火力發(fā)電機(jī)組大規(guī)模脫碳能耗特性研究與系統(tǒng)集成優(yōu)化.pdf

1、溫室氣體排放引起的全球氣候變化，是本世紀(jì)人類面臨的最嚴(yán)重的環(huán)境問題，其中CO2年排放量約占人類活動排放溫室氣體總量的80％左右，是主要的溫室氣體源。我國是CO2排放大國，且火力發(fā)電CO2排放量占全國總排放量的一半以上，可見其CO2捕集與封存對我國乃至全世界溫室氣體減排意義重大。因此，本論文以大型火力發(fā)電機(jī)組為研究對象，針對其進(jìn)行燃燒后脫碳能耗較高的問題開展研究。首先，在單元層面，分析脫碳單元能耗特性，總結(jié)凝練熱力集成原則;其次，在系統(tǒng)層

2、面，分別以燃煤機(jī)組和天然氣聯(lián)合循環(huán)(NGCC)機(jī)組為例，應(yīng)用上述集成原則對火電機(jī)組進(jìn)行全面的脫碳集成優(yōu)化;最后，對比分析傳統(tǒng)單乙醇胺(MEA)脫碳法與鈣基脫碳法在熱力性能，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能上對發(fā)電系統(tǒng)的影響，進(jìn)行綜合評價。具體而言:
　　針對典型的MEA脫碳過程，進(jìn)行能量分析。分析可知，脫碳過程能耗巨大主要是由于以下幾方面原因:再沸器能耗巨大，抽汽供熱量更大;脫碳用抽汽能級與再沸器所需能級不匹配;脫碳單元廢熱未合理利用等。因此，當(dāng)脫碳

3、過程與能源動力系統(tǒng)集成時，減少脫碳用抽汽量、合理優(yōu)化抽汽能級以及有效回收脫碳單元廢熱對降低脫碳能耗則至關(guān)重要。
　　針對煤基發(fā)電機(jī)組，提出一種基于脫碳單元能量輸入側(cè)優(yōu)化的新型脫碳集成系統(tǒng)，即采用蒸汽引射器形成新型抽汽方案，以解決脫碳抽汽參數(shù)與再沸器需求不匹配帶來的能量浪費(fèi)。結(jié)果表明，經(jīng)能量輸入側(cè)優(yōu)化后，新系統(tǒng)在抽汽余壓、余熱處理以及脫碳單元散熱三方面(火用)損明顯降低，從而使系統(tǒng)(火用)效率由25.6％提高至30.8％，脫碳能效懲

4、罰降低5.3個百分點(diǎn)。發(fā)電成本(COE)和CO2減排成本(COA)分別降低20.9％和40.0％，機(jī)組性能得到顯著改善。
　　針對NGCC電站煙氣CO2濃度較低，蒸汽循環(huán)無回?zé)嵯到y(tǒng)，且進(jìn)入脫碳單元的煙氣溫度較高的特點(diǎn)，提出一種基于脫碳過程余熱梯級利用的新型脫碳集成系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用煙氣再循環(huán)(EGR)提升煙氣CO2濃度，降低單位CO2捕集能耗;利用超臨界CO2循環(huán)回收低溫?zé)煔怙@熱增加機(jī)組出功;通過解析塔出口CO2預(yù)壓縮回收部分CO2

5、冷卻熱用于吸收劑再生。結(jié)果表明，新集成系統(tǒng)的電廠凈出功由445.92MW增至474.77MW，脫碳能效懲罰相較無集成脫碳電廠降低2.9個百分點(diǎn)，COE比無集成脫碳系統(tǒng)降低9.9％。
　　針對NGCC電站，提出一種供熱，脫碳，發(fā)電一體化系統(tǒng)。該系統(tǒng)將NGCC電廠與供熱系統(tǒng)相結(jié)合，充分利用脫碳單元釋放的低品位大流量廢熱，即吸收劑冷卻熱，CO2冷卻熱和多級壓縮間冷熱。結(jié)果表明，新系統(tǒng)的凈效率比無集成脫碳系統(tǒng)高2.0個百分點(diǎn)。考慮供熱后，

6、247.59MW熱量被回用，其能源利用效率相應(yīng)提高27.0個百分點(diǎn)。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析角度可知，新系統(tǒng)的COE和COA分別降低到82.61$/MWh和76.67$/t CO2，比無集成脫碳NGCC電廠COE和COA降低了9.8％和27.3％。
　　為了全面評價MEA脫碳性能，本文最后進(jìn)行MEA脫碳和鈣基脫碳對比研究。結(jié)果表明，當(dāng)NGCC電廠與MEA脫碳單元進(jìn)行耦合時，NGCC電廠的凈效率由56.0％下降到48.6％，采用EGR使得機(jī)組