IGCC电站二氧化碳捕集研究
发布时间：2021-06-08 13:31
近年来,CO2减排受到广泛重视。目前,我国燃煤电站CO2排放量约占总排放量的1/2。在相当长时期内,我国以煤电为主的格局不会改变,控制煤基电站的CO2排放尤为重要。整体煤气化联合循环IGCC （Integrated Gasification Combined Cycle）电站是未来重要的洁净煤发电技术,其与CO2捕集技术的结合是目前能源领域的研究热点之一。本文针对IGCC电站中的CO2捕集,对分别采用现有成熟CO2捕集技术以及先进钙基技术的电站进行了技术经济评估与比较,并与常规煤粉电站PC（Pulverized Coal）进行了对比,分析了关键技术工艺及参数的影响。论文具体工作如下：1.关键部件数学模型建立了多种类型气化炉、空分单元、水煤气变换WGS （Water Gas Shift）单元、CO2分离过程和燃气轮机数学模型并进行了验证。对甲基二乙醇胺法（MDEA法）及聚乙二醇二甲醚法（NHD法）分离CO2过程进行了入口条件、吸收率变化的影响分析及比较。2. IGCC捕集电站单元成本预测模型及经济性评价方法通过成本回归、规模缩放、地区因子修正等方式,建立了适合于我国的、基于关键性能参数的...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所)北京市
【文章页数】：160 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 气候变化的挑战
1.1.2 煤基电站CO_2捕集技术路线
1.2 CO_2分离技术
1.2.1 吸收法
1.2.2 吸附法
1.2.3 膜分离法
1.2.4 深冷法
1.2.5 钙基吸收剂固体吸收法技术
1.2.6 不同阶段CO_2分离技术选择
1.3 煤基电站CO_2捕集技术经济性评估
1.3.1 煤基电站经济性评价模型
1.3.2 常规燃煤电站技术经济性评估
1.3.3 IGCC电站技术经济性评估
1.3.4 现有技术下IGCC及PC电站的比较
1.4 新型近零排放系统
1.4.1 载氧体燃烧技术
1.4.2 CO_2接受体气化技术
1.5 论文研究内容及框架
第二章 系统关键部件数学模型
2.1 模型设计基础
2.2 IGCC系统关键部件数学模型
2.2.1 气化炉
2.2.2 除尘单元
2.2.3 脱硫及硫回收单元
2.2.4 湿化器
2.2.5 燃气轮机单元
2.2.6 空分单元
2.2.7 余热锅炉和汽轮机
2.3 WGS单元
2.3.1 CO转换方式
2.3.2 WGS反应器建模
2.4 CO_2分离单元
2.4.1 MEA及MDEA法
2.4.2 NHD法
2.4.3 MDEA法及NHD法比较
2.5 本章小结
第三章 IGCC捕集电站单元成本预测模型及经济性评价方法
3.1 IGCC电站各单元投资成本预测模型
3.1.1 煤处理单元
3.1.2 空分单元
3.1.3 气化炉单元
3.1.4 净化单元
3.1.5 燃气轮机单元
3.1.6 蒸汽轮机及余热锅炉单元
3.2 WGS单元成本模型
3.2.1 WGS单元投资
3.2.2 WGS单元催化剂初次投入体积
3.3 CO_2分离单元投资成本预测模型
3.3.1 NHD单元投资成本预测
3.3.2 MDEA单元投资成本预测
3.4 CO_2压缩单元投资成本预测
3.4.1 NHD-CO_2压缩单元投资成本预测
3.4.2 MDEA-CO_2压缩单元投资成本预测
3.5 IGCC捕集电站经济性评价平台
3.5.1 总投资需求框架
3.5.2 发电成本
3.5.3 经济性评价平台
3.6 本章小结
第四章 基于现有技术的煤基IGCC捕集电站技术经济性评估
4.1 不同煤气冷却方式下IGCC电站捕集CO_2前后性能
4.1.1 IGCC基准电站技术经济性
4.1.2 IGCC捕集电站技术经济性分析
4.1.3 煤气冷却单元投资影响
4.2 不同气化技术IGCC捕集电站性能比较
4.2.1 不同气化炉系统比较
4.2.2 输运床空气气化及纯氧气化比较
4.3 不同捕集率系统热力性能及经济性比较
4.3.1 系统不同捕集率的实现方式
4.3.2 不同捕集率系统的热力性能分析
4.3.3 不同捕集率系统的经济性分析
4.4 不同煤基CO_2捕集电站经济性评价
4.4.1 IGCC捕集电站与PC捕集电站的比较
4.4.2 IGCC捕集电站关键因素敏感性分析
4.5 CO_2处置方式及碳税政策对经济性的影响
4.5.1 分析情景
4.5.2 封存及出售CO_2
4.5.3 碳税
4.6 本章小结
第五章 基于钙基吸收剂的CO_2吸收法在IGCC中的应用
5.1 钙基固体吸收剂在燃烧前捕集中的应用
5.2 基于CLP过程的IGCC-CLP系统
5.2.1 CLP反应器操作条件敏感性分析
5.2.2 基于IGCC-CLP的发电系统
5.2.3 基于IGCC-CLP的制氢系统
5.3 基于内在碳捕集气化反应器的系统
5.3.1 基于内在碳捕集气化过程的发电系统
5.3.2 基于内在碳捕集气化过程的制氢系统
5.4 不同发电系统的比较
5.4.1 IGCC基准电站及IGCC-NHD电站
5.4.2 不同系统的热力性能
5.5 基于钙基吸收剂发电系统的经济性评价
5.5.1 经济性评价方法
5.5.2 目标发电成本的确定
