【摘要】：通過抽蒸汽進(jìn)行CO_2解吸會使電廠的效率下降約10%。太陽能中低溫集熱器集熱溫度與再沸器的溫度對口,可以作為CO_2解吸的熱源。太陽能輔助CO_2捕集可實現(xiàn)利用中低溫的太陽能集熱代替電廠的高溫抽蒸汽進(jìn)行CO_2解吸,使高溫高壓蒸汽可以繼續(xù)做功,實現(xiàn)減排的同時降低因抽蒸汽對機(jī)組出力的影響。本文即針對太陽能輔助燃煤電廠燃燒后CO_2捕集系統(tǒng)進(jìn)行能量特性分析及系統(tǒng)優(yōu)化。首先,通過獨立的太陽能集熱模型和CO_2吸收解吸模型對太陽能集熱特性和CO_2吸收解吸再生能耗特性進(jìn)行了模擬研究,結(jié)果表明:當(dāng)MEA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30wt.%,解吸塔壓強(qiáng)為1bar、1.4bar和1.7bar時,使再沸器熱負(fù)荷最小的貧液CO_2負(fù)荷均為0.28molCO_2/molMEA,此時再沸器的熱負(fù)荷分別為3.508MJ/kgCO_2、3.337MJ/kgCO_2和3.255MJ/kgCO_2。然后,針對不同的太陽能集熱器的集熱溫度、面積和價格以及不同的氣象條件,對四種耦合方案進(jìn)行抽蒸汽CO_2解吸和太陽能輔助CO_2解吸兩種方式的系統(tǒng)能量特性進(jìn)行模擬研究,結(jié)果表明:不考慮集熱器類型時,方案1、2、3、4的系統(tǒng)凈輸出功率分別為508.59MW、513.83MW、513.48MW和526.98MW;考慮不同集熱器類型相同集熱面積時,采用PTC的凈輸出功最高,為512.42MW;考慮相同投資成本時,采用FPC的凈輸出功最高,為536.35MW。最后,基于太陽能集熱器集熱特性及其與系統(tǒng)的能量耦合特性提出了影響系統(tǒng)設(shè)置的兩個邊界面積,模擬分析了不同地區(qū)氣象條件下四種耦合方案的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)特性。對于有蓄熱的系統(tǒng),系統(tǒng)的太陽能保證率(SF)按照線性增加;對于無蓄熱系統(tǒng),達(dá)到第二邊界面積時SF停止增加并保持在相應(yīng)的數(shù)值,拉薩、天津和西安,此SF值依次分別為40.97%、36.23%和29.81%;使太陽能輔助CO_2捕集系統(tǒng)的LCOE等于純抽蒸汽進(jìn)行CO_2捕集系統(tǒng)LCOE的集熱器臨界價格差異較大;天津的方案2只有ETC有臨界價格為133.4 USD/m2,其他集熱器類型耦合系統(tǒng)LCOE值均小于無太陽能輔助CO_2捕集電廠的LCOE值,方案4的LFC、CPC和PTC的臨界價格分別為118.8 USD/m2、65.6 USD/m2和155.9 USD/m2。
【圖文】：

弱酸堿鹽溶液在不同的操作壓力和操作溫度下存在不同的氣液相平衡和化學(xué)反應(yīng)平衡的原理來進(jìn)行 CO2的吸收和解吸[18]。實際工業(yè)中煙氣成分比較復(fù)雜，一些強(qiáng)酸性氣體如 SO2、NOX以及灰塵等會先于 CO2與吸收劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而被吸收，這樣不僅浪費大量的吸收溶液，還降低了 CO2的吸收效果[19-21]。為了防止這些因素的影響，一般會在碳捕集前進(jìn)行脫硫脫硝除塵等過程，這樣又增加了系統(tǒng)能耗和 CO2捕集成本，同時，吸收劑在高溫高壓和氧化劑作用下也會自行降解，增加了吸收劑的消耗[22, 23]。圖 1-1 是燃燒后捕集 CO2的工藝流程圖[6, 8]，煙氣經(jīng)過一系列的過程后，在最終環(huán)節(jié)進(jìn)行 CO2的捕集工作，捕集系統(tǒng)直接添加在系統(tǒng)中，整個過程對既有系統(tǒng)的系統(tǒng)流程及工藝影響較小。該法適宜于 CO2的分壓較低、含量較低的煙氣 CO2捕集系統(tǒng)中。我國常規(guī)燃煤電廠煙氣中 CO2分壓一般較低、其含量通常保持在 14~20%之間，因此該法適合于燃煤電廠煙氣中 CO2分離。該法在實際生產(chǎn)過程中已有成型工藝。但是該分離方法能耗很大，，且吸收劑再生過程會產(chǎn)生其它負(fù)面影響，如降低鍋爐的凈熱量輸出，降低電廠凈功率輸出等。

2.3.2 真空管集熱器（ETC）真空管的全稱是全玻璃真空太陽能集熱管。它的主要組成部分如圖2-1所示，包括：吸熱內(nèi)管、外玻璃罩管、內(nèi)管卡子、吸熱管與玻璃罩管之間的真空夾層、吸氣劑、吸氣膜和吸熱內(nèi)管上涂有的選擇性吸收涂層。太陽輻射能通過玻璃罩管和真空夾層被選擇性吸收涂層吸收并傳遞給集熱管內(nèi)的流體。圖 2-1 真空管結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2-1 Structure schematic of vacuum tube collectorETC 的能量損失亦包括光學(xué)損失和熱損失兩部分，如圖 2-2 所示。其中熱損失包括：圖 2-2 真空管集熱損失示意圖Fig.2-2 Schematic of of heat collecting loss of a vacuum tube collector
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK513.1;TM621

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