若干化学链系统的过程模拟和分析评价

发布时间：2017-09-30 16:08

  本文关键词：若干化学链系统的过程模拟和分析评价

  更多相关文章： 化学链燃烧 化学链空分 富氧燃烧 过程模拟 技术经济分析 火用分析

【摘要】：化石能源的大量使用造成了温室效应的日益加剧。富氧燃烧系统是一种极具潜力的CCS技术,但是由于空分系统成本高,能耗大导致富氧燃烧系统的成本高,净效率低。目前有两种解决途径:1.寻求一种新的减排燃烧方式;2.设计一种低能耗空分技术与富氧燃烧系统耦合。化学链燃烧技术(CLC)是一种新型的CCS技术,避免了燃料与空气的直接接触,抑制了NOx的生成,具备CO2内分离、能源梯级利用、热效率高的特点。基于CLC原理的化学链空分技术(CLAS),系统简单以及运行能耗低,与富氧燃烧技术耦合后能够提高系统的效率,降低系统发电成本。本文利用Aspen Plus分别模拟了600MWe CLC燃气蒸汽发电机组和CLC蒸汽循环发电机组,并根据模拟结果进行了能耗分析和火用分析。结果显示,CLC蒸汽循环系统的净发电效率为39%,火用效率为45.26%,分别比CLC燃气蒸汽循环系统提高了21.88%,13.66%。表明蒸汽循环发电方式更适合于化学链燃烧技术。结合国内的基础数据,对2×300 MWe CLC燃煤发电机组进行了技术经济分析。CLC燃煤发电机组的发电成本(使用天然铁矿石作为氧载体)为483.58￥/MW,是CFB电站发电成本的1.196倍,静态投资成本是CFB机组的1.28倍。但是CLC机组能够实现CO2的捕集以及减少NOx的排放,减少了污染物的排放。灵敏性分析的结果表示,燃料成本是对成本影响最大,铁矿石价格对发电成本、CO2捕捉成本和CO2减排成本均无明显影响。本文还对耦合了化学链空分的600MWe富氧燃烧系统进行了模拟,分别研究了温循环烟气作为CLAS释氧反应器流化气(Case 1),水蒸气作为流化气(Case 2)以及耦合太阳能产生水蒸气并作为流化气(Case 3)等工况,与常规深冷空分的富氧燃烧系统(Case 0)进行比较。结果表明,CLAS电耗远远低于深冷空分系统。烟气循环系统的电耗最低,耦合太阳能系统能够有效的降低系统能耗,提高系统的效率。技术经济分析结果表明,耦合CLAS系统后净发电成本得到降低,并具有如下顺序:Case 1Case 3Case 2Case 0。且氧载体对CLAS系统能耗的影响较小。由于化学链燃烧具备CO2内分离的特点,便于与其他系统进行耦合实现CO2的捕集。本文对耦合CLOU和煤分级利用的系统进行模拟分析,结果表明耦合CLOU的煤分级利用系统火用效率为62.26%,与常规煤分级利用系统相比,效率提高了10.67个百分点,并能够实现CO2的捕集,燃料反应器出口CO2浓度为96.21%。
【关键词】：化学链燃烧 化学链空分 富氧燃烧 过程模拟 技术经济分析 火用分析
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK16
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-22
• 1.1 课题背景10-11
• 1.2 化学链燃烧技术11-18
• 1.3 化学链氧解耦燃烧技术18-19
• 1.4 化学链制氧技术19-20
• 1.5 本文研究内容20-22
• 2 化学链燃烧系统仿真22-33
• 2.1 模型介绍22-24
• 2.2 系能能耗分析24-26
• 2.3 系统火用分析26-31
• 2.4 本章小结31-33
• 3 化学链燃煤电站技术经济评价33-48
• 3.1 成本计算基本方法33-34
• 3.2 机组成本计算34-40
• 3.3 发电成本40-42
• 3.4 CO_2减排成本42
• 3.5 CO_2捕捉成本42-43
• 3.6 灵敏性分析43-46
• 3.7 本章小结46-48
• 4 化学链空分耦合富氧燃烧的过程模拟和分析评价48-71
• 4.1 引言48
• 4.2 耦合化学链制氧的富氧燃烧模型48-53
• 4.3 系统模拟结果53-69
• 4.4 本章小结69-71
• 5 化学链氧解耦燃烧与煤分级利用系统耦合71-82
• 5.1 模型介绍71-74
• 5.2 质量与能量分析74-77
• 5.3 能量集成分析（夹点分析）77-79
• 5.4 火用分析79-80
• 5.5 本章小结80-82
• 6 全文总结及展望82-85
• 6.1 全文总结82-84
• 6.2 展望84-85
• 致谢85-86
• 参考文献86-96
• 附录I 攻读硕士学位期间发表论文目录96-97
• 附录II 攻读硕士学位期间参加的项目97

