燃烧电厂脱碳技术模拟优化CO2捕获就绪电厂效能分析
随着全球化的经济发展和人口增长，人们对于能源和电力的需求日益增加。为了保证各行业的电力供应，需要兴建许多装机容量大的电厂。由于石油和天然气的价格较高，煤炭即成为电厂的主要能源。燃煤电厂排放出大量的CO2，而CO2是最主要的温室气体，是导致全球变暖的重要因素，因此如何将电厂排放的CO2加以回收利用，成为当下研究的重点。 碳捕获与封存技术是指将CO2从排放源中分离出来，输送并封存在地质构造中，长期与大气隔绝的过程。燃煤电厂对于CCS技术的应用主要体现在捕获方面，即对电厂烟道气中的进行CO2捕获的过程。化学吸收法非常适合于烟道气中CO2的分离，而乙醇胺吸收剂是目前世界上化学吸收法去除烟气中CO2最常使用的吸收剂，这种吸收剂常被用作研究CO2捕获的参考吸收剂，近年来氨水溶液也被认为是很有潜力的吸收剂。本文选择MEA和氨水两种吸收剂，利用化工模拟软件ASPEN PLUS(R)对燃煤电厂的脱碳过程进行模拟，分析两种化学吸收工艺的最佳操作条件及优缺点，优选出适用于捕获就绪电厂后期改造的吸收剂。 由于电厂烟气脱碳工艺的经济可行性有待提高，且相关政策法规对碳排量还没有明确的规定，电厂在建设时并不设置CO2捕获设备。但在全球减排形势严峻的情况下，当减排政策下达实施时，没有为CO2捕获设备预留空间的电厂就无法实现减排的目标，造成碳锁定现象。新建电厂时如果为将来电厂增设的捕获设备预留了空间并设计好了管路接口等方案，则这样的电厂成为捕获就绪电厂。 本文针对燃煤电厂，研究捕获就绪电厂所具备的条件，提出了三种捕获就绪电厂的蒸汽轮机改造方案，研究电厂在添设捕获设备后，其效率、功率以及能耗的变化，分析新建电厂的捕获预期投资设计程度与改造后电厂的效率之间的关系。 通过模拟得到MEA和氨水两种吸收剂的最佳操作条件。MEA脱碳系统的最佳工况:CO2吸收率90％、吸收剂浓度20％、吸贫液温度40℃、吸收塔内压力1.2bar、再生塔最大压降20bar、吸收塔和再生塔均为6级以上、贫液中CO2与MEA的摩尔比（贫液负荷）θ为0.30。氨法脱碳工艺最佳工况:CO2吸收率90％、吸收剂浓度10％、吸收剂温度0～10℃、吸收塔内压力1.5bar、再生塔最大压降20bar、吸收塔和再生塔均为6级以上、贫液碳氨比（贫液负荷）θ为0.35。 氨法脱碳系统的再生能耗低于MEA系统，但氨水对反应温度条件的要求比较苛刻，最佳工况下冷凝压缩机的能耗很高。MEA吸收剂在常温下的效率更好，且技术更成熟，针对捕获就绪电厂的捕获改造，更适于选用MEA吸收剂。 常规燃煤电厂在增设CO2捕获设备后，电厂效率会有所下降。本文的基准常规电厂在增设CO2捕获设备后总效率下降7.5％。相比于常规电厂，捕获就绪电厂由于前期的设计预留，使电厂捕获改造时的成本降低，改造后效率下降幅度小。本文提出的3种捕获就绪电厂方案，主要是对电厂蒸汽轮机的设计改造，在经过捕获改造后其总效率分别下降了6.2％、5.7％和5.2％，预改造幅度较大的捕获就绪电厂，捕获改造时的成本以及改造后的效率损耗都相对较小。但预投资幅度需根据实际情况决定。
燃煤发电;二氧化碳;捕获技术;吸收剂;蒸汽轮机
北京交通大学
硕士
环境科学与工程
田秀君
2014
中文
TM611
110
2014-10-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）