【摘要】：富氧燃燒技術(shù)作為具有重要應(yīng)用前景的CO_2捕集、封存與利用技術(shù)之一,在世界范圍內(nèi)引起了廣泛研究。本文選取經(jīng)濟(jì)性上更具優(yōu)勢的分級增壓富氧燃燒系統(tǒng)基于過程模擬軟件Aspen Plus進(jìn)行建模,從系統(tǒng)的能耗分析、壓力評價(jià)、集成優(yōu)化、水耗分析等方面對分級增壓富氧燃燒系統(tǒng)進(jìn)行評價(jià)。首先建立分級增壓富氧燃燒系統(tǒng)全流程模型,在整體操作壓力提升到12.5bar的工況下,系統(tǒng)的毛效率提高到45.83%(HHV)和47.67%(LHV)。此外,采用的空分系統(tǒng)(air separation unit,ASU)和CO_2壓縮純化系統(tǒng)(CO_2 compression and purification unit,CPU)改善了整體性能。對于脫除SOx和NOx采用的直接接觸式冷卻塔(direct contact column,DCC)裝置,在凈化煙氣的同時回收大量熱量,進(jìn)一步提高系統(tǒng)效率。因此,分級增壓富氧燃燒系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了35.71%(HHV)或37.15%(LHV)的凈效率,相對于常壓富氧燃燒系統(tǒng)提升了7.41%(HHV)和7.51%(LHV)。繼而在分級增壓富氧燃燒系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上,進(jìn)行系統(tǒng)操作壓力對分級增壓富氧燃燒系統(tǒng)整體性能影響的靈敏度分析。隨著操作壓力的增加,在更高的露點(diǎn)情況下煙氣中可以回收更多可用的潛在焓。雖然ASU壓縮在較高壓力下消耗更多能量,但CPU需要較少的輔助能量。系統(tǒng)在12.5bar的工作壓力附近可以實(shí)現(xiàn)最大效率。此外基于夾點(diǎn)分析和熱集成方法分析分級增壓富氧燃燒系統(tǒng)10條冷熱物流,發(fā)現(xiàn)在10℃的最小溫差下,全系統(tǒng)最大熱量回收值超過240MW,系統(tǒng)凈發(fā)電效率值增加了0.63%。最后,對分級增壓富氧燃燒系統(tǒng)運(yùn)行水耗與生命周期水耗進(jìn)行分析。從六個耗水單元的取水量和耗水量分析可以看出,水的使用主要在蒸汽循環(huán)冷卻部分。從燃料供應(yīng)、基礎(chǔ)設(shè)施、系統(tǒng)運(yùn)行和化學(xué)品生產(chǎn)四個方面來評價(jià)系統(tǒng)生命周期水耗,分級增壓富氧燃燒系統(tǒng)的生命周期取水量為3225.04 L/MWh,生命周期耗水量2165.63 L/MWh。在整個生命周期,系統(tǒng)運(yùn)行階段所占的比例最大,按照取水量計(jì)算系統(tǒng)運(yùn)行階段取水量達(dá)到整個生命周期取水量的87.58%。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TK16
【圖文】：

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文統(tǒng)在汽水側(cè)，狀態(tài) 1 的冷凝水在離開冷凝器后由第一給水泵壓縮，隨加壓水進(jìn)入酸冷凝器，在其中與煙氣發(fā)生熱交換從而大部分潛在焓被態(tài) 20 冷卻到狀態(tài) 21，而狀態(tài) 3 的給水流通過吸收燃燒器壁面的熱后在 10bar 壓力下進(jìn)入除氧器。通過第二給水泵將狀態(tài) 5 的給水流泵在離開第二個給水泵后，給水再加熱到狀態(tài) 6，隨后進(jìn)入熱回收蒸汽在那里被加熱到新的狀態(tài) 7（600℃，250bar）。在電力島和 HRSG 之和低壓缸分別有兩個再加熱流過熱至 620℃，即狀態(tài) 9 和 11。

圖 1- 2 分級燃燒示意圖[24]大學(xué)已經(jīng)研究了一種燃料分級以減少富氧燃燒過程中和實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，將常壓富氧燃燒系統(tǒng)的煙氣循環(huán)率可以保持在可接受的水平，但與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比其熱通量計(jì)量比λ，它表示實(shí)際供應(yīng)的 O2質(zhì)量與燃料化學(xué)計(jì)量級增壓富氧燃燒系統(tǒng)的燃料分級概念與此略有不同，供應(yīng) O2（λ 1），過量的 O2將會起到稀釋劑的作用去分級燃燒過程中，熱量從第一階段提取到朗肯循環(huán)中，量的 O2進(jìn)入第二階段，在那里注入額外的燃料進(jìn)一步段中持續(xù)，直到幾乎所有的 O2被消耗。示展示了分級增壓富氧燃燒系統(tǒng)流程圖。煤粉以大致有 O2都被輸送到鍋爐 1，燃燒熱主要通過輻射傳熱轉(zhuǎn) 的產(chǎn)品進(jìn)入通過鍋爐 2，其中的 O2繼續(xù)和煤粉燃燒。

圖 1- 3 分級增壓富氧燃燒系統(tǒng)流程圖[27]pan 等人[27]發(fā)現(xiàn)由于燃料分級技術(shù)，分級增壓富氧燃燒技術(shù)能夠避免輔助負(fù)荷并實(shí)現(xiàn)大量熱量回收，這與高壓下煙氣和輔助系統(tǒng)的廢熱當(dāng)使用 PRB 次煙煤和伊利諾斯＃6 煙煤時，系統(tǒng)凈發(fā)電效率（HHV）。第一代富氧燃燒技術(shù)的凈發(fā)電效率相比空氣燃燒下降了大約 10%氧燃燒技術(shù)系統(tǒng)凈效率提高了 6%�；A(chǔ)上，Gopan 等人[28]繼續(xù)研究系統(tǒng)工作壓力和燃料含水量對凈發(fā)果發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)工作壓力最合適的為 16bar，超過該值后，壓力的增加冷凝量的增加可忽略不計(jì)，并且可用于與朗肯循環(huán)整合的熱量也是略能夠?qū)峒傻奈恢脧腻仩t給水加熱低壓區(qū)域部分地轉(zhuǎn)移到高壓區(qū)用的熱量的小幅增加，導(dǎo)致凈發(fā)電效率的提高。在所考慮的壓力范圍顯著增加一倍以上（>16bar），系統(tǒng)凈效率增加的幅度只有約 0.14%

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8 黃飛,林向東,尤國英;富氧燃燒

本文編號：2801463