电气工程研究热点范文第1篇

【关键词】 热能动力 能源 锅炉仿真

随着科学技术的迅速发展，我国热能和动力工程在方面已经取得了很大的成就，为了保证技术的完善性和全面性，还需要进步的研究和改进。而在工业发展过程中锅炉成为其重要的热能动力设备，但是锅炉烟气排放会造成一定的环境污染，同时也增加了排烟管的热量。本文主要针对热能动力在锅炉和能源中的发展情况进行分析和概括。

1 热能动力工程的研究发展方向

热能动力工程的研究也是科学领域中重要应用型专业，主要针对热能源和动力的发展方向和应用型进行详细的分析和研究。由于其专业的重要性，我国基本上有上百个院校已经开设了有关专业课程，以此培养关于此方面的科学型人才。现代化热动能专业是依据旧版的流体机械工程和热能工程以及动力机械、水利水电工程、能源工程等结合而成。热能动力属于机械工程研究项目，主要学习的内容是有关机械类、热动工程、工程热物理等的知识理论技术。并通过理论力学、传热学、电子电工技术、工程制图、热工测试技术等的专业学习方向和相关研究发展方向让学习或研究人员能够具备工程热力学、传热学和热工测试等热能动力工程理论方面的知识和实验技能。从而熟悉的掌握制冷装置、动力机械工程等能够准确的制定设计制造实验研究方向。

并且就业面比较广，其中包括电厂热能自动化、电厂热能工程、工程热物理过程以及流体机械自动化等的发展方向。现代化动力工程的基本训练内容就是热能动力学，由此可以看出，热动是现代化动力工程的基础。在上述基础上热能动力就是一个比较宽泛的专业知识体系，发展和研究的空间比较大，能从多角度，多方面进行分析探究。

2 热能工程技术在能源方面存在的问题

能源动力工业化发展与我国国民经济建设有着密切的联系，也是我国支柱型产业。能源问题越来越受全球人类关注，能否再生，能否采用更好的方法节约能源，体提高能源的利用率等已是当前社会各界谈论的热点话题。能源的发展利用涉及到我国多个领域和大型企业高科技技术应用，是国家经济发展和社会整体发展的重要命脉。

风机是一种有有多个叶片的能进行轴旋转的机械，能将施加在叶片上的旋转能转化为机械能，实现气体的流动，并应用于工程机械。风机的应用及其广泛，如发电厂、工业炉通风、车辆、船舶等用来排热、引风等的作用。现代化发展过程中电站的容量也在不断增加、并且运转速度也越来越高、要求效率高无心爱你路故障发生、同时要向自动化方向发展。对此电机在电站的使用性能要求也越来越高，不仅要安全可靠、还要提高运行效率，避免在运行过程中出现叶片和旋转轴损坏或是电机烧坏等的现象，以免长期下去造成事故发生，甚至是经济损失严重。

3 炉内燃烧控制技术

随着科学技术的不断完善和提高，工业技术计算机控制系统也不断的向自动化发展，逐渐转变成为一种具有先进高科技技术含量的信息监测系统，在设备的管理水平方面有了显著的提高。工业炉中的连续加热炉也得到了实际应用，改变以往的燃料燃烧和能源消耗的转化热量应用，使得生产技术工技术得到了有效的提高和发展。

工业炉中燃料的控制技术很重要，高科技的自动化控制系统在各个领域中的广泛应用已经逐渐替代了传统的手动控制。目前现代化连续加热炉炉型主要为分两种，其中推钢式加热炉可以采用燃料自动控制的方式进行加工。

推钢式加热炉自动控制系统方式主要分为两种空燃比例连续控制和双交叉限幅控制。双交叉限幅控制系统主要是通过系统中安装的温度传感器将系统检测到的温度转变成一种信号，其信号的数据值就是实际温度。该系统的组成部分包括燃烧控制器、燃气流量阀以及燃气流量计等主要构件。空燃比例连续控制系统是通过气体装置将将所要检测的范围进行合理的检测，然后将所检测的数据传输给PLC编程技术，并将之前设定的值进行比较，最后将分析得出的数据值按照4-20mA的电信号分别对燃气或是空气阀、动力阀的开度做以适当的调整，以此有效的对燃炉中的燃气比例和温度进行合理的控制。该系统的主要组成部分包括，PLC编程技术、空气或燃气比例阀、燃料控制器、气体分析装置等。两种方式共同的特点就是燃料控制器都是其主要组成部分，也是现代化工业燃炉自动化控制系统中不可或缺的重要装置。

4 关于软件仿真锅炉风机叶片的研究

工业锅炉中的风机叶片旋转的的内部机械流场具有较强的不定性，比较复杂。因此，对锅炉风机进行详细的实验研究比较困难，其中涉及的细节比较繁琐，在当前研究成果中对其力学解释和分析方法还不够完善。一些关于锅炉研究中的流动分离等现象，是目前迫切研究的重要内容。研究过程中需要建立比较可靠的实验模型和数值模拟，以此对机械流场内部作以详细的分析。为了准确的对锅炉风机叶片旋转的空气流动情况进行探究，利用软件建立二维数值模拟实验的方式。其软件数值模拟实验首先要创建二维模型，然后再根据所提供的数值划分成网格的形式，再设定边界区域，利用这些相关条件对输出的网格进行求解，求解过程中可以利用求解器。最后将求解出的结果在建立一个二维数值模拟，对空气来留角下的流动进行模拟求解，将得出的结果与速度矢量图做以分析比较，得出锅炉风机叶片分离和攻角之间的关系。

5 结语

上述主要是对热能动力工程在锅炉和能源方面发展情况分分析和探讨，进一步说明了热能动力在现代化科技研究中的重要性和各领域应用的广泛性。

参考文献：

[1]周武，庄正宁，刘泰生，顾杰，夏华澄.切向燃烧锅炉炉膛结渣问题的研究[J].中国电机工程学报，2005（4）.

[2]宁玲玲，刘秉钺.造纸厂动力锅炉排污的节能[J].黑龙江造纸.2009（4）.

[3]罗自学，梁培露，周怀春，陈世和.引入辐射能信号的锅炉氧量寻优控制研究[J].中国电机工程学报，2006（23）.

