IGCC系统减排CO_2性能研究及优化

发布时间：2017-03-29 01:08

  本文关键词：IGCC系统减排CO_2性能研究及优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着人们对全球变暖问题的不断关注,减少CO2排放已成为21世纪节能发电的新主题,将CO2分离后加压埋存的CCS (Carbon Capture and Storage)技术应运而生。整体煤气化联合循环(IGCC)系统中气化炉产生的粗煤气主要由CO和H：组成,经除尘和脱硫后送入燃气轮机燃烧室燃烧,产生CO2和H2O,燃气轮机乏气经余热锅炉回收热量后排入大气,造成温室气体污染。应用于IGCC系统的Pre-CCS(Pre-combustion CCS)技术就是将净煤气先经过一氧化碳变换反应器把部分CO转换成CO2后分离埋存,则进入燃气轮机燃烧室的煤气富H2少碳,可以实现清洁燃烧,减少CO2的最终排放量。 本文在IGCC基本流程的基础上增加了CO变换和CO：分离埋存过程,构建了Pre-CCS-IGCC系统。利用MATLAB软件和编制的VB程序计算了Pre-CCS-IGCC系统的热效率以及CO2排放量。结果表明：当CO2最终排放量减小到未捕捉前的40%时,系统热效率将降低4.48%。 其次对Pre-CCS-IGCC系统进行了局部参数和流程优化,得出：①随着变换汽气比增加,CO2排放量减小的同时系统热效率降低,即减排CO2要以牺牲系统效率为代价,可以通过变换汽气比的选择来控制CO2排放量；②在相同的CO2排放量下,随着水煤比的增加,粗煤气所含CO量减少,CO2、H2O和H2含量增加,系统热效率有降低的趋势,但变化幅度不大；氧煤比增大时,气化反应温度升高,有效气体成分减少,相同的CO2排放量时,系统热效率降低。在考虑CO2减排效果时,受气化炉反应温度限制,本文Pre-CCS-IGCC系统的最佳氧煤比为0.86；③采用两次变换脱碳流程的燃气轮机做功量增大,蒸汽轮机做功量减小,同时其CO2分离能耗增加,系统热效率较一次直接变换降低了1.582%,在物理吸收法分离CO2时应选择一次直接变换工艺来脱除CO2。 对纯氧燃烧的O2/CO2循环燃烧系统进行热力计算,它是将余热锅炉出口的高浓度CO2气体冷却分离,部分CO：循环送入燃气轮机燃烧室参与循环做功,剩余C02压缩埋存或液化收集的CO2减排方式。比较O2/CO2和Pre-CCS在捕捉CO2时的系统性能,得出O2/CO2技术的系统热效率比燃烧前捕集的CCS技术低,但可以实现CO2的零排放,且纯氧燃烧CO：循环系统的最佳氧煤比为0.86。 CO2循环气化是将分离捕捉的部分CO2气体循环送回气化炉参与气化反应,本文最后分别对CO2循环气化的Pre-CCS-IGCC系统和O2/CO2系统进行性能计算和分析,得出CO2循环气化时气化炉出口煤气成分中H2含量减小,CO含量增加,气化反应温度降低,达到相同CO2减排效果时,系统热效率较未循环CO2时略有提高。 在减排86.55%的CO2时,Pre-CCS-IGCC系统的热效率为42%,保持火电厂的效率水平,燃烧前CO：捕捉的CCS技术有望实现工业应用。研究IGCC系统减排CO：对煤的清洁利用有很高的理论和实践指导意义。
【关键词】：IGCC CO_2捕捉和埋存 热效率 O_2/CO_2纯氧燃烧技术
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TQ546
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 本课题研究背景及意义10-11
• 1.2 本论文的主要内容11-14
• 第二章 文献综述14-22
• 2.1 IGCC系统部件14-17
• 2.1.1 IGCC气化系统空气分离过程14-15
• 2.1.2 煤气化和净化过程15-16
• 2.1.3 废热锅炉和余热锅炉配置16-17
• 2.2 IGCC系统CO_2减排过程17-22
• 2.2.1 目前IGCC系统中减排CO_2的方式17-19
• 2.2.2 CO_2循环利用技术19-22
• 第三章 带CO_2减排的CCS-IGCC系统的建立22-34
• 3.1 带CO_2减排的CCS-IGCC系统概述22-23
• 3.2 气化炉型的选择23-25
• 3.3 一氧化碳变换催化剂选择25-26
• 3.4 净化系统的选择26-27
• 3.5 空分系统的选择27-28
• 3.6 燃气轮机的选择28-29
• 3.7 余热锅炉的选择29-30
• 3.8 CO_2分离方法选择30-31
• 3.9 燃烧前脱碳的CCS-IGCC系统流程拟定31-32
• 3.10 CO_2循环的系统流程拟定32-34
• 第四章 带CO_2减排的CCS-IGCC系统能量计算和比较34-70
• 4.1 概述34
• 4.2 燃烧前脱碳的CCS-IGCC系统热效率计算34-55
• 4.2.1 气化过程的计算35-42
• 4.2.2 净化和一氧化碳变换过程42-44
• 4.2.3 联合循环发电过程计算结果44-50
• 4.2.4 空分系统能耗50-53
• 4.2.5 CO_2分离耗功53-54
• 4.2.6 纯IGCC系统和燃烧前脱碳的CCS-IGCC系统比较54-55
• 4.3 燃烧前脱碳的CCS-IGCC系统参数优化55-64
• 4.3.1 一氧化碳变换采用不同的汽气比55-58
• 4.3.2 不同水煤比58-60
• 4.3.3 不同氧煤比60-63
• 4.3.4 多次一氧化碳变换63-64
• 4.4 CO_2循环的纯氧燃烧系统64-66
• 4.5 CO_2循环气化的CCS-IGCC系统66-70
• 第五章 结论与展望70-72
• 5.1 主要结论70-71
• 5.1.1 燃烧前脱碳的CCS-IGCC系统计算和比较的主要结论70
• 5.1.2 燃烧前脱碳的CCS-IGCC系统参数及流程优化的主要结论70-71
• 5.1.3 CO_2循环的IGCC系统计算和比较的主要结论71
• 5.2 CO_2减排的展望71-72
• 参考文献72-76
• 附录A76-80
• 致谢80-82
• 攻读硕士期间发表的论文82

【参考文献】

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本文编号：273383