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书  名:基于煤气化的多联产能源系统
  • 作  者: 倪维斗、李政
  • 出版时间: 2011-01-01
  • 出 版 社: 清华大学出版社
  • 字  数: 444 千字
  • 印  次: 1-1
  • 印  张: 27
  • 开  本: 16开
  • ISBN: 9787302231769
  • 装  帧: 平装
  • 定  价:¥85.00
电子书价:¥59.50 折扣:70折 节省:¥25.50 vip价:¥59.50 电子书大小:29.65M
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内容简介
  本书是集十多年研究成果而编撰的有关多联产能源系统的一部专著,涵盖了多联产系统的概念、建模方法、系统设计、集成和优化方法、系统特性规律、系统综合分析与评价、在我国的实施前景、对CO2减排的影响等内容,并展示了一系列多联产系统的应用流程。
本书可供从事多联产能源系统研究的专业人员以及能源、化工领域的研究和开发设计人员阅读参考。
前言
  20世纪末,针对我国在未来相当长时间内仍然以煤为基础能源的现实国情,以倪维斗院士为首的学术团队提出了基于煤气化的多联产能源战略是实现我国经济、环境和能源可持续发展的重要出路的观点,并在国内外大力倡导和推动多联产系统的理论和技术研究以及工程示范,使得多联产这一概念不仅获得了学术界和工业界的广泛认同,而且在国家能源战略决策层面也受到了高度关注。
近十余年来,清华BP清洁能源研究与教育中心紧密结合我国的特殊国情和能源问题,用开放、系统、全面和发展的观点,对多联产系统进行了深入的研究,逐渐形成了包含多联产系统设计、模拟仿真、特性规律、技术-经济-环境综合评价以及选址布局等多维度的研究体系。
本书集上述十余年的研究成果编著而成,旨在从系统层次对多联产系统研究和发展所涉及的重要问题进行阐述。全书共分为11章,主要章节安排如下:
第1章介绍多联产系统提出的背景、基本概念和内涵,阐释多联产系统研究中需要解决的主要科学问题。
第2~4章介绍多联产系统仿真和建模。多联产系统的庞大性和复杂性导致系统硬件联调试验在设计阶段不可能实现,因此有必要建立包含各种设备机理性数学模型在内的仿真工具平台,通过开展系统特性和系统优化研究,来验证各种多联产系统设计方案的合理性。为此,第2章介绍多联产系统仿真平台的系统架构、功能模块、算法、接口和物性系统等关键问题; 第3章给出了煤气化等多联产系统关键单元模块的机理性数学模型; 第4章介绍了多联产系统的关键单元——燃气轮机的建模,并对现代大型燃气轮机燃用合成气的性能进行了论述。
第5~7章介绍多联产系统的特性和设计规律。其中,第5章论述了纯氧气化和空气气化两种整体煤气化联合循环(IGCC)系统的关键设备、系统设计和运行参数对整体性能的影响以及不同系统部件之间的耦合等问题,并专门对IGCC空分集成度以及氮气回注率对整体效率的影响进行了深入的探讨; 第6章开展了多联产系统的热力学分析,揭示了多联产节能收益的来源,并推导了系统节能判据; 第7章对多联产系统的变工况问题进行了探讨,在认识串联、并联和串并联系统变工况特点的基础上,建立了用四象限图确定化工合成单元盈余度的方法,为多联产系统变工况设计提供了方法和工具。
第8章介绍多联产系统综合分析与评价方法。围绕多联产系统多产品、技术尚未大规模推广以及人们对其可持续性期望高的特点,分别介绍了多产品输出条件下确定和评价系统能量流向的统一基准的能量分析方法,确定多产品成本分配的热经济学方法,在设计阶段就需要开展的可靠性分析和设计方法,评价可持续性的能值评价方法,并在最后归纳为综合评价方法。
第9章介绍具有代表性的三种典型多联产系统,即甲醇/电多联产系统,气化煤气/焦化煤气“双气头”多联产系统和煤气化高温燃料电池混合循环系统。通过具体案例展示了多联产系统的流程设计和集成思路,以及多联产系统在效率、环境特性和经济性方面的优点。
第10章论述了中国实施多联产及CO2的捕捉和埋存(CCS)的地域图景,从宏观尺度对多联产建设和CO2埋存的选址问题展开了详细讨论和定量分析,对我国实施大规模多联产系统的情景进行了展望。
第11章论述了几种有发展前景的多联产系统创新性流程方案。以煤气化系统为核心,建设综合利用煤炭、其他化石能源和可再生能源的多能源系统,可充分体现各种能源的比较优势并实现全系统整体最优的设计理念。这些方案结合我国能源资源的分布情况,具有鲜明的现实意义,充分体现了多联产系统的开放性和灵活性,对于因地制宜地实施多联产战略,具有良好的示范意义。
本书是清华BP清洁能源研究与教育中心的研究团队多年来在多联产系统方面研究成果的总结和提炼,是集体智慧的结晶。全书由倪维斗和李政确定内容框架并负责统稿,书中内容主要来自倪维斗和李政历年来主持和参与完成的国家重点基础研究发展计划(973计划)、国家高技术研究发展计划(863计划)等项目的研究成果。参与本书编写的其他人员有:麻林巍、刘广建、刘培、高丹、王明华、王哲、王德慧、许兆峰、薛亚丽、黄河、高健、冯静、王云波、曹江、张斌、刘宇。何芬、陈贞、居重艳、郑重、张建府、张东杰、周喆、杨晋宁、侯宗余、冯杰、蒋晓隆、潘玲颖、张健赟、杨志伟等人也为本书的出版做了工作。山西大学王灵梅教授在中心工作期间的研究成果亦包含在第8章中。
作为长期合作伙伴,BP公司对清华BP清洁能源研究与教育中心的多联产研究工作提供了重要的帮助,该公司的Stephen T. Wittrig博士和Christos Papadopoulos博士长期与本研究团队并肩工作,从研究方向到研究内容均给予了实质性的指导和支持。此外,本书涉及的研究工作还得到了以谢克昌院士为首席科学家的国家973项目“气化煤气与热解煤气共制合成气的多联产应用的基础研究”的支持,我们的课题伙伴——中科院热物理所林汝谋教授、高林博士以及太原理工大学的李文英教授长期以来也给予了大力支持。在此,谨对上述机构和人员一并表示衷心的感谢!

