燃煤电厂二氧化碳氨吸收技术的系统模拟与优化

论文摘要

为了减缓全球气候变化,减少化石燃料尤其燃煤电厂烟气中的CO2向大气中的排放至关重要。然而,CO2脱除的巨大代价,使得目前的研究重点仍然在于寻找新的吸收剂。氨作为一种新的吸收剂,在前人的研究中显示出了优势。本文模拟了燃煤电厂烟气中CO2氨吸收系统,并将之与蒸汽循环整合。对吸收、再生和CO2压缩过程的影响因素进行了分析;模拟了电厂蒸汽循环,并研究了从中抽取过热蒸汽加热再沸器对电厂输出电量的影响,最后与CO2吸收进行整合,研究了对电厂效率的影响。通过对吸收塔和再生塔的模拟,明确了各参数分别对吸收和再生的影响。对于吸收,减少流率、提高CO2在溶液中的浓度将有效降低再生能耗;采用常压吸收可节省烟气压缩的能耗;温度、氨水浓度、CO2在吸收液中的含量都可根据其对流率、氨和水挥发的影响而确定。对于再生,生成气中CO2的浓度对能耗影响显著,当其为70%时的氨和水挥发比较合适,并利于之后的分离;再生压力决定了再沸器的温度和能耗;随着吸收液中CO2浓度的增加,CO2的再生率下降,能耗降低。再生压力对CO2压缩能耗影响很大;随着压力增大,出口的CO2压力增大,氨和水的挥发减少。对电厂设计和实际运行数据的整理,发现了抽取蒸汽及给水预热与电厂负荷的关系,从而建立了300MW燃煤电厂蒸汽循环模型。通过对不同负荷下模拟结果的比较,证明了该模型的有效性。通过对氨吸收系统和蒸汽循环的整合,研究了CO2捕获的代价:抽取汽轮机做功的部分蒸汽来加热再沸器减少了电厂输出电量;烟气压缩、CO2压缩和吸收液泵需要电厂提供电量。CO2在吸收液中的浓度和再生塔压力是最关键的影响因子,研究表明恰当的CO2浓度和再生塔压力将有效地减少电厂效率的降低。蒸汽抽取位置也影响了抽取量和电厂输出电量。通过对前人氨吸收系统及MEA吸收系统的再沸器热耗和电厂电量消耗的比较,发现氨法优于MEA,而本研究所采用的最优条件也十分合适。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究背景
• 2浓度'>1.1.1 温室效应与CO₂浓度
• 2的减排'>1.1.2 能源利用与CO₂的减排
• 2捕获与填埋'>1.1.3 CO₂捕获与填埋
• 2脱除技术的比较'>1.1.4 CO₂脱除技术的比较
• 2氨吸收法研究综述'>1.2 CO₂氨吸收法研究综述
• 2反应原理'>1.2.1 氨与CO₂反应原理
• 1.2.2 氨吸收法的实验研究
• 1.2.3 氨吸收法的模拟研究
• 1.2.4 模拟软件选择与 Aspen Plus 软件介绍
• 1.3 课题思路和研究内容
• 1.3.1 研究思路
• 1.3.2 研究内容
• 第2章 二氧化碳氨吸收系统模拟
• 2.1 流程选择
• 2捕获系统的发展'>2.1.1 CO₂捕获系统的发展
• 2捕获系统的适应性'>2.1.2 氨对各CO₂捕获系统的适应性
• 2.1.3 本研究所用流程
• 2.2 流程规定
• 2.2.1 研究目标
• 2.2.2 模拟烟气的选择
• 2.2.3 系统模拟的假设
• 2.2.4 规定组分
• 2.2.5 规定物性方法
• 2.2.6 规定化学反应
• 2.2.7 规定物流
• 2.2.8 规定模块
• 2.3 物性方法评价
• 2-NH₃-H₂O 系统平衡介绍'>2.3.1 CO₂-NH₃-H₂O 系统平衡介绍
• 2.3.2 物性方法选择与比较
• 2.4 吸收塔模拟
• 2.4.1 吸收过程特点
• 2.4.2 吸收塔的研究目的
• 2.4.3 吸收塔的研究
• 2.4.4 吸收条件的选取
• 2.5 再生塔模拟
• 2.5.1 再生过程特点
• 2.5.2 再生塔规定
• 2.5.3 再生塔研究
• 2.5.4 再生塔研究总结
• 2压缩'>2.6 CO₂压缩
• 2压缩的介绍'>2.6.1 CO₂压缩的介绍
• 2压缩流程'>2.6.2 CO₂压缩流程
• 2压缩的能量需求'>2.6.3 CO₂压缩的能量需求
• 2.7 吸收系统整合
• 2.7.1 吸收系统整合介绍
• 2.7.2 最优参数选取
• 2.7.3 最优模拟结果
• 2.8 本章小结
• 第3章 电厂蒸汽循环模拟
• 3.1 电厂蒸汽循环
• 3.1.1 火电厂蒸汽循环介绍
• 2捕获'>3.1.2 蒸汽循环与CO₂捕获
• 3.1.3 前人的蒸汽循环模拟
• 3.1.4 蒸汽循环模拟目的
• 3.2 流程规定
• 3.2.1 本研究所用循环流程
• 3.2.2 流程假设
• 3.2.3 规定物性方法
• 3.2.4 规定物流
• 3.2.5 规定模块
• 3.3 模型验证
• 3.3.1 物性方法评价
• 3.3.2 物流温度压力及流率
• 3.3.3 不同负荷时物流及功流
• 3.3.4 热耗
• 3.4 本章小结
• 2 氨吸收系统的整合'>第4章 电厂蒸汽循环模拟与CO₂氨吸收系统的整合
• 4.1 本章介绍
• 2氨吸收系统的能量需求'>4.1.1 CO₂氨吸收系统的能量需求
• 2氨吸收系统能量选择'>4.1.2 CO₂氨吸收系统能量选择
• 2氨吸收系统与电厂的整合'>4.1.3 CO₂氨吸收系统与电厂的整合
• 4.2 整合的实现
• 4.2.1 蒸汽抽取的价值
• 4.2.2 蒸汽抽取和回注位置的选择
• 4.2.3 系统整合流程
• 4.3 系统整合的结果
• 4.3.1 最大可用蒸汽抽取量
• 2浓度'>4.3.2 CO₂浓度
• 4.3.3 再生塔压力
• 4.3.4 研究结果整理
• 4.4 与前人研究的比较
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论
• 5.1 研究总结
• 5.2 对未来工作的建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果