电气工程研究热点范文第2篇

关键词： 节能减排；温差发电；工业废热；措施；

中图分类号：TB4 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）0110213-01

1 温差发电原理

温差发电的基础是塞贝克效应，利用热电材料的塞贝克效应，通过材料中的载流子运动进行发电。其中半导体材料应用最为广泛，将P 型材料和N 型材料的一端相连形成一个PN 结，并使之处于高温状态，另一端形成低温，则由于热激发作用，P（N）型材料高温端载流子浓度高于低温端，形成浓度差，载流子就开始向低温端扩散，从而在低温开路端形成电势差，这样就完成了热电转换。

2 温差发电技术应用现状

这项技术自从1821年塞贝克效应被发现以来，国外就对温差发电相关问题进行了大量研究并取得一系列重大成果。但是在我国这方面研究起步比较晚，主要集中在理论和热电材料的制备等方面的研究。早期的温差发电技术主要应用于航空航天，军事等方面，以上领域对成本要求不高，再高的成本也能接受。而随着高性能的热电材料出现，大大降低了温差发电系统的成本，进而可以应用在工业和民用方面。虽然成本降低了，但是技术相对并不成熟，大范围的推广与使用还未实现，只有少部分企业和科研院所能够使用这项技术。早在1984年日本东京发电公司就设计制造出了利用工业余热工作的温差发电机组[1]。在我国研究的过程中，王佐民[2]进行效率分析得出结论， 温差发电技术用于火力发电能够使火力发电厂总的效率得到提高。但研究至今在我国工业生产中应用温差发电技术的还是少数。温差发电技术在低品位能源利用方面具有不可比拟的优势，例如：无噪声，无污染，结构简单，寿命长等诸多优点，必将使其在节能环保等领域占有一席之地。

3 温差发电技术存在的问题及改进措施

3.1 发电效率

目前的温差发电效率较低，一般为5%～7%[3]，相比于火力等主流发电方式还远远不够。所以若应用于工业生产等大范围领域也只能处于辅助发电地位，主要目的在于节能。发电效率提高主要因素在两个方面：热电材料的性能和冷端散热量。

3.1.1 热点材料的性能。为温差发电系统的整个核心就在于热点材料的选用。拥有优良性能的热点材料可以大大提高发电效率。ZT值是衡量热电材料好坏的参数，值越高材料的热电转换效率越高。目前使用最广泛的材料是Bi2Te3，它的ZT值在1左右，用此材料做成的系统发电效率不超过10%。若希望温差发电效率跟传统发电方式相差不多的话，ZT值应保证在3左右。因此科研人员在积极寻找更好的热电材料。目前研究比较多的材料有：纳米热电材料、钴基氧化物、准晶体材料等。

3.1.2 冷端散热量。根据塞贝克效应原理，冷热端温差越大，发电效率越高。鉴于热端是回收的工业废热，温度一般都不变，因此问题的关键在于降低冷端温度，即如何更好地使冷端散热是我们需要考虑的。目前主要散热方式有液冷、风冷和相变冷却[4]。

风冷应用广泛，主要设备就是冷却塔。在冷却塔内部热水被喷射成雾状，与逆向流动的空气进行换热。被冷却的水可以循环利用。对流换热系数可以通过提高风速的方式来增大，同时翅片散热器面积可以适当减小，其简单的结构易于实现。

液冷比风冷的效果好，是因为液体的比热比气体的大得多，也就是说同样单位的液体比气体能带走更多的热量。对流换热系数与流速有关，流速越大，对流换热系数越大。冷却与被冷却两种液体通过换热器进行换热，普遍采用壳管式换热器，散热效果良好。

相变散热是近几年逐渐被推广的新型散热方式，主要原理为相变材料在发生相变时吸收大量热量，从而达到冷却目的。但应用范围有所限制，主要用于某些间歇式工作设备。根据目前研究进展来看，带相变的热虹吸管效果最好，能够有效减小热阻，强化散热。

3.2 机械应力

由于要达到较好的发电效率，冷热端的温差势必要增大，这就造成了连接片的热胀冷缩效应。冷端连接片往往会收缩而热端相反，由于机械应力的存在使得接头或PN节产生断裂，进而造成温差电偶的损坏。材料的机械应力是客观存在的，无法完全消除，所以只能对温差电偶进行相应的改造：1）使用柔性链接方式，中间可设置伸缩结构或开出一小缺口，从而克服机械应力带来的影响；2）积极寻找替代材料，使用硬度较低的材料，通过自身的柔性来克服应力影响。

3.3 发电机匹配

发电机输出功率与整个系统各个参数有关，如冷热端温差、回路电流、接触热阻、负载电阻等。在不同的工作条件下，温差发电器的性能差别很大，如何寻找适合发电器工作的最佳参数区是亟待解决的问题。潘玉灼等的研究成果表明：采用非平衡态热力学优化控制最匹配参数工作条件下输出功率和发电效率可分别提高39%和20%[5]。

3.4 热设计

高温与湿气的影响。高温会引起周围杂志向热电材料扩散，从而引起热电材料的塞贝克系数减小。现今的解决办法是在连接片与元件的端部镀镍[6]。湿气会使得在焊接处产生原电池进行腐蚀，损坏设备。可以使热电元器件工作在真空中或进行密封处理。

4 结论

工业烟道中低于450℃的水蒸气无法推动涡轮机发电，都是废热，而且低于100℃的废水大多直接排放，余热利用率不高，造成严重热污染。工业生产使用废热进行温差发电，可降低企业成本，提高能源的利用率，同时能改善环境。内燃机等热力设备所产生的能量大约有50%通过烟气扩散到了大气中。钢铁工业、纺织工业和水泥产业等在生产过程中普遍有大量废热浪费掉。研究表明应用温差发电技术进行再利用可以有效利用废热中10%～20%的能量[7]。作为一种绿色环保的发电方式，近年来在工业领域的应用发展迅速。尽管目前温差发电效率普遍低于10%，但随着性能优良的热电材料的出现以及制造工艺的逐步完善，在工业生产中大规模使用温差发电系统是必然趋势，温差发电技术将会在低品位能源利用方面做出巨大贡献。

参考文献：

[1] 郑艺华，马永志.温差发电技术及其在节能领域的应用[J].节能技术. 2006，24（2）：142-145.

[2] 王佐民.温差发电器应用于火力发电厂的分析[J].节能技术.2004，22（3）：38-39.

[3] 王长善.几种新能源发电技术[J].农村电气化.2008（5）：53-54.

[4] 胡韩莹.朱冬生.热电制冷技术的研究进展与评述[J].制冷学报.2008，29（5）：1-7.

[5] 潘玉灼.林比宏.结构参数与不可逆性对热电发电器性能的影响[J]. 泉州师范学院学报（自然科学版）.2006，24（6）：13-18.

[6] 张建中.温差制冷器的可靠性研究[J].电源技术.1995，19（5）：39-42.