由于我们的知识范围和经验所限,书中难免存在不足之处,恳请读者批评指正。
作者
2010年10月于北京清华园
目录
第1章绪论

1.1多联产系统产生的背景

1.1.1我国能源面临的挑战

1.1.2多联产是综合解决我国能源挑战的重要途径

1.1.3多联产是 IGCC的延续和发展

1.2多联产系统的基本构成及概念

1.3多联产系统的特征及涉及的研究内容

参考文献

第2章多联产系统仿真工具平台

2.1多联产系统仿真平台的架构

2.1.1仿真平台系统结构的规划与确定

2.1.2处理问题分类

2.1.3平台功能需求

2.1.4多联产系统仿真区别于传统动力系统
仿真的本质特征

2.1.5多联产仿真平台系统架构

2.2基于底层算法的仿真平台

2.2.1重要功能模块

2.2.2算法及接口技术

2.2.3物性系统

2.3Aspen Plus与GT Pro联合计算仿真平台的开发

2.3.1多平台协同模拟的思路提出

2.3.2由独立的单元过程bkp组建化工流程模拟系统

参考文献

第3章多联产通用单元过程模型

3.1CO变换

3.1.1CoMo催化剂动力学方程

3.1.2Shell煤气化工艺制甲醇变换流程的Aspen模拟

3.1.3Texaco煤气化炉制甲醇变换过程的工艺

3.2净化——脱硫脱碳

3.2.1高温干法脱硫

3.2.2MDEA

3.2.3低温甲醇洗(Rectisol)

