富氧燃烧发电系统中空分制氧设备的集成分析

摘要

空分设备的选择，特别是空分设备与富氧燃烧机组的匹配与优化，对整个富氧燃烧发电系统的供电效率、功率输出及净发电成本都有很大的影响；而这些影响集中表现在空分设备的能耗，因此研究空分设备配置与能耗的关系以及空分设备优化对降低富氧燃烧方式捕集CO2的成本具有重大意义。
　　 本文以300MW的富氧燃烧发电机组为例，把富氧燃烧系统的空分设备作为主要研究对象，依靠理论研究与仿真建模相结合，对空分设备的能耗影响因素以及废弃能量的回收利用做了较为深入的研究。首先对各空分设备流程进行对比分析，从理论上说明了适合常压富氧燃烧发电的空分设备为外压缩、不制取氩气和高纯度氮气的流程，在理论最优匹配下，空分设备的制氧电耗为0.352kWh/m3，空分厂用电率可降低到19％。其次，针对300MW发电机组的供氧需求，采用AspenPlus软件建立了空分设备的模型，并通过模拟寻求提升富氧燃烧整体发电净效率的方法，模拟结果显示空分设备存在大量废弃的热量与冷量，对此提出了两种能量回收方式：以产品污氮气为冷源加入凝汽器中参与循环，可有效降低凝汽器压力，进而提高了汽轮机绝对内效率，使富氧燃烧发电机组发电净效率同比提高0.25%；以空气压缩系统产生的废弃热量来加热锅炉给水节能效果显著，与常规富氧燃烧机组相比发电净效率可同比提高0.63%。结合发电实际，为了降低富氧燃烧发电机组的制氧电耗，通过综合考虑峰谷发电的日需氧量及峰谷电价，提出了六种不同的供氧、供电方式。以300MW富氧燃烧发电机组为对象，综合考虑设备投资成本与运行成本，基于对有关参数的合理估计，分别计算得到了每种情况下的制氧成本。结果表明最优配置方案可使得制氧设备的电耗同比可降低2.1%，机组发电净效率同比提高0.8%。
　　 以上通过对空分设备与富氧燃烧发电机组的能量集成和供电方式集成，最终可使发电机组整体发电净效率同比提高1.68%，节能效果显著。