对复杂能量系统进行能源-经济-环境多角度综合评价和分析是众多工业领域的实际需求。本书介绍燃煤电站过程模拟、热力学分析、热经济学分析的基本概念、基本模型和基本方法，其中过程模拟包括稳态过程模拟(仿真)和动态过程模拟，热力学分析包括常规分析和动态分析，热经济学分析包括技术经济评价、热经济学成本分析、热经济学故障诊断、热经济学系统优化和环境热经济学成本分析。本书各章节内容可相对独立应用于复杂能量系统的描述和分析，也紧密关联自成体系，过程模拟为热力学分析提供所需的物流和能流数据，而热经济学建模是以分析和技术经济评价为基础的。本书虽以常规燃煤电站和富氧燃煤电站为主要研究对象，但所介绍的方法及理论也可应用到其他能量系统。
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前言
第1章 绪论 1
1.1 燃煤电站 1
1.1.1 常规燃煤电站 1
1.1.2 富氧燃煤电站 2
1.2 过程模拟(仿真) 3
1.2.1 功能与实现 3
1.2.2 过程控制与优化 6
1.2.3 过程综合与集成 7
1.3 热力学 8
1.3.1 热力学方法简介 8
1.3.2 分析 9
1.3.3 热力学与过程控制 11
1.4 热经济学理论 11
1.4.1 热经济学成本分析 13
1.4.2 热经济学故障诊断 16
1.4.3 热经济学系统优化 20
1.4.4 热经济学环境评价 24
1.5 本书主要结构 27
参考文献 28
第2章 稳态过程模拟和仿真 38
2.1 基于黑箱模型的常规燃煤电站稳态仿真 38
2.1.1 热力系统模型描述 38
2.1.2 水和水蒸气热力学模型 39
2.1.3 热力学稳态数学模型 44
2.1.4 仿真模型求解方法 58
2.1.5 仿真结果及模型验证 58
2.1.6 灵敏性分析 60
2.2 基于Aspen Plus的常规燃煤电站稳态过程模拟 65
2.2.1 Aspen Plus过程模拟软件介绍 65
2.2.2 常规燃煤电站Aspen Plus建模 66
2.3 富氧燃煤电站稳态过程模拟 75
2.3.1 富氧燃煤电站Aspen Plus建模 75
2.3.2 过程模拟结果 79
2.3.3 关键参数分析 82
2.4 本章小结 90
参考文献 91
第3章 热力学分析和评价 93
3.1 分析方法 93
3.1.1 物理 94
3.1.2 化学 94
3.2 常规燃煤和富氧燃烧电站的分析 97
3.2.1 锅炉系统 97
3.2.2 汽水循环系统 104
3.2.3 深冷空分制氧系统 105
3.2.4 CO2压缩纯化系统(CO2 compression purification unit，CPU) 106
3.2.5 富氧燃烧全流程系统 107
3.3 其他能量系统的热力学分析 109
3.3.1 整体煤气化联合循环燃烧前碳捕集系统 109
3.3.2 煤化学链燃烧发电系统 113
3.3.3 氧-水蒸汽燃烧中碳捕集系统 115
3.3.4 煤分级利用-化学链氧解耦燃烧系统 117
3.4 本章小结 120
参考文献 121
第4章 动态过程模拟 123
4.1 动态建模 124
4.1.1 动态建模的方法 124
4.1.2 富氧燃烧锅炉岛动态建模 125
4.1.3 深冷空分系统动态建模 128
4.1.4 CO2压缩纯化系统动态建模 132
4.1.5 富氧燃烧锅炉岛-制氧-压缩纯化全流程系统动态建模 136
4.2 富氧燃烧锅炉岛动态模拟 136
4.2.1 控制系统设计 137
4.2.2 富氧燃烧锅炉岛动态特性 140
4.2.3 富氧-空气燃烧工况切换 147
4.2.4 控制方案比较 151
4.2.5 进一步的改进 156
4.3 CO2压缩纯化单元(CPU)动态模拟 157
4.3.1 CPU控制系统设计 157
4.3.2 CPU动态特性 159
4.3.3 CPU控制方案比较 163
4.3.4 不确定度分析 165
4.4 深冷空分制氧单元动态模拟 166
4.4.1 ASU控制系统设计 166
4.4.2 ASU运行模式和运行策略分析 169
4.4.3 ASU控制方案比较 175
4.4.4 进一步的改进 178
4.5 富氧燃烧锅炉岛-制氧-压缩纯化全流程系统的动态模拟 179
4.5.1 控制结构 179
4.5.2 动态特征 179
4.6 本章小结 182
参考文献 182
第5章 动态分析 185
5.1 动态方法 185
5.1.1 动态计算 187
5.1.2 动态评价 187
5.2 富氧燃烧锅炉岛系统动态分析 189
5.2.1 稳态建模与仿真 189
5.2.2 动态建模与仿真 189
5.2.3 值计算 190
5.2.4 动态特性 191
5.2.5 运行工况能耗 195
5.2.6 运行参数灵敏性 197
5.2.7 控制罚值与控制成本 197
5.3 CO2压缩纯化单元动态分析 198
5.3.1 稳态建模与仿真 198
5.3.2 动态建模与仿真 198
5.3.3 值计算 199
5.3.4 动态特性 199
5.3.5 运行工况能耗 201
5.3.6 运行参数灵敏性 202
5.3.7 控制罚值与控制成本 202
5.4 深冷空分制氧系统动态分析 203
5.4.1 稳态建模与仿真 203
5.4.2 动态建模与仿真 203
