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《华北电力大学》 2015年
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燃气电厂烟气CO_2捕获过程模拟

王明明  
【摘要】:化石燃料发电厂作为电力的主要来源之一,在发电过程中不可避免的都会释放温室气体。受国际条约和国家法规影响,CO_2减排正日益成为评价发电经济性的关键指标。相比煤炭和石油,天然气具有较低的含碳量,加上天然气燃气-蒸汽联合循环(Natural Gas Combined Cycles,NGCC)高发电效率带来的低投资成本,NGCC电厂将在未来发电机构中发挥重要作用。现今NGCC已成为全世界广泛采用的发电技术,而燃气热电联产(Combined Heat and Power,CHP)电厂可起到进一步节能的作用。若未来二氧化碳减排政策要求NGCC-CHP机组减少二氧化碳的排放,则对NGCC电厂安装大型捕获装置进行可行性研究将会变得尤为重要。在过去几十年里,CO_2吸收/解吸过程作为短期内可实施的捕获工艺已得到广泛研究。但NGCC电厂低的烟气CO_2浓度和高的捕获能耗,其采用MEA吸收剂的燃烧后捕获工艺将面临较大的技术挑战。本文采用流程模拟手段,分析研究以MEA为吸收剂的技术工艺捕获350 MW NGCC-CHP电厂烟气CO_2。首先,采用Aspen Plus进行捕获流程建模,考察了CO_2脱除效率、吸收剂浓度、贫液CO_2负荷、吸收塔入口烟气和贫液温度、再生塔操作压力、再生塔入口富液温度等参数对吸收剂流量、再沸器热能耗和冷却水用量等系统经济指标的影响。其次,应用Aspen Plus中的设计规定和灵敏度分析工具对脱碳系统进行了工艺参数优化。在给定110 oC再生塔入口富液温度的条件下,确定CO_2捕获系统获得最低再生能耗对应的优化操作条件。当采用贫液负荷为0.3 mol CO_2/mol MEA,吸收剂浓度为30 MEA wt.%,再生塔操作压力为2 bar时,系统热能耗取得最小值为3.55 GJ/t CO_2。最后,对捕获流程进行再生分流改进,以进一步降低捕获系统整体能耗。当直接进入再生塔的冷富液的比重达到17.5%时,吸收剂再生热能耗降低至3.20 GJ/t CO_2,相比常规捕获流程的优化值降低了约10%。此外,计算带解析分流脱碳流程的捕获机组的热经济性,分析结果表明用于吸收剂再生的低压蒸汽总量占机组可用蒸汽量的41%左右。在发电模式下,捕获电厂总效率由59.14%(LHV)降至52.80%,对应效率惩罚为6.34个百分点;在热电模式下,捕获电厂总效率由88.14%降至67.94%,效率惩罚20.20个百分点,其中供热和电力效率损失分为17.17个百分点和3.03个百分点。本文的最后还指出了NGCC进行CO_2捕获的进一步研究方向。
【学位授予单位】:华北电力大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:X773

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