[7] 张腾，张征.温差发电技术及其一些应用[J].能源技术.2009，30（1）：35

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电气工程研究热点范文第3篇

2.清洁能源炼钢探索实验侯明山，李士琦，吴华峰，王玉刚，纪志军，刘超，HOUMing-shan，LIShi-qi，WUHua-feng，WANGYu-gang，JIZhi-jun，LIUChao

3.工业加热 VD-120t精炼炉真空罐盖结构分析及优化设计张贝，曹青梅，高雪梅，ZHANGBei，CAOQing-mei，GAOXue-mei

4.薄板坯连铸传热过程与应力状态仿真软件的开发冯科，韩志伟，曹建峰，孔意文，FENGKe，HANZhi-wei，CAOJian-feng，KONGYi-wen

5.近终形异型坯连铸机的设计和生产工艺邹冰梅，ZOUBing-mei

6.喷流列管组合式空气预热器CAD系统的设计与开发邓鹏，姜昌伟，童永清，曾蛟华，姜建荣，DENGPeng，JIANGChang-wei，TONGYong-qing，ZENGJiao-hua，JIANGJian-rong

7.Solidworks在VD炉设计中的应用王翔，刘向东，高瞻，徐杰，WANGXiang，LIUXiang-dong，GAOZhan，XUJie

8.氧气射流对电炉熔池搅拌的研究韩建军，陈煜，李士琦，HANJian-jun，CHENYu，LIShi-qi

9.晶闸管移相触发组合模块在箱式电阻炉温控系统中的应用刘栽东，LIUZai-dong

10.信息动态

11.耐火陶瓷纤维在连续退火生产线退火炉高温段上的应用吴辅民，WUFu-min

12.我国炼钢工业炉用碱性不定形耐火材料张兴业，ZHANGXing-ye

13.CSP板坯加热工艺的优化刘占增，刘文清，刘静，丁翠娇，LIUZhan-zeng，LIUWen-qing，LIUJing，DingCui-jiao

14.镀锌退火炉改为镀锌-连退两用退火炉的研究与应用程淑明，CHENGShu-ming

15.提高70tEAF-LF炉过程脱硫效率的实践孙学刚，张春辉，SUNXue-gang，ZHANGChun-hui

16.一种有温度梯度的感应加热设备刘晓辉，张振世，LIUXiao-hui，ZHANGZhen-shi

17.轧钢加热炉烟气余热利用的思考赵建明，ZHAOJian-ming

18.加热炉预热器的使用寿命邓超，DENGChao

19.高炉煤气在低温砂型干燥炉上的应用宋德荣，底建永，SONGDe-rong，DIJian-yong

20.液态二氧化硫的水浴式气化杨小林，YANGXiao-lin

21.大型挤压生产线铝棒感应炉张智龙，ZHANGZhi-long

22.电加热悬挂式汽车前轴、曲轴热处理生产线张广利，ZHANGGuang-li

1.低碳经济和中国钢铁工业节能减排李士琦，吴龙，纪志军，陈海勇，LIShi-qi，WULong，JIZhi-jun，CHENHai-yong

2.甲烷/高温烟气稀释空气的Mild燃烧过程的数值研究武文，黄威，赵平辉，叶桃红，WUWen，HUANGWei，ZHAOPing-hui，YETao-hong

3.基于航空散热板的内嵌热管传热模型分析曲燕，周昌静，孙卓辉，章大海，QUYan，ZHOUChang-jing，SUNZhuo-hui，ZHANGDa-hai

4.信息动态

5.椭圆管内对流换热与流动阻力特性研究王珊珊，徐文强，胡永海，WANGShan-shan，XUWen-qiang，HUYong-hai

6.高风温技术在迁钢高炉上的应用陈冠军，马泽军，蔡景春，国宏伟，郑敬先，贾国利，CHENGuan-jun，MAZe-jun，CAIJing-chun，GUOHong-wei，ZHENGJing-xian，JIAGuo-li

7.基于动态神经网络的温度调节系统控制方法研究工业加热 张萍，郝晓弘，徐维涛，ZHANGPing，HAOXiao-hong，XUWei-tao

8.基于单片机控制的微波加热系统周治国，陈颀，ZHOUZhi-guo，CHENQi

9.工业过程控制计算机系统的软件架构设计及开发宋萍，SONGPing

10.扁火焰烧嘴的研究及应用雍海泉，程奇伯，YONGHai-quan，CHENGQi-bo

11.基于DRNN网络的强排式燃气热水器自整定PID控制杜福银，DUFu-yin

12.线棒材加热炉出钢节奏与时序控制探讨赵建明，ZHAOJian-ming

13.基于三菱Q系列PLC的工业燃煤锅炉控制系统戴慧敏，黄宋魏，贾瑞强，DAIHui-min，HUANGSong-wei，JIARui-qiang

14.引射式中温燃气辐射管热工性能的试验研究柳岩，彭世尼，付浩卡，LIUYan，PENGShi-ni，FUHao-ka

15.电弧炉电极升降液压伺服系统数学模型建立许娜，XUNa

16.西门子6RA70在大功率中频电源中的应用梁秀霞，申玏，LIANGXiu-xia，SHENLe

17.70t电炉冶炼高碳硬线钢中氧的控制霍爽，HUOShuang

18.新余钢厂1650mm板坯连铸机的设计特点及板坯质量刘芳，阮细保，周大伟，薛伟锋，LIUFang，RUANXi-bao，ZHOUDa-wei，XUEWei-feng

