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二氧化碳减排机理及其与火电厂耦合特性研究

翟融融  
【摘要】: 由于温室气体排放增多导致的气候变化已经对地球生态系统和人类社会造成了一系列重大影响。控制作为工业中主要排放源的燃煤燃气等化石燃料型电厂二氧化碳排放的捕集技术可以分为燃烧前捕集、富氧燃烧和燃烧后捕集三大类,燃烧后捕集技术与原电厂之间具有良好的继承性。在本文中,主要对基于氧化钙和单乙醇胺(MEA)的二氧化碳吸收系统进行研究,并研究其与火电厂的耦合特性。主要研究工作包括: 首先,从微观角度对基于氧化钙的二氧化碳吸收系统分析,建立了考虑入口气体表观速度、氧化钙颗粒粒径等参数影响的碳化器一维静态模型并在MATLAB软件中实现,研究碳化反应过程碳化反应器中二氧化碳浓度随反应器高度的变化规律。并分析气体表观速度、氧化钙颗粒粒径及煅烧-碳化循环次数等参数对碳化过程的影响。通过搭建小型鼓泡流化床实验台,研究多次煅烧-碳化过程反应器中二氧化碳浓度变化规律。 其次,对基于MEA的二氧化碳吸收系统进行分析,通过在Aspen Plus软件中模拟该系统,研究MEA入口温度、MEA质量浓度、入口MEA流量、解吸器操作压力等因素对二氧化碳吸收过程的影响。并通过基于热力学第二定律的单耗分析方法找出解吸器为系统中能耗最大的部件,约占系统总能耗的57.73%,为下一步系统优化运行提供方向。 利用氧化钙吸收二氧化碳系统中存在运行温度高、能损大的特点,以及MEA吸收系统需从外部输入热量用于MEA再生等能量特性,寻求与火电热力系统的耦合方式,通过火电机组仿真模型定量研究各种可能耦合方式的热力与经济特性,得到耦合后对原火电机组热效率、煤耗率、发电成本和二氧化碳回避成本等参数的影响。选取国内某600MW超临界火电机组为研究案例,分别研究基于氧化钙和MEA的二氧化碳吸收方式与其在不同耦合方式下的耦合特性。 可再生能源如风能、水能和太阳能等正日趋成熟,而碳捕集与封存技术作为减少二氧化碳气体排放措施也已经从试验阶段到示范阶段,使得电源结构日益复杂,建立新的具有普适性的电源规划模型显得十分必要。针对考虑二氧化碳减排和可再生能源的新型电源规划问题,首次建立了以煤耗量、氮氧化物排放量、二氧化碳排放量和改造电网系统成本四个函数为目标的多目标优化模型,提出求解多目标规划的广义加权法并通过MATLAB软件进行优化求解,得到上述四个目标函数在给定权重下负荷分配最优方案。


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