燃煤电厂化学吸收CO2捕获过程的优化集成研究

摘要

近年来，CO2的大量排放带来的温室效应是人类面临具大的全球性环境问题之一。电力工业一直以来是CO2的排放大户。因此，电力工业CO2减排对于我国实现长期减排目标、乃至于全球碳减排努力而言，具有重要的意义。目前，CCS技术被公认为碳减排的主力军。对于“碳捕获”而言，燃烧后CO2捕获技术发展成熟，可适用于化石燃料电厂。但是，我国CCS技术仍处于研发和示范阶段，离大规模商业应用还有很长一段距离。高能耗是阻碍CCS商业化应用的主要技术挑战。因此，采取有效措施降低CO2捕获能耗成为CO2捕获技术大规划推广的主要途径。 本文借助ASPEN PLUS软件对燃煤电厂尾部烟气CO2捕获系统进行了模拟，深入分析了主要操作参数对整个系统热耗、功耗的影响，明确了不同参数与系统热耗、功耗的关系。基于不同参数影响CO2捕获流程的能耗特性，挖掘了CO2捕获流程的节能潜力，采用系统能量集成的思路，提出了CO2捕获流程的两种改进方案，即有机朗肯循环回收余热方案（方案1）和高低压双压解吸余热回收方案（方案2），并进行了能量分析，发现方案1与传统捕获流程相比CO2捕获折合功耗下降了9.28％，方案2的折合功耗下降了19.77％，相对方案1进一步降低了6.45％。基于新型化学吸收CO2捕获系统，以我国典型600MW燃煤发电机组为研究对象，将方案2的CO2捕获流程与燃煤电厂进行简单耦合。分析了CO2捕获系统对火电厂运行的影响，计算一般化学吸收CO2捕获系统和新型化学吸收CO2捕获系统对燃煤电厂发电效率损失分别为10％和8.87％。开展了CO2捕获系统与燃煤电厂耦合的技术经济性分析，采用了发电成本和CO2减排成本两个技术经济性指标，比较一般化学吸收CO2捕获流程的600MW燃煤发电系统和新型化学吸收CO2捕获流程的600MW燃煤发电系统的技术经济性特性，计算其发电成本分别为0.56元/KWh和0.55元/KWh，CO2减排成本分别为283.88元/t CO2和269.98元/tCO2，为CO2捕获技术的商业推广起一些指导作用。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究动态

1．2．1 国内外CCS技术发展动态

1．2．2 电厂CO2捕获技术

1．3 本文内容

第2章 化学吸收CO2捕获流程模型的建立及其能耗特性

2．1 引言

2．2 一般化学吸收CO2捕获流程模型建立

2．2．1 Aspen Plus软件介绍

2．2．2 一般化学吸收CO2捕获流程工艺介绍

2．2．3 假设条件

2．2．4 模拟的烟气数据及其相关组分组成

2．2．5 物性方程的选择

2．2．6 设计规定和计算模块

2．2．7 单元操作模块模型的选择

2．3 化学吸收CO2捕获流程的能耗(热耗、功耗)的评估方法

2．4 主要参数影响CO2捕获流程的能耗特性

2．4．1 吸收剂K2CO3质量分数

2．4．2 贫液CO2负载率

2．4．3 吸收塔和再生塔塔板数

2．4．4 再生塔压力与塔底部、顶部温度关系

2．5 小结

第3章 化学吸收CO2捕获流程的改进方案、集成思路和热力特性

3．1 引言

3．2 化学吸收CO2捕获的节能潜力

3．3 贫富液换热器换热温差对系统余热利用和系统能耗的影响

3．4 改进流程的集成思路

3．5 方案1：有机郎肯循环与CO2捕获流程的结合

3．6 方案2：富液分流解吸CO2

3．6．1 方案2：化学吸收CO2捕获流程的热力特性

3．7 方案1和方案2的能耗特性比较

3．8 小结

第4章 新型化学吸收CO2捕获流程与燃煤电厂的简单耦合

4．1 引言

4．2 典型600MW燃煤电厂的概述及性能

4．3 一般CO2捕获流程与燃煤电厂的结合

4．3．1 抽汽点的选择

4．3．2 添加一小透平

4．3．3 节流阀的添加

4．3．4 整合方案

4．4 新型CO2捕获流程与燃煤电厂的结合

4．5 三种案例的特性分析

4．6 技术经济性分析

4．7 技术经济性评价指标

4．7．1 发电成本

4．7．2 CO2减排成本

4．8 典型600MW燃煤发电系统的技术经济性特性

4．9 一般CO2捕获流程的600MW燃煤发电系统的技术经济性特性

4．10 新型CO2捕获流程的600MW燃煤发电系统的技术经济性特性

4．11 三种案例技术经济性比较

4．12 小结

第5章 总结和展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

硕士学位论文科研项目背景

致谢