19.等温正火线辐射管水平布置的缺陷及其改造张海峰，ZHANGHai-feng

20.梅钢加热炉燃耗下降原因及举措柳辉，常志明，LIUHui，CHANGZhi-ming

21.PLC在油淬火弹簧钢丝热处理生产线中的应用唐昊，TANGHao

22.新型电极喷淋装置赵宏军，李芳，ZHAOHong-jun，LIFang

1.乙烯急冷器内急冷油雾滴蒸发理论分析申玉辉，仇性启，SHENYu-hui，QIUXing-qi

2.基于瞬态非线性分析的中厚板坯加热过程应力场仿真研究万晓航，董兆伟，刘胜永，WANXiao-hang，DONGZhao-wei，LIUSheng-yong

3.信息动态

4.水钢余热余能的回收与利用向宇姝，吴复忠，李军旗，XIANGYu-shu，WUFu-zhong，LIJun-qi

5.高温空气燃烧的模型比较数值研究陈翠梧，苏亚欣，CHENCui-wu，SUYa-xin

6.一种小型立式燃油锅炉的改造及实验研究聂陈翰，林其钊，NIEChen-han，LINQi-zhao

7.热处理钢板气雾冷却数学模型的开发与应用冯科，韩志伟，FENGKe，HANZhi-wei

8.神经网络在加热炉温度控制系统检测环节改进方法的应用刘会景，LIUHui-jing

9.阿尔法磁谱仪电源分配箱的加热系统设计和模拟曲燕，王君，孙卓辉，章大海，QuYan，WANGJun，SUNZhuo-hui，ZHANGDa-hai

10.特厚板坯连铸机机型特点毛敬华，MAOJing-hua

11.工业加热 矿热炉水冷电缆使用长度的计算李芳，王卫刚，LIFang，WANGWei-gang

12.轧钢加热炉技术在首钢的应用与发展陈冠军，CHENGuan-jun

13.钢管再加热炉炉内温度场和流场分布数值模拟吴成涛，WUCheng-tao

14.镀锌连退组合机组工艺设备改造及控制系统集成王良兵，WANGLiang-bing

15.基于DeviceNet现场总线的快速热处理设备控制系统设计钟新华，龙会跃，ZHONGXin-hua，LONGHui-yue

16.直接还原铁在八钢短流程生产线应用的实践分析徐卫芳，XUWei-fang

17.巴西CSN-UPV方坯连铸机工艺和设备何亚莉，HEYa-li

18.微弧氧化负载电路特性的研究李卓智，李望一，LIZhuo-zhi，LIWang-yi

19.工业炉上热电偶补偿导线的不当使用霍大勇，李新奇，HUODa-yong，LIXin-qi

20.感应加热在钼棒轧制生产线上的应用何狄东，HEDi-dong

1.超导直流感应加热及其关键技术葛华山，贾婷，GEHua-shan，JIATing

2.基于PDF模型的阳极焙烧炉仿真分析研究刘志明，唐新平，罗英涛，周孑民，LIUZhi-ming，TANGXin-ping，LUOYing-tao，ZHOUJie-min

3.海外文献速递

4.重油掺水乳化稳定性的实验研究李博，王华，朱道飞，胡建杭，王冲，熊振昆，LIBo，WANGHua，ZHUDao-fei，HUJian-hang，WANGChong，XIONGZhen-kun

5.一种高速FIR数字滤波器的计算方法贾君霞，JIAJun-xia

6.LF炉精炼过程钢液温度预报及控制阎立懿，战东平，曹鸿涛，YANLi-yi，ZHANDong-ping，CAOHong-tao

7.封装设备加热单元的高精度温度控制王正家，尹周平，熊有伦，WANGZheng-jia，YINZhou-ping，XIONGYou-lunHtTp://

8.一种新型气力式给煤粉装置的研制与实验贾明生，李军，JIAMing-sheng，LIJun

9.电阻炉炉衬结构的改进卢娇，董元，LUJiao，DONGYuan

10.向大型化和直流化发展的铬铁炉李志超，花皑，刘家鼎，王丕华，鲁建芳，LIZhi-chao，HUAAi，LIUJia-ding，WANGPi-hua，LUJian-fang

11.大型稀有金属板带真空退火炉加热控制系统张乃禄，张嘉，李选锋，赵志峰，ZHANGNai-Lu，ZHANGJia，LIXuan-feng，ZHAOZhi-feng

12.行业动态

13.SVC在交流电弧炉上的仿真应用研究党存禄，甘玲丽，张晓英，宋文超，DANGCun-lu，GANLing-li，ZHANGXiao-ying，SONGWen-chao

14.基于预测控制的焦炉加热控制系统的研究杨晓敏，程兴，宁芳青，YANGXiao-min，CHENGXing，NINGFang-qing

15.含碳浇注料的研究进展周新民，黄健，李秉强，ZHOUXin-min，HUANGJian，LIBing-qiang

16.烘炉燃烧器在热风炉中的应用实践贾瑞民，JIARui-min

17.镁合金熔化炉的燃烧控制顾静，王寿增，程桂玲，GUJing，WANGShou-zeng，CHENGGui-ling

18.50t高阻抗电弧炉的三电系统韩星，卢海燕，HANXing，LUHai-yan

19.矿热炉水冷炉盖结构改进李东文，朱琳，LIDong-wen，ZHULin

20.双蓄热连续式推钢加热炉的应用工业加热 张书帅，周文刚，邓小元，周超，ZHANGShu-shuai，ZHOUWen-gang，DENGXiao-yuan，ZHOUChao

21.耐火材料在新型干法回转窑中的应用冯晓梅，FENGXiao-mei

22.外部机械化炉装出料机的设计分析南铁玲，NANTie-ling

1.反射炉燃油富氧燃烧三维数值模拟孙辉，王华，王仕博，徐建新，王冲，熊振昆，SUNHui，WANGHua，WANGShi-bo，XUJian-xin，WANGChong，XIONGZhen-kun

2.基于VB和MATLAB的同心圆热管传热分析与结构优化张岭，涂福炳，张研，毛建丰，武惠芬，贾煜，ZHANGLing，TUFu-bing，ZHANGYan，MAOJian-feng，WUHui-fen，JIAYu

3.铝液反射保温炉燃烧与流固耦合传热数值模拟周乃君，周善红，ZHOUNai-jun，ZHOUShan-hong

4.海外文献速递

5.钢铁企业佘热蒸汽利用状况的研究候祥松，董茂林，姜小萍，孙明庆，HOUXiang-song，DONGMao-lin，JIANGXiao-ping，SUNMing-qing

6.醇基燃料热值的研究探讨张全，刘洋，赵军，ZHANGQuan，LIUYang，ZHAOJun

7.换向时间对蓄热式均热炉能耗的影响和分析陶曙明，宋小飞，温治，刘训良，苏富永，豆瑞锋，TAOShu-ming，SONGXiao-fei，WENZhi，LIUXun-liang，SUFu-yong，DOURui-feng

8.泡沫铝通道内瞬态流动的平均换热系数杨雪飞，冯妍卉，张欣欣，YANGXue-fei，FENGYan-hui，ZHANGXin-xin

9.太阳能光伏高温冶炼单元热模拟研究吴华峰，李士琦，朱荣，胡卫，WUHua-feng，LIShi-qi，ZHURong，HUWei

10.铸钢用9MVA交流电弧炉炼钢过程电气运行特性研究李士琦，谷林，韩建军，刘润藻，郭晓东，孙凤先，李忠森，闵兴海，曲素君，LIShi-qi，GULin，HANJian-jun，LIURun-zao，GUOXiao-dong，SUNFeng-xian，LIZhong-sen，MINXing-hai，QUSu-jun

11.基于对称分量法的电弧炉无功补偿技术贾文超，赵欣，曹玺，鲍迪，JIAWen-chao，ZHAOXin，CAOXi，BAODi

12.辊道窑烧成带火焰空间在富氧气氛下NOx生成的研究徐婷，马晓茜，姜娟，XUTing，MAXiao-qian，JIANGJuan

13.天管150t电弧炉炼钢的供能技术集成及生产实践郁健，李士琦，朱荣，刘润藻，孙开明，温德松，张露，王惠斌，YUJian，LIShi-qi，ZHURong，LIURun-zao，SUNKai-ming，WENDe-song，ZHANGLu，WANGHui-bin

14.工业加热 高炉煤气蓄热式燃烧器燃烧过程的数值模拟丁翠娇，柳朝晖，王林，刘占增，宋中华，陈超，DINGCui-jiao，LIUZhao-hui，WANGLin，LIUZhan-zeng，SONGZhong-hua，CHENChao

