研究目标： 研究先进能源动力系统的模拟、集成和设计，揭示系统全息性能与规律，实现系统优化综合，形成改进系统和发明能源高效洁净经济利用新系统的方法。掌握IGCC/联产系统及其近零排放系统、先进空气湿化循环（HAT）、分布式供能系统等的优化集成规律，建立关键部件设计技术基础，形成具有自主知识产权的系统设计技术。 主要研究内容： ● 关键单元与过程多粒度、全工况数学模型； ● 系统设计工况与变工况特性； ● 系统优化集成及设计； ● 系统动态特性、优化运行策略及控制规律； ● 系统不确定性与柔性分析； ● 系统虚拟示范； ● 系统技术、经济与环境综合评价方法； ● 全局优化数值方法和拟自然演化算法； ● 能源动力系统分析与集成的软件平台； ● 空气湿化循环系统集成与优化配置技术； ● 高压空气湿化技术； ● 湿空气燃烧机理及燃烧室设计； ● 新型水和潜热同步回收利用技术； ● 两相流动及传热传质强化技术； ● 系统运行于控制技术； ● 基于先进动力循环的分布式供能技术； 主要承担课题： ● 总能系统的优化、综合与创新（973课题） ● 煤炭联产系统的集成与优化设计平台（中科院知识创新工程重大项目课题、863课题） ● IGCC与联产系统优化集成及设计技术（863课题） ● 总能系统的优化、综合与创新（973项目 课题） ● 湿空气透平（HAT）循环的关键技术（中科院知识创新工程重大项目课题） ● 基于湿空气透平循环的分布式功能系统研究（国家自然科学基金课题） ● MW级燃气轮机分布式冷电联产技术集成与示范研究（863课题子课题） ● 基于空气湿化循环的分布式电热冷联供关键技术研究（863专题） 主要技术及成果： 自主发展了不同层次、不同粒度的各类加压气化、气/液相甲醇合成、空分、燃合成气的B级和E级燃气轮机、燃气轮机冷却信息推测等模型，计算结果与公开发表的文献数据或现场运行数据吻合较好，并成为多个IGCC和联产示范工程技术方案的计算依据。在流程结构与参数同步优化中，将确定性和全局优化算法相结合，在换热网络优化综合方法上取得了进展，在热集成方面发挥了有效的作用。集成多种模拟、分析及优化软件，结合自主开发的、基于面向方程法的计算软件，形成煤炭联产系统综合分析与集成软件平台，具备联产系统建模、模拟、优化综合等多项功能，为煤炭联产系统集成与优化研究提供了一个实现、分析和管理工具，在煤炭联产系统的研究手段上取得突破。揭示了单元工作条件改变、系统流程结构改变对联产系统总体性能的影响规律，掌握了影响系统性能的关键参数，从系统高度研究各生产过程的相互连接和物质、能量耦合。基于现有成熟单元技术创建出典型甲醇动力串并联联产系统的优化集成方案，基于单元技术发展创建出典型甲醇动力串联联产系统的优化集成方案，充分发挥了联产对能源资源的高效、洁净和经济利用的潜力和优势。获得了上述两类典型系统的全工况特性。针对联产系统的复杂性，提出了基于热力学第一和第二定律的“系统总能利用率”评价方法；针对气化单元，提出了更适合于IGCC系统的“燃料全冷煤气效率”评价方法，为IGCC/联产系统的综合、合理评价提供了参考依据。 系统研究方面，自主开发形成了HAT循环系统分析及优化的方法、模型及软件，提出了多种燃天然气、燃煤、燃生物质的HAT循环流程的典型系统和微燃机HAT循环与地下水源热泵复合的分布式供能系统方案，奠定了HAT循环在分布式系统和煤炭联产系统中应用的理论基础。关键技术研究方面，在湿化、湿燃烧及水回收等循环关键技术上取得了突破。建立了包括排气含湿量达100g/kg的加压湿化器、直接接触式烟气水回收和空气含湿量500g/kg的高湿度空气燃烧装置等实验平台。创造性的提出了具有国际领先水平的低推力旋流喷雾湿化器、变几何喷嘴湿空气燃烧室和开式吸收式热泵水和余热同步回收装置的设计方案，并在实验中得到验证。 
60MWe级煤气化发电及24万吨甲醇/年联产示范工程系统方案 
HAT循环关键技术研究 |
能源科技创新战略