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富氧燃煤机组多因素参数优化及与塔式太阳能耦合特性研究

张智羽  
【摘要】:富氧燃煤机组中由于增设了空分制氧及烟气压缩、纯化装置使整个系统成本上升、能耗增加。这也是制约其大规模工程应用的主要障碍之一。目前,从动态、多因素角度,针对主要运行参数的变化对富氧燃煤机组能耗产生影响的研究,尚未深入开展。太阳能辅助碳捕集系统技术由于兼有节能与环保的优点,具有良好的发展前景,但目前针对中高温太阳能辅助富氧燃煤发电技术集成特性的研究也很少开展。为此,本研究基于“能量梯级利用”原理,建立了塔式太阳能与富氧燃煤锅炉耦合集成系统的物理模型,得出了不同规模、不同品位的太阳能与燃煤化学能在富氧燃煤锅炉高温热源不同位置处的耦合传递、热功转换和梯级利用规律;并利用热力学分析法、太阳能贡献度分析法对不同集成方式的优劣进行剖析,得出了最优集成方案。提供了一种中高温太阳能与富氧燃煤机组集成方案的择优方法,为开展不同类型、不同容量太阳能辅助富氧燃煤电站的耦合方案比选、参数优化及系统改造的相关研究提供理论指导和科学参考。其次,本研究以富氧燃煤机组为对象,选取氧气纯度、氧气浓度、锅炉排烟中一次循环烟气比例以及过量氧气系数等主要运行参数作为影响因素,以系统能耗指标为试验目标,得出了单个运行因素对机组热力特性的动态影响;同时,综合考虑煤价、碳税税率、二氧化碳售价、碳排放权交易价格、利率及通货膨胀率等多种因素,建立了富氧燃煤机组的经济性模型,研究了运行参数对富氧燃煤机组经济性的影响,并进行了经济敏感性分析。再次,针对富氧燃煤机组能耗影响因素众多的特点,本研究基于正交试验法及响应曲面法,以富氧燃煤机组中锅炉热效率、机组单位供电标准煤耗、机组净电效率、机组供电成本、CO2捕集成本等指标为评价标准,开展了富氧燃煤机组多因素优化研究。研究揭示了机组能耗与多个影响因素之间的依变关系。同时,还通过极差分析得出运行因素对机组能耗的影响程度;通过方差分析得出最佳运行参数组合,为富氧燃煤机组的优化设计、节能改造及经济运行提供理论指导。此外,以富氧燃煤发电机组中磨煤机出口混合物温度为考察指标,选取干燥气中氧含量、漏风系数、排烟中一次循环烟气比例及烟气预热温度等参数作为影响因素,开展了单因素及基于正交试验法的多因素分析。得出了各因素对磨煤机出口混合物温度的影响程度及各因素的最佳运行范围。为富氧燃煤机组的安全、经济运行提供一定理论参考和技术指导。最后,本研究还基于等效焓降法热力学原理及热经济学原理开展富氧燃煤机组余热利用系统的方案设计、参数优化及经济敏感性分析,得出了最优余热利用方案。为富氧燃煤机组增设余热利用系统提供了可行性建议,并对项目发电补贴政策的制定提供了参考。


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