15.唐钢降低转炉出钢温度的实践孙建勇，王书桓，赵定国，张大勇，SUNJian-yong，WANGShu-huan，ZHAODing-guo，ZHANGDa-yong

16.甲烷催化燃烧锅炉用催化剂的研究元海荣，陈璋，余旭红，YUANHai-rong，CHENZhang，YUXu-hong

17.热电偶测温和红外测温的比较研究林君，丁宇涛，LINJun，DingYu-tao

1.国际燃烧技术现状及宝钢的研究饶文涛，RAOWen-tao

2.溶渣双利用保温容器中动态降温与控温的研究李辉，苍大强，白皓，宗燕兵，程相利，李宇，LIHui，CANGDa-qiang，BAIHao，ZONGYan-bing，CHENGXiang-li，LIYu

3.电除尘器内电晕放电流体场的数值模拟刘志强，，柴建荣，李庆，LIUZhi-qiang，LIPeng，CHAIJian-rong，LIQing

4.行业动态

5.线材控轧控冷过程数学模型及其数值仿真系统陈远飞，温治，丁建亮，张耀根，陈虎秋，李劲，CHENYuan-fei，WENZhi，DINGJian-liang，ZHANGYao-gen，CHENHu-qiu，LIJin

6.海外文献速递

7.三环节模型在陶瓷窑炉用能评价中的应用研究祁风雷，仇性启，陈强，QIFeng-lei，QIUXing-qi，CHENQiang

8.牛顿插值法在热加工中的应用王东，王春霖，WANGDong，WANGChun-lin

9.空心圆柱蓄热体三维非稳态传热与流动的模拟研究刘映辉，LIUYing-hui

10.基于VisualBasic的圆筒加热炉载荷计算的软件开发蔡汉明，刘，张玉芳，王晓波，CAIHan-ming，LIUZhong-bo，ZHANGYu-fang，WANGXiao-bo

11.基于ANSYS技术的CPU热管式散热器换热规律实验研究与数值模拟胡永海，童正明，叶立，HUYong-hai，TONGZheng-ming，YELi

12.基于步进式加热炉数学模型的氧化烧损预测模拟赵军，刘蒙，刘洋，ZHAOJun，LIUMeng，LIUYang

13.旋流对天然气高温空气燃烧特性影响的数值模拟汪文辉，苏亚欣，WANGWen-hui，SUYa-xin

14.管道保温计算数学模型研究艾振宙，姜昌伟，童永清，姜建荣，AIZhen-zhou，JIANGChang-wei，TONGYong-qing，JIANGJian-rong

15.大型工频有心感应炉的应用工业加热 王之平，WANGZhi-ping

16.30t直流电弧炉偏弧抑制龙井文，LONGJing-wen

17.高温加热炉吊挂平顶与拱顶的分析何小辉，程志庭，倪群，HEXiao-hui，CHENGZhi-ting，NIQun

18.立式退火炉加热段过渡过程控制策略分析王良兵，罗开野，WANGLiang-bing，LUOKai-ye

19.提高120tRH-BTB下部槽寿命的工艺分析秦军，QINJun

电气工程研究热点范文第4篇

【关键词】 微型燃气轮机 柴油发电机 军民两用市场 应用前景

1 引言

微型燃气轮机（简称微燃机）是一类新型热机，作为一种清洁高效、低成本、高可靠的供能系统，得到了高度关注和迅速发展。相比于传统柴油发电机，微燃机可以提供快速起动、清洁、安静与高效的电力，并且体积小、重量轻而又便于移动，机动性好，除了用于军用车辆的辅机电站外，带有回热器的高效微燃机发电机组还可用于分布式发电、冷热电联供、车辆混合动力装置等领域，因此市场前景非常广阔。本文从微燃机的研究现状出发，通过对比分析微燃机与传统柴油机的技术特点，从军民两用市场展望了微燃机在我国的应用前景。

2 微燃机研究现状

微燃机是指单机容量在25～500kW的燃气轮机装置[1]，是近几十年来迅速发展的技术密集型高科技产品，国务院的《国家中长期科学和技术发展规划纲要2006-2020》中将基于化石能源的微小型燃气轮机及新型热力循环的能源转换技术列入先进能源技术中的前沿技术。

早在20世纪40～60年代，功率为数百kW的燃气轮机就已发展和应用了，当时称为小型或小功率燃气轮机，用于发电和驱动。60年代以后，美国为满足军事装备上的需要，坚持研发军用车辆、航天飞机上使用的微型燃气轮机发电装置。到90年代初，紧凑的板翅式回热器在制造工艺和低成本方面的突破为微型燃气轮机带来生机。与此同时，伴随着高速发电机从军用走向民用，出现了不用减速齿轮，将高速交流发电机与微型燃气轮机同轴，设计成为一体的先进的新型微型燃气轮机[2]。此外，微燃机自身技术的进步，整体制作工艺的成熟，低排放燃烧器和空气轴承的使用，极大地推动了微燃机发电技术的发展。地面用带回热器的微燃机重新引起人们的重视，得到了迅速的发展。

我国政府对发展微燃机也相当重视，科技部也多次研讨论证。在“九五”期间，北京理工大学和装甲兵装备技术研究所开展了对基于微燃机发电机组的研究，成功设计了一台带有动力涡轮的双轴微燃机发电机组[3]。“十五”期间，由哈尔滨东安集团公司和中科院工程物理研究所、西安交通大学等单位组成的联合体承担了国家863计划重大专项“100kW级微型燃气轮机研制”课题，开展了微燃机发电系统的设计与研发工作，计划推出具有自主知识产权的国产微燃机发电机组。目前已经完成了100kW微型燃气轮机验证机的设计、制造和整机测试工作[4]。由沈阳工业大学、南京航空航天大学和浙江大学共同承担的国家重点自然科学基金项目“微型燃气轮机――高速发电机分布式发电与能量转换系统研究”也已正式启动[5]。此外，上海理工大学、上海交通大学，已经建设以微型燃气轮机为核心的能源岛供能系统实验研究基地[6]。这些表明，我国也正在积极致力于独立研制开发以微燃机为核心机的发电系统。

目前，北京、上海、广州已有一批采用微型燃气轮机的分布式热、电、冷工程投入运行，取得明显的经济效益、环保效益和社会效益。所采用的均为国外产品。国际上主要的微燃机发电系统制造厂商已经开始抢占中国市场。但是由于我国分布式电源市场巨大且尚不成熟，只要能够尽快在关键技术上实现突破，国产微型燃气轮机发电系统仍有很大的市场空间。

3 微燃机与柴油发电机的分析对比

燃气轮机是旋转式机械，它取得机械能是通过叶轮的旋转获得，而叶轮取得动能又是依赖于高温，高压燃气的转换。柴油发电机就不同了，它是往复式机械，它取得机械能是因为有一套功率输出的活塞，连杆在汽缸中作往复运动。而促使它们作往复运动的是由于汽缸中的高压空气因喷入燃油燃烧而爆发高压燃烧气体所致。故而两者在机械能产生的方式上的完全不相同的。

