国际电气工程先进技术译丛 零排放动力循环.pdf

国际电气工程先进技术译丛零排放动力循环（乌克兰）（波兰）著（乌克兰）段立强 等译机 械 工 业 出 版 社本书介绍了不同类型的 零排放动力循环，包括带有外部供氧的零排放准联合循环、带有富氧燃烧的零排放活塞发动机循环、利用光合作用的太阳能转化和零排放的富氧燃烧循环等，并分析和对比了各循环的特点和性能。还介绍了组成这些循环的关键集成技术，如氧离子传输膜以及用于分析循环所用的各种辅助计算工具等。本书可以作为高等工科院校与能源动力系统相关专业的在校本科生，从事 减排研究的硕士生、博士生及相关工程技术人员的参考用书。，：，；（），本书中文简体翻译版授权由机械工业出版社独家出版，未经出版者书面许可，不得以任何方式复制或发行本书的任何部分。本书版权登记号：图字 号。图书在版编目（）数据零排放动力循环（乌克兰）杨托科夫斯基（，）等著；段立强等译，北京：机械工业出版社，（国际电气工程先进技术译丛）书名原文：零 杨段 零排放 动力工程 循环 中国版本图书馆 数据核字（）第 号机械工业出版社（北京市百万庄大街 号邮政编码）策划编辑：刘星宁版式设计：霍永明责任校对：马精明责任印制：刘星宁 责任编辑李秋荣 封面设计 年 10 月第 版第 次印刷 印张 千字 3000 册标准书号：定价：元凡购本书，如有缺页、倒页、脱页，由本社发行部调换电话服务网络服务社 服 务 中 心：（）销 售 一 部：（）销 售 二 部：（）门户网：教材网：读者购书热线：（）封面无防伪标均为盗版78.00乔 宇北京机工印刷（三河市南杨庄国丰装订厂装订）译者序进入 世纪，人类遭遇到两大全球性的瓶颈问题：一个是化石能源短缺问题；另一个是环境恶化问题，尤其是利用化石燃料排放的大量 导致的温室效应问题越来越严重，给全球生态环境、气候变化带来严重的危害。因此，如何从各种燃用化石燃料的动力系统中捕获和封存（，）甚至有效利 用 它，即 捕 获 利 用 和 封 存（，），无疑成为目前全球关注和研究的热点问题。鉴于此，机械工业出版社及时引进了本书的英文原版，可谓是契合了时代的需求。本书共分 章，第 章介绍了全球气候变化的原因及有争议的一些论点；第 章介绍了捕获 的各种方法及学者们提出的各种典型 零排放动力系统；第 章介绍了 热物性以及带有外部供氧的 零排放准联合循环系统；第 章介绍氧离子传输膜特性以及化学链燃烧特点；第 章介绍了不同类型用于不同功能集成氧离子传输膜采用富氧燃烧的 零排放动力循环（）；第 章针对 循环以及关键单元氧离子传输膜进行了详细模拟分析；第 章介绍了带有富氧燃烧的零排放活塞发动机以及采用不同燃料时的经济性能；第 章介绍了利用光合作用的太阳能转化系统和零排放富氧燃烧，尤其藻类养殖利用等；第 章介绍一些用于计算的常用工具以及涉及的相关概念等；第 章介绍了作者给都柏林理工大学给学生和教师作的两次讲座内容；第 章作为全书的结束语。本书理论联系实际、内容丰富、图文并茂、叙述详细，介绍了不同类型的 零排放动力循环类型、特点以及组成这些循环所需要的主要集成技术，包括集成生物质能及太阳能利用的新方法和途径。为人类应对全球温室效应，大幅减排 提供可行的途径。本书可以作为高等工科院校与能源动力系统有关专业的在校本科生，从事 减排研究的硕士生、博士生及相关工程技术人员的参考用书。本书由华北电力大学段立强副教授负责全书的译校、审校、定稿及排版。本书共 章，各章初译的执笔人为：第、章由黄科薪译；第、章由杨阳译；第 章由张素华译；第、章由李冉、潘翔及陈新明译；第、章由段立强译。以上译者除段立强为华北电力大学的教师外，其余人员均为华北电力大学的研究生。需要说明的是，本书译者是在忠实于原书的基础上翻译的，书中观点并不代表译者本人及其所在单位的观点。我们相信，本书的翻译出版将对基于化石燃料系统减排 具有重要的指导和参考作用。由于译者水平及时间有限，译文中的错误和不妥之处在所难免，敬请各位专家、读者给予批评指正。