MCFC电化学脱除燃煤电厂烟气CO2集成研究

摘要

随着当今科技的快速发展，人们对能源的需求越来越高，而环境污染也日益严重，CO2作为导致温室效应的主要气体，引起了世界各国对CO2减排问题的关注。传统发电技术是CO2的最主要排放源，从传统发电技术中回收CO2是节能减排的最有效途径。本文以不回收CO2的常规燃煤电厂为基准系统，提出了集成熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)的回收燃煤电厂烟气CO2的复合动力系统，并利用Aspen Plus模拟软件建立复合动力系统模型，研究其发电效率和CO2捕获率等性能参数，在保证系统效率的前提下从系统的角度解决了CO2的排放问题。
　　首先，本文介绍了Aspen Plus软件并利用软件建立了MCFC本体模型，根据反应原理和数学模型对MCFC本体模型进行模拟验证。建立回收CO2的燃煤电厂集成MCFC复合动力系统，通过与不回收CO2的燃煤电厂基准系统对比，并对复合动力系统的关键参数进行灵敏度分析，结果表明回收CO2的复合动力系统在系统发电效率和CO2捕获率等方面具有明显优势。
　　其次，本文介绍了氧离子传输膜(OTM)的工作原理并提出了两种不同的集成OTM回收CO2的复合动力系统。一种是集成MCFC和OTM回收CO2并与低加集成的复合动力系统，该系统利用MCFC的高温排气余热为电厂给水系统加热，用换热器代替原低压加热器;另一种是中压缸排汽分流再热与MCFC和OTM集成回收CO2的复合动力系统，该系统从汽轮机中压缸出口抽出一部分蒸汽用MCFC的高温余热加热后通入与汽轮机低压缸并联的低压透平中做功。将不同的复合动力系统与基准系统比较，并针对主要参数对系统性能的影响进行分析，得到新系统在能量梯级利用方面具有明显优势，同时新系统的效率有所提高。
　　本文的研究成果对于燃煤电厂集成MCFC复合动力系统的设计提供了理论基础，为常规燃煤电厂低能耗回收烟气CO2提供了有价值的参考。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 燃料电池的研究动态

1．3 Aspen Plus简介

1．4 本文的主要内容

第2章 熔融碳酸盐燃料电池本体模型研究

2．1 前言

2．2 熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)

2．2．1 MCFC的反应模型

2．2．2 MCFC的数学模型

2．3 MCFC的模拟

2．3．1 MCFC模拟假设条件

2．3．2 MCFC模型流程描述

2．3．3 MCFC模拟结果

2．4 本章小结

第3章 回收CO2的常规燃煤电厂集成MCFC复合动力系统

3．1 前言

3．2 系统描述

3．2．1 不回收CO2的常规燃煤电厂发电基准系统

3．2．2 回收CO2的常规燃煤电厂集成MCFC复合动力系统

3．3 系统性能指标

3．4 模拟假设条件和模拟结果对比

3．4．1 模拟假设条件

3．4．2 系统模拟结果及对比分析

3．5 灵敏度分析

3．5．1 CO2利用率的影晌

3．5．2 燃料利用率的影响

3．5．3 电流密度的影响

3．6 经济性分析

3．6．1 假设条件

3．6．2 成本计算结果

3．7 本章小结

第4章 集成MCFC和OTM回收CO2并与低加集成的复合动力系统

4．1 前言

4．2 氧离子传输膜(OTM)

4．3 系统描述

4．3．1 集成MCFC回收CO2并与低加集成的基准系统

4．3．2 集成MCFC和OTM回收CO2并与低加集成的复合动力系统

4．4 模拟结果及对比分析

4．4．1 系统模拟主要参数

4．4．2 系统模拟结果及对比分析

4．5 新系统灵敏度分析

4．5．1 CO2利用率的影响

4．5．2 电流密度的影响

4．6 本章小结

第5章 中压缸排汽分流再热与MCFC和OTM集成回收CO2的复合动力系统

5．1 前言

5．2 系统描述

5．2．1 中压缸排汽分流再热与MCFC集成回收CO2的基准系统

5．2．2 中压缸排汽分流再热与MCFC和OTM集成回收CO2的复合动力系统

5．3 模拟结果及对比分析

5．3．1 主要模拟条件

5．3．2 系统模拟结果及对比分析

5．4 新系统灵敏度分析

5．4．1 OTM运行温度的影响

5．4．2 中压缸排汽分流率的影响

5．5 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 研究工作总结

6．2 后续工作建议

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及其它成果

攻读硕士期间参加的科研工作

致谢