目前微燃机与柴油发电机、燃气轮机存在一定的竞争关系，而由于应用领域、功率范围的不同，微燃机目前的核心竞争对手是柴油发电机；与微燃机相比，柴油发电机主要有以下不足：1）噪声大，排放不够清洁，氮氧化物与一氧化碳的排放指标高；2）一般每400h～750h要更换机油、火花塞，且每次大修的工作量较大，维护成本比较高。

而微燃机相对柴油发电机存在以下技术优势和技术劣势，见表1。

目前，微燃机的购买成本高于柴油发电机，低负荷时的热效率还低于同等功率的柴油发电机，但在整个发电成本中相对维修费用并不重要，随着技术的进步，其购买成本将接近于柴油机发电机。

未来微燃机将凭借环保、多燃料（特别是天然气清洁能源）在小功率范围内的多个应用领域挤占一部分市场份额，从技术发展趋势来看微燃机将面对成熟柴油发电机的激烈竞争。

4 微燃机在民用市场的发展

微燃机伴随着世界范围内分布式能源建设中的冷热电联产的兴起和发展起来，其用途逐渐扩展到安全备用电源领域，其典型的应用有五种方式：CCHP、CHP、SP、BG、OG。

CCHP：Combined Cooling，Heating & Power冷热电联产。用于分布式电源的冷热电联产，楼宇冷热电联产较为典型（BHCP）；CHP：Combined Heat and Power热电联产。用于分布式能源的热电联产；SP：Secure Power 安全备用电源。广泛应用用于工业、商业、军事的安全备用、独立、移动电源；BG：Resource Recovery：Biogas生物质气和沼气利用。用于沼气等生物质气的利用，能源的回收利用；OG：ResourceRecovery：Oil and Gas石油伴生气。用于石油开采行业，利用石油伴生气进行发电，用于陆地、海洋钻进平台和油田。

经济效益因素是用户选择发电设备的重要因素，传统柴油发电机组的价格占有绝对优势，以康明斯30kW等级的柴油机组为例，市场售价4.2万元人民币，500～1000小时进行一次维护，维护价格在300～800元人民币之间，保修期10年，因此进入民用传统柴油机市场难度极大。可以预计在未来相当长的时间里，柴油发电机将在该领域占有绝对的垄断地位。

从设备安装成本来看，微燃机处于劣势，但从运行成本来看，微燃机具备优势，尤其是应用于CHP领域，如图1分析。

在独立式发电领域（备用电源与独立供电）以柴油发电机为主流设备，微燃机适用功率范围一般，成本较高，不仅要努力打破成熟柴油机的市场领先地位，还面临燃料电池的后续替代威胁。微型燃气轮机在这个领域不具备突出的竞争优势。

综合来看，微燃机在同类设备中处于夹层状态。微燃机未来凭借环保、多燃料（特别是天然气清洁能源）的优势将抢占一部分市场份额。

从目前国内微燃机的销售来看具有以下三个特定：重点销售项目为各类CHP/CCHP/BCHP项目；以中国的重点城市为主（广州、北京、上海）；主要的项目需求功率范围在60～250kW之间。

5 微燃机在军用市场的发展

快节奏和突然性是现代战争的特点之一，军用电站的快速机动能力已成为攻、防作战中的普遍要求，也是提高高技术条件下作战效能的重要内容。为适应现代战争的要求，武器装备的机动性越来越高，自行武器系统的大量出现，电站与主装备一体化武器系统，如“辛迫林”雷达、4―25自行高炮系统、P56火控系统等逐步增加，要求电站的体积和质量尽可能要小，尤其是自行武器装备总体布置上的困难，提供安装电站的空间和质量受到严格的限制。在此情况下，对小型燃气轮机、转子发动机等为动力的轻小型电站的需求十分迫切，急待解决。

目前，我军多采用柴油发电机作为电站动力源，柴油机发电系统优点为一次成本低，但体积大、寿命低、噪声大、长期工作和维护成本高，使用燃料单一，很难满足独立发电和小型化等军事需求。微燃机作为军用动力具有重要的军事价值，它不但可应用在小型独立动力或电源方面，而且在军用运载工具方面超过现在的常规柴油机组或蓄电池柴油机组，具有重要的军事前途。

军用燃气轮机电站应用领域包括：（1）分体式雷达系统的便携供电设备；（2）坦克辅机和军用飞机等大型军用设备的辅助动力装置；（3）野战军地面指挥系统移动供电设备；（4）舰艇用的应急供电系统； （5）移动式导弹发射系统的地面供电设备（如美爱国者导弹发电设备）； （6）军用飞机维修保障的应急供电设备；（7）军用后勤冷、热、电联供系统。

作为高性能、强战术代表的国际新一代军用微型燃气轮机移动电站正向下面几个方面发展：（1）具有精确稳定的供电能力，并能够实现快速供电；（2）耐极限环境，特别是低温高海拔等极限条件；（3）小型化，体积小，重量轻，并实现低噪音；（4）能够使用多种燃料，方便原料供应；（5）开放式的标准接口，能快速联接供电和受电双方。可以实现多机并联扩容；也可以与火控系统的蓄电池、二次电源等协同供电实现多元并联；（6）可实现实时的远程监控、远程控制功能，让前方现场与后台指挥融为一体。

此外，国外军事专家认为在新的21世纪中军用运载工具需求新型动力，它应具有高的功率密度和低的燃料消耗率，以大幅度减少补给链，使运载工具有强大的运输能力，实现部队的快速部署和调动。同时认为，近期内用高能蓄电池与常规发动机组成的混合动力将用于运载工具中。显然，由于微型燃气轮机体积小、重量轻，以及今后功率的增大和效率的进一步提高，使之用于混合动力中将比用柴油发电机更具生命力。因此，微燃机在军事领域中的应用前途广阔。

6 政策及建议

从国家层面，需要制定产业发展政策，加大对微燃机产业发展的长期稳定投入，要有适当的产业保护政策，推进微燃机国产化和自主化。构建以企业为主体、产学研用相结合的技术创新体系；然后要通过建设示范工程，加快微燃机产品研发和技术成果验证和推广应用，最后以市场为依托，走专用设计技术与改造并举的发展道路，采用军民结合的方式，拓宽市场，将创新技术向微型燃气轮机民用领域应用推广，制定我国微型燃气轮机产品衍生策略，努力找准技术途径、产品与市场定位，做到海陆兼容，聚焦核心产品（功率范围 60～250kW），以赢得中国微型燃气轮机发展新空间。

7 结语

微燃机对提高武器系统的机动性有着十分重要的意义，以天然气为燃料、以微燃机为核心的冷热电三联产的微燃机分布式能源系统，在国内分布式能源项目中也得到了广泛应用。军用技术和民用技术从来就不是独立发展的，先进的燃气轮机技术是21世纪能源动力系统中的核心关键技术，对于我国相关领域如能源、电力、航空、航天、军事等国民经济和国防建设中的高新技术发展和移植有重大作用。

参考文献：

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[3]杨策，刘宏伟，李晓，等. 微型燃气轮机技术[J].热能动力工程，2003，18（103）：1-4.