译者 年 月零排放动力循环前言本书的主要思想开始于早期与 、和 教授们的讨论。目前本书编辑了从 年作者单独发表或与同事（包括 、和 教授们）共同发表的文章。我衷心感谢他们允许我整合并采用他们的研究成果。这些文章都列在了参考文献中。在 世纪初，采用在材料、燃烧技术、冷却技术领域的发展以及创新性的循环手段来实现基于化石燃料的无污染发电是可能的。美国和欧洲已经提出了一些替代的方法来实现基于化石燃料的无污染发电，并且这些方法也在一直在不断更新和改进中。为了对教学界、工业界以及管理人员有潜在的好处，本书也描述和评估了目前存在的各种方法。本书并不详细介绍所谓的可再生技术，如光伏发电（太阳电池）、风力机、潮汐能利用系统或地热系统，因为这些系统并不采用燃烧化石燃料方式发电。本书的焦点集中在燃用化石燃料且无污染的发电系统。目前已经涌现出各种各样的替代技术，我们在这里力图介绍这些技术以及它们的优缺点。本书中的主题以及所描述的相关技术在不断地发展，但是这些系统的基本的概念以及运行特性并不会在未来几年发生重大变化。我们坚信选择在这个时机记录和描述一些新出现的技术是合适的。为了减少排放，八国集团领导人峰会设立了在 年前减排 的目标，涉及数万亿美元资金，会带来建造数百座零排放电厂的重大商机。本书第 章和第 章由 编写，第 章和第 节由 编写。我衷心感谢清洁能源系统公司的主要研究人员 博士和 博士在编辑本书前两章给予的大力帮助以及图书出版商给予的精神上的支持。德国亚琛作 者 简 介 博士于 年出生在乌克兰的哈尔科夫。他的主要研究领域为磁流体发电机和泵、热泵、带有膜分离氧用于富氧燃烧的零排放电厂、能量和流以及经济学。教授毕业于哈尔科夫航空学院，之后到 工作，致力于制造水上飞机。在 年，他又回到哈尔科夫并且在一个大型电子厂工作，他负责检测电机中空气和热流。他作为大型同步电动机的设计者工作的时间并不长。年，他成为哈尔科夫磁流体动力学实验室的主任，在那里制造并检测了磁流体液态金属发电机，该发电机意图为到火星的宇宙飞船提供动力。教授作为资深研究员于 年加入了 能源学会，并且在 年开始为工业动力学学会工作。年，教授是俄罗斯科学院能源研究所的主要研究人员。他也去欧洲和美国进行了多次访问讲学。作为作者，教授出版了 本书，并用英语发表了近 篇论文（包括 年的“无废气排放的燃用化石燃料电厂热力学分析”以及 年的“可再生甲烷的定义”）。他目前住在德国的亚琛。（来源于 世纪创始人，中心，页）博 士 于 年 出 生 于 波 兰 的。他是应用热科学以及能量转换系统的专家。他对热力学和流量过程模拟中的浓密气体现象问题尤其感兴趣。在 多年的职业生涯中，他作为一名燃气轮机设计工程师工作在航空工业。从 年开始，他成为 技术大学机械与航空系以及城市环境工程系的一名教师和副教授。他是 的一名会员，也是波兰科学院两个委员会的成员。博士在 年作为一名访问教授工作于墨西哥国立自治大学，并在欧盟许多国家做过讲学交流。于 年出生于乌克兰的。在 年期间，他参加了第二次世界大战，包括柏林风暴战役。在 年期间，他进入了哈尔科夫理工学院，接下来的 年他在活塞发动机厂作为涡轮机和增压器的设计师。他在哈尔科夫理工学院内燃机系工作了 年，历任讲师、副教授和教授。在教学的同时，他也参与了用于运输和工业柴油机的科学研究。他多年担任一家大型哈尔科夫制造厂的顾问，该厂主要生产用于运输工具的柴油机。教授已经在技术杂志上发表约 篇论文并且出版了 本书。从 年起，他居住在德国。