5.5.3 输运床纯氧气化IGCC-CLP系统关键单元临界投资
5.5.4 内在碳捕集气化发电系统关键单元临界投资
5.6 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 本文结论
6.2 下一步工作展望
参考文献
攻读博士学位期间参加的科研项目
攻读博士学位期间发表的论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]钙基吸收剂循环煅烧/碳酸化法捕集CO2的研究进展[J]. 蔡宁生,房凡,李振山. 中国电机工程学报. 2010(26)
[2]当前全球碳捕集与封存（CCS）技术进展及面临的主要问题[J]. 韩文科,杨玉峰,苗韧,陈子佳,安琪. 中国能源. 2009(10)
[3]燃煤电厂CO2捕集系统的技术与经济分析[J]. 黄斌,许世森,郜时旺,刘练波,陶继业,牛红伟,蔡铭. 动力工程. 2009(09)
[4]钙基CO2吸收剂循环反应特性的试验与模拟[J]. 房凡,李振山,蔡宁生. 中国电机工程学报. 2009(14)
[5]二氧化碳分离技术在烟气分离中的发展现状[J]. 李小森,鲁涛. 现代化工. 2009(04)
[6]化学链燃烧的能源环境系统研究进展[J]. 金红光,洪慧,韩涛. 科学通报. 2008(24)
[7]IGCC电厂的工程设计、采购和施工成本的估算模型[J]. 黄河,何芬,李政,倪维斗,何建坤,张希良,麻林巍. 动力工程. 2008(03)
[8]Utilization of chemical looping strategy in coal gasification processes[J]. Liangshih Fan,Shwetha Ramkumar. Particuology. 2008(03)
[9]燃煤电站CO2捕集与处理技术的现状与发展[J]. 黄斌,刘练波,许世森,丰镇平. 电力设备. 2008(05)
[10]两种煤气化工艺下Ni基载氧体链式燃烧联合循环性能模拟[J]. 向文国,牟建茂,狄藤藤. 中国电机工程学报. 2007(29)
博士论文
[1]基于输运床气化炉的IGCC系统集成研究[D]. 王波.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2009
[2]含碳能源直接制氢的实验研究[D]. 王峰.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2007
[3]新型近零排放煤气化燃烧集成利用系统的机理研究[D]. 关键.浙江大学 2007
[4]IGCC和联产的系统研究[D]. 徐祥.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2007
硕士论文
[1]化学链燃烧过程钙基载氧体的研究[D]. 刘永卓.青岛科技大学 2010
[2]煤制燃料气燃气轮机建模及性能分析[D]. 张丽丽.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2010
[3]煤气化链式燃烧联合循环系统性能研究[D]. 狄藤藤.东南大学 2006
本文编号：3218557
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所)北京市
【文章页数】：160 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 气候变化的挑战
1.1.2 煤基电站CO_2捕集技术路线
1.2 CO_2分离技术
1.2.1 吸收法
1.2.2 吸附法
1.2.3 膜分离法
1.2.4 深冷法
1.2.5 钙基吸收剂固体吸收法技术
1.2.6 不同阶段CO_2分离技术选择
1.3 煤基电站CO_2捕集技术经济性评估
1.3.1 煤基电站经济性评价模型
1.3.2 常规燃煤电站技术经济性评估
1.3.3 IGCC电站技术经济性评估
1.3.4 现有技术下IGCC及PC电站的比较
1.4 新型近零排放系统
1.4.1 载氧体燃烧技术
1.4.2 CO_2接受体气化技术
1.5 论文研究内容及框架
第二章 系统关键部件数学模型
2.1 模型设计基础
2.2 IGCC系统关键部件数学模型
2.2.1 气化炉
2.2.2 除尘单元
2.2.3 脱硫及硫回收单元
2.2.4 湿化器
2.2.5 燃气轮机单元
2.2.6 空分单元
2.2.7 余热锅炉和汽轮机
2.3 WGS单元
2.3.1 CO转换方式
2.3.2 WGS反应器建模
2.4 CO_2分离单元
2.4.1 MEA及MDEA法
2.4.2 NHD法
2.4.3 MDEA法及NHD法比较
2.5 本章小结
第三章 IGCC捕集电站单元成本预测模型及经济性评价方法
3.1 IGCC电站各单元投资成本预测模型
3.1.1 煤处理单元
3.1.2 空分单元
3.1.3 气化炉单元
3.1.4 净化单元
3.1.5 燃气轮机单元
3.1.6 蒸汽轮机及余热锅炉单元
3.2 WGS单元成本模型
3.2.1 WGS单元投资
3.2.2 WGS单元催化剂初次投入体积
3.3 CO_2分离单元投资成本预测模型
3.3.1 NHD单元投资成本预测
3.3.2 MDEA单元投资成本预测
3.4 CO_2压缩单元投资成本预测