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[8]刘爱国，张士杰，肖云汉.微燃机与小燃机在南方地区分布式联供系统中的应用比较[J].燃气轮机技术，2009，22（3）.

电气工程研究热点范文第5篇

化石能源中，煤相对富碳，石油和天然气相对低碳，而中国的能源特征是“富煤、少油、缺气”。煤作为中国能源的主体，分别占一次能源生产和消费总量的76%和69%，且在未来相当长时期内仍将占据一次能源的主导地位。中国原煤产量已由2002年的13.8亿t增加到2011年的35.2亿t，增长到2.55倍；发电量由2002年的16540亿kW•h增加到2011年的47000.7亿kW•h，增长到2.84倍[1]，其中火力发电量达38253.2亿kW•h，比上年增长14.8%，且占发电总量的81.4%。2011年煤炭消费量已达35亿t，主要利用方式仍为燃烧发电，预计到2020年将达50亿t左右。据专家预测，未来的30~50年内煤炭在我国能源结构中的比例仍将超过50%，2010—2050年的总耗煤量在1000亿t标准煤以上，且发电耗煤量也在逐年增长[1][2]12。中国已探明的化石能源储量中，石油和天然气分别占5.4%和0.6%。2003年原油进口量为0.82亿t，占消耗总量的32.5%[1]；2011年原油进口量已达2.54亿t，占消耗总量的55.5%，远超40%的国际能源安全警戒线；预计到2020年中国石油对外依存度将超过60%。另外，近年来中国对天然气的需求量也大幅增长，2011年天然气产量为1030.6亿m3，而消费量为1173.8亿m3，供需缺口达143.2亿m3[1]，预计2020年的缺口将达900亿m3，对外依存度将达40%[2]14。

随着中国经济的快速发展，石油、天然气供应缺口将逐年加大，势必影响中国经济的可持续发展，也将造成中国能源供给的安全隐患。因此，中国十分重视石油和天然气的供需问题，从全局考虑制定了能源发展战略，采取积极措施确保国家能源安全。目前已在增加原油和天然气储备、提升原油生产和加工水平方面取得积极成效。但由于缺口巨大，还需采用替代方式缓解油、气进口压力。经研究表明，在多种替代石油和天然气的方案中，煤炭转化的量级最大，且已有较好的技术基础，可行性较高[3]。但是，煤炭的使用量以及使用过程中污染物和CO2的排放量远大于石油和天然气，因此，煤炭的高效清洁利用成为我国化石能源利用中最需重视的问题。众所周知，煤虽然宏观上富碳，但含有富氢低碳的结构，特别是中低阶煤（褐煤和高挥发分烟煤），其挥发分甚至可达40%以上，其中包含简单芳香结构和多种含氧官能团结构。这些低碳组分可在远低于煤气化温度（900℃）下与富碳组分“分离”，直接生成低碳液/气燃料和芳烃、酚类等重要化学品，而且这些化学品的附加值显著高于燃料。因此，煤通过转化生产燃料的路线逐步转向了燃料和化学品联产的路线。由煤热解生产燃料并联产化学品的路线是与煤的组成结构直接相关的煤分级转化，其核心技术充分利用了煤组成结构的不均一性。

1煤热解技术的研究背景

中国科学院郭慕孙院士在20世纪80年代提出了“煤拔头”工艺[4]。这是一种以热解为先导的煤多联产技术。该工艺是在常压、中低温的较温和条件下，对高挥发分的年轻煤进行快速热解、快速分离、快速冷凝，将煤中的高值富氢结构产物，如酚、脂肪烃油、三苯（BTX）和多环芳香烃以液体产品的形式提取出来。剩余的半焦作为燃料进一步应用，从而实现分级转化、梯级利用的目的。中国煤炭资源中中高挥发分煤占80%以上，包括约13%的褐煤、42%的次烟煤和33%的烟煤。富含挥发分的煤可直接转化为高价值化学品（如酚、萘）、大宗燃料油及燃气的碳氢结构，直接燃烧或气化将导致煤中挥发分被等同于煤中的固体组分，未能实现资源的梯级利用，不仅造成煤炭资源高值成分的浪费，而且导致煤制油气的煤化工路线长、效率低，同时排放大量污染物，使中国成为世界上排放SOx、NOx、灰尘最多的国家，而由煤炭利用方式排放的CO2已超过50亿t/a，使中国承受着来自国际社会的减排压力。而利用中低阶煤直接生产燃油和燃气，其能效可提高10%以上[4]，煤炭节省量、CO2和其他污染物的减排量均非常显著。显然，中低阶煤分级转化联产低碳燃料和化学品的路线将成为我国煤炭利用产业的战略需求。

2煤热解技术的研究现状

在上述技术思路的指导下，以热解技术为先导的煤综合利用技术逐渐受到各研究所和高校的关注。中国科学院过程工程研究所自20世纪90年代开始，对煤热解技术的基础理论、工艺和设备等方面进行了系统研究，获得了国家科技部863、973项目以及中科院知识创新工程方向项目的支持，该研究的核心技术已获得了多项国家发明专利。中国科学院过程工程研究所采用下行床热解反应器，与循环流化床耦合以实现工艺系统的集成。先后建立了煤处理量8kg/h和30kg/h的耦合提升管燃烧的下行床热解拔头实验装置[5]，并建立了与75t/h循环流化床锅炉耦合的煤处理量为5t/h的中试装置，进行了热态实验，对低挥发分的次烟煤，焦油产率为8.1%，煤气产率为7.4%，值得注意的是煤气中甲烷含量较高（28.70%），充分体现了煤低温快速热解后煤气成分的特点。2009年获得中国科学院知识创新工程重要方向项目“煤热解与焦油高值利用技术平台及中试”的支持，将在廊坊基地配套建成10t/d的下行床热解器中试平台和700kg/d的煤焦油分离加氢精制中试平台，现已基本完成装置的搭建，预计于2012年底完成中试装置的调试。浙江大学以循环流化床固体热载体供热的流化床热解技术为基础[6]，与淮南矿业集团合作开发的示范装置于2007年8月完成72小时的试运行，获得了工业试验数据。该工艺的热解器为常压流化床，用水蒸气和再循环煤气为流化介质，运行温度为540~700℃，粒度为0~8mm的煤经给煤机送入热解气化室，热解所需要的热量由循环流化床锅炉来的高温循环灰提供，热解后的半焦随循环灰送入循环流化床锅炉燃烧，燃烧温度为900~950℃。12MW工业示范装置的典型结果为：热解器加煤量10.4t/h，焦油产量1.17t/h，煤气产量1910Nm3/h，煤气热值23.11MJ/Nm3，所得焦油中沥青质含量为53.53%~57.31%。中国科学院工程热物理研究所开发了基于流化床热解的示范装置[7]，2009年5月与陕西省神木县煤化工产业发展领导小组办公室共同确定神木10t/h固体热载体粉煤快速热解制油项目，正在进行中试试验。中国科学院山西煤炭化学研究所开发了基于移动床热解装置的多联供技术[8]，与陕西省府谷恒源煤焦电化有限责任公司合作，建成了与蒸发量75t/h循环流化床锅炉匹配的热解中试装置。采用府谷西岔沟烟煤，在600℃下热解，得到的产物结构中，焦油产率约为6%，煤气产率约为8%，半焦产率约为75%。#p#分页标题#e#

