太阳能辅助燃煤电厂燃烧后二氧化碳捕集系统效能分析及优化

发布时间：2020-05-01 03:24

【摘要】：通过抽蒸汽进行CO_2解吸会使电厂的效率下降约10%。太阳能中低温集热器集热温度与再沸器的温度对口,可以作为CO_2解吸的热源。太阳能辅助CO_2捕集可实现利用中低温的太阳能集热代替电厂的高温抽蒸汽进行CO_2解吸,使高温高压蒸汽可以继续做功,实现减排的同时降低因抽蒸汽对机组出力的影响。本文即针对太阳能辅助燃煤电厂燃烧后CO_2捕集系统进行能量特性分析及系统优化。首先,通过独立的太阳能集热模型和CO_2吸收解吸模型对太阳能集热特性和CO_2吸收解吸再生能耗特性进行了模拟研究,结果表明:当MEA质量分数为30wt.%,解吸塔压强为1bar、1.4bar和1.7bar时,使再沸器热负荷最小的贫液CO_2负荷均为0.28molCO_2/molMEA,此时再沸器的热负荷分别为3.508MJ/kgCO_2、3.337MJ/kgCO_2和3.255MJ/kgCO_2。然后,针对不同的太阳能集热器的集热温度、面积和价格以及不同的气象条件,对四种耦合方案进行抽蒸汽CO_2解吸和太阳能辅助CO_2解吸两种方式的系统能量特性进行模拟研究,结果表明:不考虑集热器类型时,方案1、2、3、4的系统净输出功率分别为508.59MW、513.83MW、513.48MW和526.98MW;考虑不同集热器类型相同集热面积时,采用PTC的净输出功最高,为512.42MW;考虑相同投资成本时,采用FPC的净输出功最高,为536.35MW。最后,基于太阳能集热器集热特性及其与系统的能量耦合特性提出了影响系统设置的两个边界面积,模拟分析了不同地区气象条件下四种耦合方案的技术和经济特性。对于有蓄热的系统,系统的太阳能保证率(SF)按照线性增加;对于无蓄热系统,达到第二边界面积时SF停止增加并保持在相应的数值,拉萨、天津和西安,此SF值依次分别为40.97%、36.23%和29.81%;使太阳能辅助CO_2捕集系统的LCOE等于纯抽蒸汽进行CO_2捕集系统LCOE的集热器临界价格差异较大;天津的方案2只有ETC有临界价格为133.4 USD/m2,其他集热器类型耦合系统LCOE值均小于无太阳能辅助CO_2捕集电厂的LCOE值,方案4的LFC、CPC和PTC的临界价格分别为118.8 USD/m2、65.6 USD/m2和155.9 USD/m2。
【图文】：

弱酸碱盐溶液在不同的操作压力和操作温度下存在不同的气液相平衡和化学反应平衡的原理来进行 CO2的吸收和解吸[18]。实际工业中烟气成分比较复杂，一些强酸性气体如 SO2、NOX以及灰尘等会先于 CO2与吸收剂发生化学反应而被吸收，这样不仅浪费大量的吸收溶液，还降低了 CO2的吸收效果[19-21]。为了防止这些因素的影响，一般会在碳捕集前进行脱硫脱硝除尘等过程，这样又增加了系统能耗和 CO2捕集成本，同时，吸收剂在高温高压和氧化剂作用下也会自行降解，增加了吸收剂的消耗[22, 23]。图 1-1 是燃烧后捕集 CO2的工艺流程图[6, 8]，烟气经过一系列的过程后，在最终环节进行 CO2的捕集工作，捕集系统直接添加在系统中，整个过程对既有系统的系统流程及工艺影响较小。该法适宜于 CO2的分压较低、含量较低的烟气 CO2捕集系统中。我国常规燃煤电厂烟气中 CO2分压一般较低、其含量通常保持在 14~20%之间，因此该法适合于燃煤电厂烟气中 CO2分离。该法在实际生产过程中已有成型工艺。但是该分离方法能耗很大，，且吸收剂再生过程会产生其它负面影响，如降低锅炉的净热量输出，降低电厂净功率输出等。

2.3.2 真空管集热器（ETC）真空管的全称是全玻璃真空太阳能集热管。它的主要组成部分如图2-1所示，包括：吸热内管、外玻璃罩管、内管卡子、吸热管与玻璃罩管之间的真空夹层、吸气剂、吸气膜和吸热内管上涂有的选择性吸收涂层。太阳辐射能通过玻璃罩管和真空夹层被选择性吸收涂层吸收并传递给集热管内的流体。图 2-1 真空管结构示意图Fig.2-1 Structure schematic of vacuum tube collectorETC 的能量损失亦包括光学损失和热损失两部分，如图 2-2 所示。其中热损失包括：图 2-2 真空管集热损失示意图Fig.2-2 Schematic of of heat collecting loss of a vacuum tube collector
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK513.1;TM621

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本文编号：2646496