5.4.3 计算 203
5.4.4 动态特性 204
5.4.5 运行工况能耗 207
5.4.6 运行参数灵敏性 209
5.4.7 控制罚值与控制成本 209
5.4.8 不同控制策略与系统的能耗比较 210
5.5 本章小结 210
参考文献 211
第6章 技术经济评价 212
6.1 技术经济评价的基本流程 212
6.2 成本计算方法 213
6.2.1 各项生产成本计算方法 213
6.2.2 基于成本计算方程估计投资成本 214
6.2.3 发电成本、CO2减排成本和CO2捕集成本的计算方法 216
6.3 常规燃煤电站发电成本 217
6.3.1 典型2×600MWe燃煤电站发电成本计算 217
6.3.2 其他功率燃煤电站发电成本比较 220
6.4 富氧燃烧电站技术经济评价 220
6.4.1 富氧燃烧电站成本计算 220
6.4.2 发电成本 222
6.4.3 CO2减排成本 227
6.4.4 CO2捕集成本 228
6.4.5 碳税和CO2出售的影响 230
6.4.6 灵敏性分析 231
6.5 化学链燃烧电站技术经济评价 234
6.5.1 常规循环流化床锅炉燃煤电站 235
6.5.2 CLC电站成本计算 236
6.5.3 发电成本 239
6.5.4 CO2减排成本 241
6.5.5 CO2捕集成本 241
6.5.6 灵敏性分析 241
6.6 本章小结 245
参考文献 246
第7章 热经济学成本分析 249
7.1 热经济学建模的基本原理 249
7.1.1 成本的概念 250
7.1.2 集成度和物理结构 251
7.1.3 燃料-产品定义 252
7.1.4 生产结构 254
7.1.5 特征方程 254
7.2 成本建模 257
7.2.1 损和单位耗 257
7.2.2 成本 259
7.2.3 比损和比不可逆成本 260
7.2.4 成本方程 260
7.3 热经济学成本建模 260
7.3.1 投资成本 260
7.3.2 投资成本估算方法 261
7.3.3 热经济学成本方程 261
7.4 常规燃煤电站热经济学成本评价 263
7.4.1 成本分析 263
7.4.2 热经济学成本分析 264
7.4.3 灵敏性分析 265
7.5 富氧燃烧系统热经济学成本分析 267
7.5.1 成本分析 267
7.5.2 成本分解 271
7.5.3 热经济学成本分析 274
7.6 CO2压缩纯化单元(CPU)热经济学成本分析 280
7.6.1 CPU的成本方程 280
7.6.2 CPU的热经济学成本方程 282
7.6.3 CPU的成本分析 283
7.6.4 CPU的热经济学成本分析 283
7.7 深冷空分制氧单元(ASU)热经济学成本分析 284
7.7.1 ASU的成本方程 284
7.7.2 ASU的热经济学成本方程 286
7.7.3 ASU的成本分析 287
7.7.4 ASU的热经济学成本分析 287
7.8 本章小结 287
参考文献 288
第8章 环境热经济学成本分析 290
8.1 环境热经济学成本建模 291
8.2 富氧燃烧电站环境热经济学成本分析 292
8.2.1 脱除模型 295
8.2.2 环境损害模型 296
8.2.3 税收模型 296
8.2.4 结果比较与分析 297
8.3 本章小结 301
参考文献 301
第9章 热经济学故障诊断 302
9.1 基本原理和概念 303
9.1.1 故障和燃料影响 303
9.1.2 故障和障碍 304
9.1.3 内在故障和诱导故障 304
9.1.4 故障诊断系统的构建 305
9.2 热经济学故障诊断过程 307
9.2.1 故障和障碍分析 307
9.2.2 燃料影响公式 308
9.2.3 燃料影响表 310
9.3 热经济学诱导故障评价方法 311
9.3.1 诱导故障评价的基本原理 311
9.3.2 诱导故障的微分评价方法 313
9.4 常规燃煤电站故障诊断结果分析 315
9.4.1 特征变量的选择 316
9.4.2 单个故障的分析 317
9.4.3 多个故障的分析 321
9.5 本章小结 323
参考文献 324
第10章 热经济学系统优化 326
10.1 基本原理和概念 327
10.1.1 系统优化的三个阶段 327
10.1.2 系统优化的主要步骤 328
10.1.3 解决优化问题的数学方法 330
10.2 热经济学系统优化的方法 332
10.2.1 优化范围及系统自变量的确定 333
10.2.2 全局优化 333
10.2.3 局部优化 335
10.3 常规燃煤电站热经济学优化结果 335
10.3.1 全局优化与局部优化结果对比 335
10.3.2 最优工况下热经济学分析结果 337
10.3.3 系统灵敏度分析 339
10.4 本章小结 343
参考文献 344
第11章 总结与展望 346
11.1 能量系统的过程模拟和热力学分析评价 346
11.1.1 过程模拟与仿真 346
11.1.2 热力学分析和评价 347
11.2 能量系统的热经济学分析和评价 347
11.3 能源-经济-环境综合评价的发展趋势 348
参考文献 349
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