基于燃烧后碳捕集的燃煤机组热力系统结构优化研究
发布时间：2020-04-21 06:06
【摘要】：目前,温室气体过量排放所引发的全球气候异常,成为亟待解决的环境问题。其中,二氧化碳(CO_2)排放对全球温度升高贡献百分比超过60%,而以燃煤为主的发电行业CO_2排放量占我国总排放量的50%。针对燃煤电厂CO_2排放具有稳定、量大、易于集中处理的特点,集中捕获排出的二氧化碳可以有效减少碳排放。燃烧后碳捕集对现役燃煤电厂适用性强,但存在较大的能量损失,造成机组效率下降。本文以二次再热机组为参考对象,研究机组抽汽与再沸器耦合热力系统特性。首先,对传统中-低压缸连通管抽汽方案进行模拟仿真,当解吸热源由机组抽汽提供时,机组循环热效率下降7.9%,碳排放强度为参考机组的17.8%。然后,结合机组优化理论技术路线,由抽汽过热度温度过高问题展开研究,引入捕碳汽轮机辅助抽汽并建立循环热效率数学模型,采用自适应粒子群优化算法(DAPSO_ex)确定四种改进集成方案的最佳抽汽参数。通过以上工作使各方案在结构、参数都达到最优状态后,利用EBSILON对模型进行仿真。最后,对比分析仿真后的机组性能表现,列出详细的单耗分布情况,并对碳捕集系统参数改变时机组的灵敏性进行分析。结果表明:采用DAPSO_ex算法优化后的机组循环热效率比等焓升法设计的高0.24%,煤耗降低1.78g/kW·h。说明碳捕集电厂系统更加复杂,利用先进、智能的优化算法可以提高机组整体性能;分析四种改进集成方案,当捕碳汽轮机汽源位置在一次再热热段,回水点选择加热器#5-#6之间时各项性能指标最优;与传统捕碳改造方案相比循环热效率提高1.47%,标准煤耗率降低8.53 g/kW·h,而且捕碳效果更加优异,使得CO_2排放强度下降3.43 g/kW·h。对于该集成方式,碳捕集率或单位能耗在一定范围内发生改变时,标准煤耗率表现出较高的线性趋势:当CO_2捕集率每提高1%,标准煤耗率则增加0.57 g/kW·h;而单位能耗每降低0.1GJ/t,标准煤耗率降低1.29 g/kW·h。
【图文】：
成为亟待解决的环境问题。2014 年政府间气候变化委员会（IPCC）发布的第五估报告指出[1]，世界碳排放总量约 324 亿吨，其中我国碳排放约占 28%。由于二氧化碳（CO2）排放，使 CO2对全球温度升高贡献百分比达 60%左右[2]。我国各行业 CO2排放源进行分析，以燃煤为主的发电行业 CO2排放量占总排%[3]。如图 1-1 所示，在过去 40 年中，全球一次能源消耗量从 1978 年到 201加了一倍以上，中国占世界能源增长的近 39%[4]。虽然在中国一次能源结构发势中煤炭占比越来越小，但以 2016 年占据 61.8%的份额来看，仍为主要依赖。可以预见，我国能源结构将在很长时间内依然保持以煤炭为主[5]，同时也说我国未来要面临较大的减排压力。为此，我国实施了各种战略和政策，以抑增长的 CO2排放量，在哥本哈根气候大会上，政府承诺到 2020 年 CO2排放05 减少 40%~45%[6]；在 2014 年发布的《中美气候变化联合声明》中，我国30 年前后 CO2排放量达到顶峰，并尽最大努力以早日达到峰值[7]。在全球范围国也相应的出台各种针对减排 CO2的计划，欧盟规划到 2020 年将温室气体减少到 20%（参考 1990 年的排放水平）[8]；美国在《联合声明》中计划 202在 2005 基础上减排 26%~28%[9]。