3.4.1 NHD-CO_2压缩单元投资成本预测
3.4.2 MDEA-CO_2压缩单元投资成本预测
3.5 IGCC捕集电站经济性评价平台
3.5.1 总投资需求框架
3.5.2 发电成本
3.5.3 经济性评价平台
3.6 本章小结
第四章 基于现有技术的煤基IGCC捕集电站技术经济性评估
4.1 不同煤气冷却方式下IGCC电站捕集CO_2前后性能
4.1.1 IGCC基准电站技术经济性
4.1.2 IGCC捕集电站技术经济性分析
4.1.3 煤气冷却单元投资影响
4.2 不同气化技术IGCC捕集电站性能比较
4.2.1 不同气化炉系统比较
4.2.2 输运床空气气化及纯氧气化比较
4.3 不同捕集率系统热力性能及经济性比较
4.3.1 系统不同捕集率的实现方式
4.3.2 不同捕集率系统的热力性能分析
4.3.3 不同捕集率系统的经济性分析
4.4 不同煤基CO_2捕集电站经济性评价
4.4.1 IGCC捕集电站与PC捕集电站的比较
4.4.2 IGCC捕集电站关键因素敏感性分析
4.5 CO_2处置方式及碳税政策对经济性的影响
4.5.1 分析情景
4.5.2 封存及出售CO_2
4.5.3 碳税
4.6 本章小结
第五章 基于钙基吸收剂的CO_2吸收法在IGCC中的应用
5.1 钙基固体吸收剂在燃烧前捕集中的应用
5.2 基于CLP过程的IGCC-CLP系统
5.2.1 CLP反应器操作条件敏感性分析
5.2.2 基于IGCC-CLP的发电系统
5.2.3 基于IGCC-CLP的制氢系统
5.3 基于内在碳捕集气化反应器的系统
5.3.1 基于内在碳捕集气化过程的发电系统
5.3.2 基于内在碳捕集气化过程的制氢系统
5.4 不同发电系统的比较
5.4.1 IGCC基准电站及IGCC-NHD电站
5.4.2 不同系统的热力性能
5.5 基于钙基吸收剂发电系统的经济性评价
5.5.1 经济性评价方法
5.5.2 目标发电成本的确定
5.5.3 输运床纯氧气化IGCC-CLP系统关键单元临界投资
5.5.4 内在碳捕集气化发电系统关键单元临界投资
5.6 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 本文结论
6.2 下一步工作展望
参考文献
攻读博士学位期间参加的科研项目
攻读博士学位期间发表的论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]钙基吸收剂循环煅烧/碳酸化法捕集CO2的研究进展[J]. 蔡宁生,房凡,李振山. 中国电机工程学报. 2010(26)
[2]当前全球碳捕集与封存（CCS）技术进展及面临的主要问题[J]. 韩文科,杨玉峰,苗韧,陈子佳,安琪. 中国能源. 2009(10)
[3]燃煤电厂CO2捕集系统的技术与经济分析[J]. 黄斌,许世森,郜时旺,刘练波,陶继业,牛红伟,蔡铭. 动力工程. 2009(09)
[4]钙基CO2吸收剂循环反应特性的试验与模拟[J]. 房凡,李振山,蔡宁生. 中国电机工程学报. 2009(14)
[5]二氧化碳分离技术在烟气分离中的发展现状[J]. 李小森,鲁涛. 现代化工. 2009(04)
[6]化学链燃烧的能源环境系统研究进展[J]. 金红光,洪慧,韩涛. 科学通报. 2008(24)
[7]IGCC电厂的工程设计、采购和施工成本的估算模型[J]. 黄河,何芬,李政,倪维斗,何建坤,张希良,麻林巍. 动力工程. 2008(03)
[8]Utilization of chemical looping strategy in coal gasification processes[J]. Liangshih Fan,Shwetha Ramkumar. Particuology. 2008(03)
[9]燃煤电站CO2捕集与处理技术的现状与发展[J]. 黄斌,刘练波,许世森,丰镇平. 电力设备. 2008(05)
[10]两种煤气化工艺下Ni基载氧体链式燃烧联合循环性能模拟[J]. 向文国,牟建茂,狄藤藤. 中国电机工程学报. 2007(29)
博士论文
[1]基于输运床气化炉的IGCC系统集成研究[D]. 王波.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2009
[2]含碳能源直接制氢的实验研究[D]. 王峰.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2007
[3]新型近零排放煤气化燃烧集成利用系统的机理研究[D]. 关键.浙江大学 2007
[4]IGCC和联产的系统研究[D]. 徐祥.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2007
硕士论文
[1]化学链燃烧过程钙基载氧体的研究[D]. 刘永卓.青岛科技大学 2010
[2]煤制燃料气燃气轮机建模及性能分析[D]. 张丽丽.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2010
[3]煤气化链式燃烧联合循环系统性能研究[D]. 狄藤藤.东南大学 2006
本文编号：3218557
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