燃煤电厂二氧化碳氨吸收技术的系统模拟与优化

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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。
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