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 郑文广;肖睿;宋启磊;;基于新型循环载氧体的天然气化学链燃烧热力学研究[J];锅炉技术;2010年04期

2 狄藤藤;向文国;万俊松;陈盈盈;;零排放天然气化学链置换燃烧仿真研究[J];能源研究与利用;2006年02期

3 金红光;洪慧;韩涛;;化学链燃烧的能源环境系统研究进展[J];科学通报;2008年24期

4 刘杨先;张军;盛昌栋;张永春;袁士杰;;化学链燃烧技术中载氧体的最新研究进展[J];现代化工;2008年09期

5 秦翠娟;沈来宏;肖军;高正平;;化学链燃烧技术的研究进展[J];锅炉技术;2008年05期

6 杨一超;肖睿;宋启磊;郑文广;;基于铁矿石载氧体加压煤化学链燃烧的试验研究[J];动力工程学报;2010年01期

7 肖睿;张帅;郑文广;宋启磊;杨一超;;基于铁基载氧体的燃煤加压化学链燃烧循环反应特性[J];东南大学学报(自然科学版);2010年05期

8 郑敏;沈来宏;肖军;秦翠娟;;煤化学链燃烧还原阶段的污染物抑制[J];工程热物理学报;2010年10期

9 陈猛;赵海波;熊杰;郑楚光;;化学链燃煤系统的过程模拟[J];工程热物理学报;2010年10期

10 肖睿;张帅;郑文广;宋启磊;杨一超;;基于铁矿石载氧体的化学链燃烧[J];燃烧科学与技术;2011年02期

中国重要会议论文全文数据库 前4条

1 李振山;韩海锦;蔡宁生;;化学链燃烧研究现状及进展[A];中国动力工程学会第三届青年学术年会论文集[C];2005年

2 郭庆杰;刘永卓;田红景;王许云;;化学链过程载氧体颗粒研究进展[A];中国颗粒学会第七届学术年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会论文集[C];2010年

3 姜旭;王翠苹;徐承浩;狄海生;;CaSO_4为载氧体的煤化学链燃烧流动反应数值模拟[A];高等学校工程热物理第十九届全国学术会议论文集[C];2013年

4 田红景;郭庆杰;;基于CaSO_4的复合型载氧体在化学链燃烧系统中的应用[A];中国颗粒学会第六届学术年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会论文集（上）[C];2008年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 张帅;燃煤化学链燃烧中煤与铁基载氧体结构与反应性的关系及其相互作用研究[D];东南大学;2015年

2 祝捷;生物质废物热解气单塔固定床化学链制氢系统实验研究[D];清华大学;2015年

3 胡志锋;微波预处理驱动下化学链气化小球藻制取合成气的机理研究[D];华南理工大学;2016年

4 王晓佳;高通量循环流化床燃煤化学链燃烧试验及数值模拟研究[D];东南大学;2016年

5 刘浪;基于流态化系统化学链反应机制及铁基载氧体结构演变的影响研究[D];重庆大学;2016年

6 郑燕娥;三维有序大孔铈基储氧材料的制备及其化学链重整与催化CO氧化性能研究[D];昆明理工大学;2016年

7 张筱松;耦合化学间冷的化学链燃烧与甲醇重整氢电联产系统研究[D];中国科学院研究生院（工程热物理研究所）;2009年

8 田红景;钙基载氧体在化学链燃烧技术中的应用研究[D];青岛科技大学;2010年

9 丁宁;钙基载氧体化学链燃烧的实验研究与机理分析[D];华中科技大学;2013年

10 郑晓明;基于Cu基载氧体的化学链燃烧技术[D];北京科技大学;2015年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 高晓宁;纳米铜载氧体煤直接化学链燃烧中多环芳烃生成特性研究[D];内蒙古大学;2015年

2 薛慧敏;铜基载氧体特性对煤化学链燃烧多环芳烃排放的影响研究[D];内蒙古大学;2015年

3 李媛;不同负载的铜基载氧体在煤化学链燃烧中有机污染物的排放特性[D];内蒙古大学;2015年

4 李渠;铁基复合载氧体与CO/褐煤化学链燃烧性能研究[D];华北电力大学;2015年

5 杨明明;煤化学链燃烧中流动/反应耦合对铁基载氧体结构性能影响研究[D];青岛科技大学;2015年

6 王煜茜;基于铁矿石载氧体的气体燃料化学链燃烧特性与气固流动模拟研究[D];东南大学;2015年

7 肖申;生物质化学链燃烧过程中氮的迁移机理研究[D];东南大学;2015年

8 杨勤勤;钙铜、铁铜双组分复合载氧体的化学链燃烧性能研究[D];青岛科技大学;2016年

9 韩健;基于钙基载氧体的气体燃料化学链燃烧实验研究[D];华中科技大学;2014年

10 曹亚文;生物质化学链燃烧气化特性研究[D];华南理工大学;2016年

，

本文编号：949126