【摘 要】
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富氧燃烧CFB发电机组由于增加了空气分离制氧设备以及烟气纯化、压缩等捕碳设备,导致整个系统能耗增加、发电成本上升;能耗的增大,也会产生CO2二次排放的问题。因此,采用可再生能源替代富氧燃烧CFB发电机组中部分化石能源消耗可有效解决这个问题。太阳能热辅助富氧燃煤发电技术具有低碳、节能等优点,有良好的发展前景。目前,针对富氧燃烧CFB发电机组热力特性全流程模拟分析,鲜有报道;针对太阳能热辅助富氧燃烧C
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富氧燃烧CFB发电机组由于增加了空气分离制氧设备以及烟气纯化、压缩等捕碳设备,导致整个系统能耗增加、发电成本上升;能耗的增大,也会产生CO2二次排放的问题。因此,采用可再生能源替代富氧燃烧CFB发电机组中部分化石能源消耗可有效解决这个问题。太阳能热辅助富氧燃煤发电技术具有低碳、节能等优点,有良好的发展前景。目前,针对富氧燃烧CFB发电机组热力特性全流程模拟分析,鲜有报道;针对太阳能热辅助富氧燃烧CFB发电机组耦合机理研究开展也很少。为此,本文使用Ebsilon Professional等模拟软件对太阳能热辅助富氧燃烧CFB燃煤发电耦合系统进行全流程模拟。建立了富氧燃烧CFB发电机组热力学及热经济学模型,并进行了验证。以此为基础,选取氧气纯度、氧气浓度、过量氧气系数及漏风系数等多个主要运行、设计参数作为影响因素,以系统能耗指标为试验目标参数,得出了单个运行参数对机组热力特性的影响趋势。在最优工况运行下,富氧燃烧CFB发电机组总能耗为107.18MW,输出功率为222.82MW,净电效率为29.42%。其次,综合考虑煤价、碳税、CO2产品销售价格、碳排放权交易价格等经济因素后,建立了富氧CFB机组经济计算模型,得出了富氧燃烧CFB机组供电成本并进行了经济敏感性分析。之后,提出了考虑不同因素条件下的8种供电成本计算模型,利用经济学成本分析法评估富氧燃烧CFB机组供电成本及CO2减排成本。研究发现:分别仅考虑碳税、CO2产品出售收益、碳排放权交易收益时,富氧机组供电成本分别比常规机组增加0.09元·（k W·h）-1;降低0.1047元·（k W·h）-1、增加0.0288元·（k W·h）-1;随着碳税增大,富氧和常规CFB机组的供电成本均增大,但增大的趋势各不相同;随着CO2出售价格和碳排放权交易价格的增大,富氧机组供电成本降低,常规机组供电成本不改变;当碳税为137.25元·（t CO2）-1时、CO2售价为103.0元·（t CO2）-1、碳排放权交易价格为103.9元·（t CO2）-1时,富氧与常规CFB机组具有相同的供电成本。再次,利用响应曲面法对富氧燃烧CFB发电机组的多因素进行多目标优化,建立了二次回归模型,通过得出多目标优化后的响应曲面、二次回归方程、目标参数及最佳运行方案。结果发现,氧气浓度对富氧燃烧CFB锅炉热效率影响程度最大;过量氧气系数对富氧燃烧CFB发电机组净电效率、CO2减排成本、供电成本影响程度最大。在最优条件下富氧燃烧CFB发电机组的净电效率可达到28.64%,锅炉热效率可达到93.06%。最后,在完成富氧燃烧CFB发电机组参数优化的基础上,搭建了塔式太阳能热辅助富氧燃烧CFB耦合发电机组全流程模拟模型,并对耦合机组进行热力学分析,以此探究不同耦合方案下的抽汽极限及太阳能最大吸纳量。研究结果发现,CFB锅炉的热效率、耦合机组的节煤率均随送入塔式太阳能系统的抽汽量增大而增大。之后,利用热力学分析法、太阳能吸纳功极限分析法对塔式太阳能热辅助富氧燃烧CFB发电机组各个耦合方案的优劣进行分析,得出机组最优运行方式及最佳耦合方案;得出了在采用将太阳能热辅助系统与所有过热器并联的耦合方式下,太阳能的吸纳极限在所选方案中最大,达到54.79MW;耦合机组最大有效节煤量达到了19.6 g/（k W·h）。本研究可以为富氧燃烧CFB发电机组优化设计提供理论依据,也可为塔式太阳能热辅助富氧燃烧CFB耦合发电机组的概念设计和运行优化提供全新思路。
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