怎样提高化石燃料的燃烧效率

【专家解说】：化石燃料的高效利用
基于热力学第二定律的煳分析不断深化了人们对能量和能量转换过程的认识.能量梯级利用理论的不断发展,对促进化石燃料高效利用起到了重要作用.
2.1 化石燃料的能量直接释放
燃烧是化石燃料释放其蕴含能量的基本方式.燃气轮机就是利用了燃烧过程和膨胀过程将化石燃烧转化为电能.人们发现单机热效率提高的幅度不会很大,原因膨胀透平排气带走的能量占很大比例.通过把燃气轮机与其他用能系统联系起来,综合考虑整个系统的能流安排,合理利用燃气轮机的余能,可以提高总的能源利用水平.按照能量品位的高低进行利用,总的安排好功、热(冷)与工质内能等各种能量之间的配合关系与转换利用；在系统的高度上,总体综合利用好各级能源,可以取得更有利的总效果阴.
吴仲华提出了能源利用必须“分配得当、各得其所、温度对口、梯级利用”,才能达到最有效的目的.温度对口、梯级利用的热力系统的典型例子有联合循环、热电联产、分布式能源等.
(1)联合循环.联合循环能明显提高系统的热效率,例如天然气基联合循环,可以使得发电热效率达到50％以上.联合循环可以分成燃气轮机一蒸汽轮机联合循环、注蒸汽燃气轮机循环、卡林纳循环和三重郎肯循环等.
(2)热电联产.热电联产是热机输出机械功或电能的同时,还生产工艺用热或生活用热,又称为热电并供或者功热并供.冷热电联产可以大幅度提高化石燃料的能量利用效率.热电联产取代小锅炉运行以后,节煤30％以上.热电比高的企业的综合热效率达60％以上.
(3)分布式能源.分布式能源也称分散式能源,它通过分稀在用户端的小型、微型智能化能源梯级利用系统,以及与之配合的各种可再生能源,就近满足用户对电力、热力、制冷、生活热水、除湿等多方面的需求.分布式能源的原则是综合利用、梯级利用,不是以发电为主要目的,而是根据用户的需求综合而定的.分布式能源实现了对资源的深度综合利用,将生产输送环节的损耗降至最低,从而达到高效利用燃料的目的.
以上的化石燃料的能量转化与利用,主要集中在热力循环对燃烧热的高效利用上,尽量对燃烧后的热量“吃干榨尽”.但化石燃料直接燃烧过程是其能量转化过程中煳损失最大的部分.
2.2化石燃料的能量“转化”释放与热量利用
近些年来,随着对能量品位(或能量品质)认识的加深,人们相继突破传统热转换的认识,探索利用化学转化实现化石燃料的高效利用方式.一个典型的新方式是化学回热燃气透平循环,简称化学回热循环.该循环关注通过清洁合成燃料代替传统的化石燃料.另～个是化学循环(Chemical looping)燃烧.它把传统的燃烧方式分解成两个过程：金属氧化物被化石燃料还原单元和金属被空气氧化单元.
化学回热循环作为一种新颖有前途的天然气发电系统,具有低排放、高效率和余热回收装置相对简单等优点,因而成为动力循环研究的热点之一.以下简要介绍化学回热循环的研究进展.Olmsted等人首先提出利用化学反应回收透平排气的废热来提高燃气轮机的效率.化学回热循环的特点在于系统回收透平高温排气的余热,用于甲烷、甲醇或二甲醚等燃料进行转化反应,将其转化为H2和CO的中间燃料.转化后的气体在燃烧室中燃烧,产生的高温气体进入透平膨胀作功.
在化学回热反应循环中,提高反应中燃料的转化率是提高系统能量利用效率的关键因素之一.为了提高燃料的转化率,一方面,曹文和郑丹星以及王志方指出提高原料中C02的含量,并可以降低甲烷C02转化和氢气逆变换反应的温度；另一方面人们对较低温度下能发生转化的燃料如甲醇、二甲醚等进行了研究.洪慧和金红光等人提出了中低温余热与甲醇化学问冷相结合热力循环,探讨中低温余热与清洁合成燃料间接燃烧相结合的能量释放新思路.苟晨华和蔡睿贤等人提出了一种甲醇燃料燃气轮机循环,以甲醇分解反应吸收压气机出口空气的低温热,使其转化为高品位化学能；同时得到预冷的空气参与回热,以提高透平排气余热回收效果.
这些新颖的化学回热循环关注化石燃料化学能与统内透平排气废热,促进了化石燃料的能量充分利用,但无法解决资源有限的问题.