作 者 简 介目录译者序前言作者简介缩略语表第 章 充满争议的未来 介绍和预测 气候变化的原因 有争议的观点 在零排放电厂（）中不可避免的 捕获 碳氢燃料的起源 由 和正硅酸铁形成甲烷的反应热力学 紧迫的任务 捕获 参考文献第 章 零 排放循环回顾 碳捕获方法 早期的尝试 工业界首次关注 后续的进展 集成氧离子传输膜的 循环 零排放机动车循环 主要的部分（见第 章）走向零排放工业 一篇重要的论文 一些额外的评论 参考文献第 章 带有外部供氧的 零排放准联合循环 热力学特性，纯 及混合物 气体混合物 实际气体条件下压缩机和透平效率 纯 作为工质的零排放动力循环的详细模拟 参考文献第 章 氧离子传输膜 能斯特效应 用于 的氧离子传输膜反应器 化学链燃烧 参考文献第 章 循环及其变形 带有独立 且燃烧煤粉的 循环 将 与燃烧室集成到一起的燃气的 循环 一座带有供热和制冷功能的零排放锅炉房 一个采用透平的交通运输动力单元 一个零排放航空发动机 一个无烟膜式加热器 一个零排放朗肯循环 整合 燃烧室的锅炉 参考文献第 章 循环的详细模拟 作为工质的透平机械 循环分析 将燃烧室和 反应器集成到一起的 循环 氧传输膜装置的模拟 结果和讨论 参考文献第 章 带有富氧燃烧的零排放活塞发动机 罪魁祸首 零排放膜活塞发动机概述 带有高氧气浓度的 增加热化学回热器（）用于活塞发动机的膜反应器 零排放涡轮柴油机 用于涡轮柴油机的膜反应器 应用实例 用于涡轮柴油机的高温热交换器 采用不同燃料 的经济性目 录 带有变压吸附分离氧气反应器的活塞式发动机 提出的流程图 从空气中分离氧 计算结果 增强石油回收（）的三联供系统 参考文献第 章 利用光合作用的太阳能转化和零排放的富氧燃烧 生物质燃烧 这是一种可持续的能源吗？藻类养殖和利用的短暂历史 什么是石莼？海藻用作一种可再生燃料 以色列和意大利的大海藻养殖 能量流密度 动力系统展望 汽化 海水淡化 与 年的首个 版本的对比 参考文献第 章 相关的计算工具 什么是？自然的问题 山地自行车 瀑布 卡诺类比 热摩擦 一个警告 橡胶气球 是什么？参考状态 的单位 效率 损失在哪儿？的流向 来自海洋的 热量的归宿 神奇的数字零排放动力循环 经济学 与货币 经济学的主要指标 投入模型 直流导电体 穿过壁面的传热 热绝缘的优化 活塞发动机的热化学回热器的转换 计算的例子 中的过程 平衡 计算结果 流通学作为一个中间文件 散废形式方程 作为负熵的信息 热电荷 广义摩擦理论 一些方程式 冲量守恒 能量守恒 流矢量 传导、对流和辐射波传递 信息电效应期望 动力循环的帕累托最优解 坐标框架 投资和流动消耗 最小化 成本和污染优化 帕累托优化过程 实例说明 参考文献第 章 给都柏林理工大学学生和教师的两次讲座 禁止？放纵？（关于人类呼吸权和全球变暖问题）一个机械工程师的命运（教授于 年 月 日在都柏林理工大学的讲座）第 章 结束语目 录缩 略 语 表 先进的零排放发电 锅炉给水 压缩机 陶瓷自热回收 燃烧室 ，洁净能源系统公司 热电联产 控制 排放的回热型先进透平能源 冷却水 美国能源部 发电机 电动机 驱油回收 增强煤层甲烷气回收 欧洲航天局 燃料箱 温室气体 热交换器 高压 高压透平 高温透平 余热汽轮发电机 热交换器 国际能源署 燃料注入器 中压 中压透平 整体煤气化联合循环 离子传输膜 离子传输膜反应器（）空气 低位热值 低压 低压透平 由 和 提出的循环 混合导电膜 多级换热器 中压透平 天然气 氧离子传输膜 泵 活塞发动机 辐射器 再热器 固体氧化物燃料电池 空气透平压缩机 透平入口温度 水分离器 零排放煤联盟 零排放膜式活塞发动机系统 零排放挪威气循环 零排放离子传输膜富氧燃烧发电 零排放电厂缩 略 语 表第 章充满争议的未来 介绍和预测能源政策充满争议。一些人相信化石能源很快会枯竭，并且断言我们需要利用核能和可再生能源（太阳能、风能、地热能以及潮汐能），尤其是考虑到已经检测到的全球变暖形势。全球性的变暖是由地球空气的温室效应导致的。有人认为全球变暖主要是由于从电厂和汽车燃烧产物的排放导致的。也有人包括本书作者认为化石燃料（天然气和煤）是丰富的，至少可以满足本世纪的用能需求，而核能是危险的，并且德国政府永久关闭所有核反应堆的决定为世界上其他国家树立了一个先例。由于它们的高成本，可再生能源并不能主导本世纪的能源供应。国际能源署（）预测的 年世界能源结构分布如图 所示，该图说明了在能源供应上预测的能源结构变化趋势。图 国际