3.3CH4与CO2重整

3.3.1重整工艺比较

3.3.2气化煤气与焦炉煤气自热重整技术模拟

3.3.3甲烷转化率对自热重整过程性能影响的讨论

3.4甲醇精馏

3.4.1流程

3.4.2工艺参数的计算基础

3.4.3工艺参数的确定

3.4.4甲醇精馏过程的Aspen模拟结果

3.4.5精馏过程变负荷讨论

3.5空气分离

3.5.1模型建立要点

3.5.2模拟结果分析

3.6气化炉

3.6.1模型结构、特点及比较

3.6.2Shell气化工艺模拟与结果讨论

3.7甲醇合成

3.7.1甲醇合成反应过程及动力学方程

3.7.2甲醇合成工艺介绍

3.7.3模型操作参数设计

3.7.4模拟结果与分析

3.7.5基于空速和循环比的变负荷调节策略

参考文献

第4章现代燃气轮机系统建模

4.1冷却透平模型

4.1.1透平第一级冷却空气量的估算

4.1.2透平变工况模型

4.2压气机性能计算模型

4.3燃烧室模型

4.4蒸汽系统的设计工况模型

4.5商业软件GT Pro

附录41燃气轮机系统及符号说明

附录42透平进口温度及效率的定义

附录43透平冷却技术及术语简介

附录44几种冷却方式的冷却空气比例的推导过程

参考文献

第5章整体煤气化联合循环系统的集成

5.1纯氧气化IGCC系统

5.1.1纯氧气化IGCC系统关键部件的选择

5.1.2气化炉

5.1.3余热锅炉

5.1.4气化炉合成气冷却器与余热锅炉的匹配

5.1.5水煤气变换反应的影响

5.1.6IGCC空分整体化

5.2空气气化IGCC系统

5.2.1独立空分布置和整体化布置

5.2.2系统效率分析

5.2.3系统压缩功耗分析

5.2.4空气气化在减排CO2方面的优势

参考文献

第6章多联产系统的热力学分析

6.1基于白箱模型的过程用能分析

6.1.1煤气化过程的黑箱模型

6.1.2煤气化过程的白箱模型

6.1.3过程用能分析

6.2基于白箱模型的多联产系统用能分析

6.2.1多联产系统损分解模型

6.2.2多联产系统及分产系统方案选取及模拟

6.2.3系统的节能分析

6.3甲醇/电联产系统能耗分析

6.3.1能耗模型的建立

6.3.2节能条件

6.3.3多联产系统化电分摊的理论模型

6.3.4不同配置形式的多联产系统的能耗特性

6.4给定规模下多联产系统方案的选择

参考文献

第7章多联产系统的变工况特性

7.1多联产系统变工况的主导因素

7.1.1用主导因素法分析多联产系统变工况

7.1.2确定主导因素的基本方法

7.1.3串联系统变工况的主导因素

7.1.4并联系统变工况的主导因素

7.1.5串并联系统变工况的主导因素

7.2变工况设计的一般规律

7.2.1并联系统的设计与变负荷运行特性

7.2.2串联系统的一般设计规律和变负荷运行特性

7.2.3串并联系统的一般设计规律和变负荷运行特性

7.3三种多联产系统的对比

7.3.1变负荷能力

7.3.2变负荷运行特性

7.4盈余度对系统设备投资的影响

参考文献

第8章多联产系统综合分析与评价

8.1统一基准的能量分析方法

8.1.1化学反应系统中物流具有的能量形式

8.1.2气化反应过程的能量损失与计算

8.1.3基于德士古激冷气化炉的IGCC系统

8.1.4结果和讨论

8.2多联产系统的热经济学分析

8.2.1热经济学矩阵分析方法

8.2.2多联产系统热经济性分析的物理模型

8.2.3热经济性分析的数学模型和相关数据

8.2.4热经济性计算结果和讨论

8.3多联产系统的能值评估

8.3.1能值分析的基本概念及理论[11~13]

8.3.2多联产系统的能值分析

8.3.3燃料电力多联产系统能值分析

8.4IGCC系统的可靠性分析与设计

8.4.1系统可靠性工程的基本概念

8.4.2IGCC系统的可靠性

8.4.3IGCC系统的可靠性设计

8.5多联产系统的综合评价

8.5.1AHP方法简介

8.5.2多联产系统的综合性能评价

参考文献

第9章典型的多联产系统

9.1甲醇/电多联产系统

9.1.1几种典型流程布置及其特点

9.1.2甲醇/电多联产系统分析与比较

9.1.3甲醇/电多联产系统的经济性分析

9.1.4甲醇/电多联产系统与单产系统的分析

9.2“双气头”多联产系统

9.2.1概述

9.2.2“双气头”多联产系统流程

9.2.3工业规模“双气头”甲醇/电多联产系统的
设计与配置优化

9.2.4“双气头”多联产系统CO2减排特性

9.2.5“催化一体化合成”工艺设计、模拟与经济分析

9.3煤气化高温燃料电池混合循环系统

9.3.1系统流程

9.3.2煤气化高温燃料电池混合循环系统分析

9.3.3能量利用及CO2排放情况

9.3.4SOFC的双重功能

参考文献

第10章中国实施多联产及二氧化碳捕捉和埋存的地域图景分析

10.1中国煤炭资源分布

10.1.1概述

10.1.2中国高硫煤的分布

10.2中国实施CO2捕捉和埋存的地理图景

10.2.1CO2减排和回收的不同层次和阶段

10.2.2中国内地适合采用EOR的区域分布

10.2.3中国适合采用ECBM的区域分布

10.2.4中国陆上适合埋存CO2的深部含盐水层分布

10.3考虑煤炭与CO2运输的多联产选址地域图景

10.3.1CO2的埋存容量匹配

10.3.2CO2和煤炭的运输比较

10.3.3基于GIS的多联产选址地域图景

参考文献

第11章多联产系统的流程创新

11.1风能/煤基甲醇联产系统

11.1.1我国风能利用现状

11.1.2风能和煤炭资源综合利用

11.1.3系统设计与流程模拟

11.2电/代用天然气多联产系统

11.2.1坑口煤制SNG

11.2.2电/SNG联产系统

11.2.3基于电/SNG联产的新型CO2减排发电系统

参考文献

名词索引
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