钙法脱碳新系统集成与实验研究

摘要

控制和减少化石燃料燃烧所排放的CO2对于缓解全球变暖和温室效应具有重要意义。CO2捕集与封存技术作为燃煤电厂减少CO2排放最主要的一种方式，近年来得到了广泛的研究。在众多的脱碳技术中，利用CaO作为循环吸收剂，进行燃烧后循环捕集CO2的方案因吸收剂广泛易得、可循环使用、价格低廉等优点被认为是最有潜力的捕集技术。本文从实验研究和系统模拟两个方面出发，对钙法脱碳的相关规律进行了分析。 首先，设计钙法脱碳实验的反应器及实验平台。通过控制反应温度，使得钙法脱碳的碳化过程与吸收剂再生的煅烧过程在同一个反应器中实现。搭建好的实验台包括完整的反应区、温度控制区、配气区以及在线测量区。实验平台在调试成功稳定运行后进行多次煅烧与碳化过程的研究。 其次，本文比较了不同研究者进行钙法脱碳过程的实验条件，利用现有的实验设备确立本次研究的实验条件与内容。以十次煅烧/碳化过程为基础，利用烟气分析仪测量的CO2浓度变化，通过Matlab拟合浓度曲线进而求得吸收剂的循环转化率。另外对石灰石样品进行元素分析，对多次循环煅烧后的吸收剂进行SEM观察。后期在此基础上加入SO2气体，分析了SO2的通入对煅烧/碳化过程的影响，研究多次循环后性能衰减的吸收剂吸收模拟烟气中SO2的规律。 在系统模拟方面，设计了在原电厂基础上耦合钙法脱碳、SOFC、燃气轮机与余热锅炉等模块的复合动力系统的流程，利用Aspen Plus软件对新系统进行模拟。在原电厂参数不变的情况下，比较耦合不同的模块之后系统性能参数的变化。另外对煅烧温度、脱碳效率、电池堆压力的变化引起全系统性能变化的规律做了分析。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文的主要研究内容

第2章 钙法脱碳实验原理与实验装置介绍

2．1 钙法脱碳实验原理介绍

2．2 钙法脱碳实验装置介绍

2．2．1 钙法脱碳实验平台的初步设计

2．2．2 钙法脱碳实验装置的中期改进

2．2．3 钙法脱碳实验装置的后期定型

2．2．4 钙法脱碳实验测量装置介绍

2．3 本章小结

第3章 钙法脱碳实验特性研究

3．1 钙法脱碳实验设备的调试

3．1．1 温度传感器在线测量的调试

3．1．2 循环煅烧／碳化过程的调试

3．2 早期学者进行钙法脱碳实验条件总结

3．3 循环煅烧／碳化过程曲线

3．3．1 七次循环煅烧／碳化过程

3．3．2 十次循环煅烧／碳化过程

3．3．3 煅烧前后吸收剂的SEM图

3．4 循环转化率的计算

3．4．1 吸收剂转化率的计算方法

3．4．2 循环转化率曲线

3．5 SO2的加入对脱碳过程的影响

3．6 本章小结

第4章 钙法脱碳过程与SOFC等新系统集成

4．1 复合动力系统背景

4．2 Aspen Plus功能简介

4．3 600MW超临界火电机组描述

4．4 钙法吸收CO2与SOFC等复合动力系统描述

4．4．1 钙法吸附CO2子系统模型

4．4．2 CO2回收子系统

4．4．3 OTM子系统

4．4．4 SOFC子系统

4．5 复合动力系统的系统模型

4．5．1 SOFC系统的反应模型

4．5．2 SOFC系统的数学模型

4．5．3 复合动力系统性畿参数

4．6 复合动力系统模拟条件与模拟结果分析

4．7 复合动力系统参数分析

4．7．1 煅烧温度对系统性能的影响

4．7．2 脱碳效率对系统性能的影响

4．7．3 电池堆压力变化对系统性能的影响

4．8 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