热的有机朗肯循环发电系统

针对柴油机排气余热的特点设计了有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)系统.在该系统中,采用R245fa(1,1,1,3,3-五氟丙烷)作为循环工质,针对其不同蒸发温度以及冷凝温度,通过模拟计算研究了最终排气温度、系统净输出功率和朗肯循环实际效率的变化规律.研究结果表明,当蒸发温度低于367.46 K时应采用一级膨胀系统;当蒸发温度高于367.46 K低于404.6 K时应采用二级膨胀系统;冷凝温度恒定时,最终排气温度随蒸发温度的升高而降低,系统净输出功率和朗肯循环实际效率随蒸发温度的升高而升高;蒸发温度恒定时,最终排气温度随冷凝温度的降低而降低,系统净输出功率和朗肯循环实际效率随冷凝温度的降低而升高.     

柴油机尾气余热回收系统的能分析和火用分析

采用R245fa作为循环工质,利用有机朗肯循环回收柴油机尾气余热,从而提高柴油机的燃油经济性。对不同蒸发压力下的朗肯循环热效率和发动机不同工况下余热回收系统的火用效率以及系统各组件的火用损失率进行了计算和分析。研究结果表明,蒸发压力越高则朗肯循环效率越高,工质和尾气之间传热的不可逆损失和蒸发器出口较高的尾气温度使得蒸发器的火用损失率最大,采用余热回收系统回收发动机尾气余热,系统输出净功最高可达18.7 kW。     

超临界CO2在螺旋管式冷却器内的传热特性研究

螺旋管结构紧凑、换热效率高,在CO₂气体冷却器中应用广泛. 超临界CO₂热物性变化剧烈,其在螺旋管内的传热特性异常复杂. 通过对不同冷却热流密度和质量流速工况下的数值模拟发现,螺旋管内超临界CO₂传热系数沿流动方向呈近似抛物线分布; 冷却热流密度越大,传热系数峰值越高,出现峰值的流动转角越小; 质量流速越大,传热系数峰值越高,出现峰值的流动转角越大; 不同热流密度与质量流速的比值决定整个流动方向传热系数的涨落,基于此提出了一个适用于均匀冷却螺旋管内超临界CO₂传热计算的关联式,可为螺旋管式气体冷却器的优化与设计提供参考.     

流化床O2/CO2气氛对烟煤焦反应速率的影响研究王文康1,卜昌盛1,熊金琴1,王昕晔1,张居兵1,朴桂林1,张孝勇2

流化床O₂/CO₂燃烧是实现煤炭清洁利用及近零碳排放的有效技术之一. 为进一步探究工业流化床O₂/CO₂燃烧条件下的煤颗粒燃烧机制,本研究在小型流化床试验台上,通过在线测量流化床出口烟气中O₂和CO的浓度,深入考察了O₂/CO₂取代O₂/N₂后,不同的床层温度(800～900 ℃)、O₂浓度(4%～10%)及颗粒粒径(2～8 mm)下的烟煤焦燃烧特性. 实验结果表明:O₂/CO₂气氛下,煤焦反应速率随床层温度的升高、O₂浓度的升高和颗粒粒径的降低而增加; 煤焦燃烧反应由O₂扩散控制,气化反应由反应动力学控制; 相较于O₂/N₂气氛,低床温下,O₂/CO₂气氛下的O₂扩散速率降低是煤焦反应速率改变的主要原因; 高床温下,除O₂/CO₂气氛下O₂的扩散速率降低外,煤焦气化反应对煤焦反应速率的影响同样不可忽略.     

斜向和纵向紧凑微流化床设计及其性能

在利用固体吸附剂进行CO₂捕集系统中,为了降低反应器的压降和提高吸附剂利用率,提出两种新型的斜向紧凑微流化床(oblique compact micro fluidized beds, OCMFB)和纵向紧凑微流化床(vertical compact micro fluidized beds, VCMFB或CMFB)反应器。通过装载固体吸附剂,通过捕集体积分数为0.5%的CO₂对两种反应器的性能进行研究,并与传统径向流固定床(radial flow fixed bed, RFFB)反应器进行对比。试验结果表明:由于吸附剂在OCMFB和CMFB中处于流化态,在RFFB中处于静态,从而得到OCMFB反应器压降为CMFB反应器的82%,与RFFB反应器相比压降降幅为14%~323%;CMFB反应器的CO₂吸附穿透时间为OCMFB反应器的109%,与RFFB反应器相比增幅为44%。经过10次CO₂捕集循环,与RFFB反应器相比,OCMFB和CMFB反应器的吸附剂磨损相当,但CO₂吸附性能更稳定。     

CO2跨临界—有机朗肯复合循环的简单计算与特征分析

由于我国地热资源以低品位热能为主,增强型地热系统在发电方面的应用会受限于过低的热效率。理论上,如直接将超临界CO₂与有机工质进行混合,确实有可能提升热动力系统的机械效率。根据该流程设计,对部分参数范围内的CO₂跨临界—异丁烷复合循环的效率进行了估算。计算使用了流量分别为1 kg/s的CO₂和0.25 kg/s的异丁烷流体。计算结果显示,特定状态下的超临界CO₂在膨胀为气态的过程中焦—汤效应显著,流体混合使得异丁烷先蒸发汽化,然后在膨胀中发生冷凝,使得膨胀机内部出现了两相流。冷凝后的异丁烷工质可再次注入压缩机与气体CO₂接触,使得CO₂升温减缓,同时自身获得预热。可借助异丁烷工质降低CO₂的温变范围,改变CO₂膨胀和压缩过程中的多变指数,使其更接近等温过程而非绝热过程,进而提高膨胀和压缩过程的效率。因此,该循环具备显著提高低品位CO₂热动力循环效率的潜力,在未来可用于基于CO₂的地热发电技术。