3以热解技术为先导的煤综合利用及能效分析

根据我国低阶煤为主的煤炭资源特点，提出了以热解为先导的煤综合利用的战略思路，工艺路线如图1所示。该思路结合了煤的结构特点，根据综合利用、分级转化、污染治理、品位提高的原则，对烟煤、褐煤等年轻煤进行加工，借助快速加热、快速分离、快速冷却的技术，从煤中提取具有高附加值的富氢液体产品（尤其是一些目前难以直接合成的酚及作为液体燃料的碳数在7~20左右的中烃），同时可获得中热值煤气和高热值半焦，与先进的燃烧技术（如超超临界发电技术）结合，或者与气化技术结合，实现先进的多联产系统，提高煤炭整体利用效率。热解过程还可将煤中部分硫、氮等污染元素富集于热解油和煤气中，可对它们实施更有效的低成本脱除，并通过降低半焦燃料中的这些污染元素含量而减少燃烧过程中硫、氮氧化物的排放，同时可使半焦产生单位能量所消耗的C降低，有利于减少CO2排放，从而实现煤炭资源与能源价值的梯级、高效转化和清洁利用。根据现有的实验结果和评价体系[9-12]，对上述以煤热解为先导的煤综合利用模式进行了能效和过程的碳排放分析（图2），并对当前煤化工相关产品的单位能耗、煤耗和排碳量进行了比较。由分析结果可知，以热解为先导的煤先进发电、F-T合成油和制天然气的工艺路线，综合能效分别为49.5%、46%和55.1%，比目前较先进的IGCC（IntegratedGasificationCombinedCycle）（46%）、F-T合成油（41%）和煤制天然气（54%）分别高3.5%、5%和1.1%。碳排放是指生产过程中排放的CO2当量与输入总煤量的比值。比较不同路线的碳排放，热解为先导的先进发电、F-T合成油和制天然气过程的碳排放分别为1.61、1.26、1.19，比目前较先进的IGCC（2.07），F-T合成油（1.57）和煤制天然气（1.47）分别低0.46、0.31、0.28。上述分析表明，以热解为先导的煤综合利用技术具有更高的利用效率和更低的碳排放，表明其更具先进性，是未来煤炭利用的重要发展趋势之一。

4以煤热解技术为基础的分级混合发电技术

上述以热解为先导的煤高值化、清洁与综合利用，可克服煤的单一利用模式，实现煤的分级转化，是一种充分反映国家战略需求的新型煤利用途径。而且，中国对热解技术拥有完整的自主知识产权，技术路线本身也符合中国煤炭资源的特征。因此，基于煤热解的技术路线可推广应用于中国的大部分热电及合成气生产过程，实现燃烧和气化用煤的高值与综合转化，而生成的油气产品又能弥补国家在油气资源上的不足和紧张。因此，在前期技术研究的基础上，中国科学院过程工程研究所又提出了基于煤热解的分级混合发电技术[14]，利用低温热解技术对煤进行分级提取并利用。其工艺具体为，将产生的焦油提纯精制生成高品位化学品和液体燃料，产生的热解气用于燃气轮机发电，将热解半焦作为高品位清洁燃料在锅炉内燃烧，产生的蒸汽用于汽轮机发电。该技术是一种利用煤炭本身组成与结构特征实现燃料分级转化、煤清洁高效利用的最佳方式之一。虽然煤热解的油气产率远低于液化和气化过程，但煤热解工艺转化条件温和、工艺流程短、煤种适应性宽、能效高、水耗低、油和气的热值较高。据估算，利用煤热解的混合发电效率为47%~50%，高于IGCC（46%）和超超临界（45%）的发电技术，而成本和复杂性较IGCC大大降低。另外，目前国内存在的很多中小型热电厂，主要采用锅炉燃烧蒸汽发电系统，效率较低，发电效率仅为36%，而且轮机发电效率随容量增大而带来的影响并不大，因此，可通过热解为基础的分级混合发电技术，热解半焦进入原系统发电，油气产品用于燃气–蒸汽联合循环发电，其系统效率可达42%。总之，该技术不仅可用于大型发电厂，达到目前现有煤炭发电系统的最高效率，还可用于采用中、高压参数的小型发电机组，且对小型机组发电效率提高的幅度更大，可实现节能减排的战略指导作用。目前，中国科学院过程工程研究所正在廊坊基地建设煤处理量为3000t/a的热解中试平台与700kg/d的煤焦油分离加氢精制中试平台，以及集成分级混合发电技术的中试平台，并将与冀州热电厂合作进行示范工程，针对电厂现有的2×130t/h锅炉+2×25MW蒸汽机组（发电效率为31%）进行改造，利用分级混合发电技术改造后的2×30t/h锅炉+2×25MW蒸汽机组+30MW燃气机组，综合发电效率可达38%，据估算，可节约标准煤8.5万t/a，CO2减排量可达21.33万t/a。该计划将于2013年底完成调试。

5“低碳”煤热解技术发展的关键问题

目前，在煤炭分级转化技术方面虽然已有较好的积累，但是在分子水平上对煤的结构特征和核心化学反应规律的认识还处于统观和模糊的水平，对传递和反应工程及过程调控的认识还处于经验层面，对复杂产物的组成特征和分离行为仍了解不够，因而过去的工艺大都止步于粗放开发，产品附加值不高。因此，实现煤的高效清洁燃烧和转化不能仅仅依赖对煤炭组成的宏观认识，还必须从分子水平上认识物质的组成和结构，认识不同条件下的化学变化及反应行为。煤炭组成、结构和性质的复杂性决定了其能源合理利用形式的多样性和综合性。显然，进一步加强对分子水平煤结构的认识，揭示自由基反应调控原理和过程强化机制，建立煤结构和热解反应行为间的关系，是煤分级转化利用技术取得突破的关键。