图 2-2 750MW 设计工况 EBSILON 例图2.2.2 主要设备模块介绍常规二次再热机组主要设备模块基本包括锅炉（5 号-SteamGenerator）、汽轮机（6 号-SteamTurbine）、凝汽器（7 号-SteamTurbineCondenser）、回热加热器（10 号-Heating Condenser + 27 号-After Cooler）以及其他辅助模块等。1) 锅炉EBSILON 中详细锅炉可以用多个组件组成，在所构建系统无需考虑锅炉内详细汽水流程及风烟流程时，例如用于热力系统汽机侧的建模分析，可以用#5 组件-蒸汽发生器简单替代，是产生主蒸汽及加热再热蒸汽的重要组件。如图 2-3（a）所示，，其中黑色功率线接口为输入系统的有用能bQ 。该组件内部可以设置主蒸汽压力、温度、再热蒸汽热段温度、锅炉内主蒸汽压损、再热蒸汽压损、应用特性等指标，对于本文研究内容主要设置主蒸汽温度 T2、主蒸汽压力 P2、再热温度 T4 这三项参数，压损可由外部组件进行设置。若搭建二次再热系统，则需要两个蒸汽发生器组合，如图 2-3（b）所示，需要设置二次再热
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM621
【图文】：
成为亟待解决的环境问题。2014 年政府间气候变化委员会（IPCC）发布的第五估报告指出[1]，世界碳排放总量约 324 亿吨，其中我国碳排放约占 28%。由于二氧化碳（CO2）排放，使 CO2对全球温度升高贡献百分比达 60%左右[2]。我国各行业 CO2排放源进行分析，以燃煤为主的发电行业 CO2排放量占总排%[3]。如图 1-1 所示，在过去 40 年中，全球一次能源消耗量从 1978 年到 201加了一倍以上，中国占世界能源增长的近 39%[4]。虽然在中国一次能源结构发势中煤炭占比越来越小，但以 2016 年占据 61.8%的份额来看，仍为主要依赖。可以预见，我国能源结构将在很长时间内依然保持以煤炭为主[5]，同时也说我国未来要面临较大的减排压力。为此，我国实施了各种战略和政策，以抑增长的 CO2排放量，在哥本哈根气候大会上，政府承诺到 2020 年 CO2排放05 减少 40%~45%[6]；在 2014 年发布的《中美气候变化联合声明》中，我国30 年前后 CO2排放量达到顶峰，并尽最大努力以早日达到峰值[7]。在全球范围国也相应的出台各种针对减排 CO2的计划，欧盟规划到 2020 年将温室气体减少到 20%（参考 1990 年的排放水平）[8]；美国在《联合声明》中计划 202在 2005 基础上减排 26%~28%[9]。
图 2-2 750MW 设计工况 EBSILON 例图2.2.2 主要设备模块介绍常规二次再热机组主要设备模块基本包括锅炉（5 号-SteamGenerator）、汽轮机（6 号-SteamTurbine）、凝汽器（7 号-SteamTurbineCondenser）、回热加热器（10 号-Heating Condenser + 27 号-After Cooler）以及其他辅助模块等。1) 锅炉EBSILON 中详细锅炉可以用多个组件组成，在所构建系统无需考虑锅炉内详细汽水流程及风烟流程时，例如用于热力系统汽机侧的建模分析，可以用#5 组件-蒸汽发生器简单替代，是产生主蒸汽及加热再热蒸汽的重要组件。如图 2-3（a）所示，，其中黑色功率线接口为输入系统的有用能bQ 。该组件内部可以设置主蒸汽压力、温度、再热蒸汽热段温度、锅炉内主蒸汽压损、再热蒸汽压损、应用特性等指标，对于本文研究内容主要设置主蒸汽温度 T2、主蒸汽压力 P2、再热温度 T4 这三项参数，压损可由外部组件进行设置。若搭建二次再热系统，则需要两个蒸汽发生器组合，如图 2-3（b）所示，需要设置二次再热
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM621
【参考文献】
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1 刘文毅;唐宝强;徐钢;胡s
本文编号：2635449
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