因為二氧化碳對溫室效應(yīng)的負(fù)面貢獻,氣候問題逐漸成為全球關(guān)注的焦點�？墒悄芎膯栴}是制約碳捕集技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的重要技術(shù)瓶頸。本文從能源利用效率角度提出一種熱力學(xué)碳泵基礎(chǔ)理論,包括有學(xué)術(shù)思想來源、概念類比、模型循環(huán)和基本理論等。在碳捕集領(lǐng)域完善了熱力學(xué)思想應(yīng)用層面的構(gòu)筑,促成了此領(lǐng)域內(nèi)原有分散的效能研究系統(tǒng)化。其中分離最小功的物理意義是表征分離過程的難易程度,而第二定律效率的物理意義是表征實際過程的能耗距離理想過程耗功的相對程度。然后,將熱力學(xué)碳泵基礎(chǔ)理論應(yīng)用于現(xiàn)有的碳捕集技術(shù)的能耗分析和評價。結(jié)果顯示既有碳捕集技術(shù)案例的第二定律分離效率的計算值均在35%以下。在此基礎(chǔ)上,比較了現(xiàn)有二氧化碳分離技術(shù)的能效水平,提出了提高能效的可能改進措施。燃燒后碳捕集技術(shù)中第二定律效率在15%以上的技術(shù)有吸收法、變壓吸附(PSA)、變溫吸附(TSA)和梯級循環(huán)膜分離(RMC)等;效率在10%及其以下的技術(shù)有變電吸附(ESA)、深冷分離、梯級循環(huán)膜分離(RMC)和新興碳捕集技術(shù)等。在此基礎(chǔ)上,提出了碳捕集技術(shù)與可再生能源聯(lián)合應(yīng)用的減排策略。然后,將熱力學(xué)碳泵基礎(chǔ)理論應(yīng)用在比較兩種吸附碳捕集技術(shù)的能效水平,分別是真空變壓吸附(VPSA)和變壓變溫吸附(PTSA)。通過分步過程方式在吸附等溫線圖上呈現(xiàn)兩種吸附碳捕集循環(huán)。分別分析了四種循環(huán)參數(shù)和四種部件參數(shù)對兩種碳捕集技術(shù)能效的影響。比較研究發(fā)現(xiàn),循環(huán)參數(shù)分析中初始煙氣中二氧化碳濃度升高,VPSA和PTSA兩種技術(shù)的第二定律效率都是先升高后下降,效率最大值分別是24.30%和19.09%;然而對于其他三種循環(huán)參數(shù)的數(shù)值增加,它們的第二定律效率都是在減少,且VPSA技術(shù)的效率始終優(yōu)于PTSA技術(shù)的效率。部件參數(shù)分析中當(dāng)空壓機效率降低時,VPSA和PTSA兩種技術(shù)的第二定律效率都是在下降,且VPSA技術(shù)的效率比PTSA技術(shù)的效率高;然而,對于其他三種部件參數(shù)的比較分析,都存在著第二定律效率的交叉點。其次,在熱力學(xué)碳泵基礎(chǔ)理論指導(dǎo)下,設(shè)計并搭建了一套單階段四步驟的真空變壓吸附碳捕集實驗系統(tǒng),用于在系統(tǒng)層面考察吸附技術(shù)的能耗。主要分析了二氧化碳濃度、進料流量和各階段時間等因素對于碳捕集循環(huán)的效能特性的影響。研究獲得了真空變壓吸附(VSA)裝置在能源利用方面的性能曲線,在實驗工況下使用沸石13X吸附材料的VSA系統(tǒng)的第二定律效率在1.83%到4.27%之間。提高進料氣二氧化碳濃度則可以提高捕集過程的第二定律效率,而進料氣流量的升高使得效率降低。吸附循環(huán)PF和PUR階段時間的延長可以提高分離過程的第二定律效率,而使得產(chǎn)品純度降低;FD階段時間的延長則是降低了分離過程的能源利用效率。最后,依據(jù)碳捕集技術(shù)與可再生能源集成應(yīng)用的策略,首次提出一種新型太陽能有機朗肯循環(huán)輔助燃煤電廠化學(xué)吸收碳捕集的整合系統(tǒng)(SOL-ORC-CO_2),并進行了有機朗肯循環(huán)(ORC)的工質(zhì)篩選�；谝蛔�300 MW_e燃煤電廠,分析和對比了新系統(tǒng)和其他三個參考系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟性,技術(shù)角度以年發(fā)電量和二氧化碳減排量為分析參數(shù),經(jīng)濟角度以年均化發(fā)電成本和二氧化碳移除成本為分析參數(shù)。新系統(tǒng)的提出實現(xiàn)了太陽能熱利用的溫度匹配與梯級利用,且相對于傳統(tǒng)燃煤電廠碳捕集技術(shù)的年總發(fā)電量增加了12.1%。以年總發(fā)電量和年總二氧化碳減排量兩個參數(shù)進行考察,新系統(tǒng)在四個系統(tǒng)比較中都處于第二位,具有綜合優(yōu)勢。在經(jīng)濟角度,新系統(tǒng)的均化發(fā)電成本和二氧化碳移除成本最大。比較結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)ORC價格低于1284.46 USD/kW且集熱場價格為120 USD/m~2的情況下,新系統(tǒng)SOL-ORC-CO_2在發(fā)電成本方面將會比太陽能輔助碳捕集系統(tǒng)(SOL-CO_2)具有優(yōu)勢;當(dāng)ORC價格繼續(xù)低于977.63 USD/kW時,新系統(tǒng)在發(fā)電成本方面將會比燃煤電廠碳捕集系統(tǒng)(PC-CO_2)更具競爭力。
【學(xué)位單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：X701;TK519
【部分圖文】：

圖 1-1 全球二氧化碳濃度變化趨勢圖igure 1-1 Tracked atmospheric CO2concentrations since 19 月 4 日，《巴黎協(xié)定》正式生效，全球氣候治理015 年 12 月 12 日，《聯(lián)合國氣候變化框架公約》一次大會在法國首都巴黎閉幕，全球 195 個國家出，各方將增強對氣候變化威脅的全球應(yīng)對，確升高控制在2 ℃以內(nèi)，并把溫升控制在1.5 ℃以

天津大學(xué)博士學(xué)位論文能效提升與碳捕集技術(shù)的交集，以熱驅(qū)動源驅(qū)動，實現(xiàn)對煙氣中二氧化碳的分離可再生能源驅(qū)動碳捕集，即圖中 B 區(qū)吸收/吸附碳捕集系統(tǒng)的再生過程等。C 術(shù)的交集，如太陽能直膨式熱泵技術(shù)。驅(qū)動低能耗捕集技術(shù)，如太陽能驅(qū)動熱到了集成�？稍偕茉蠢弥幸蕴柲芗夹g(shù)的發(fā)展趨勢、太陽能輔助燃煤電廠研究進展。

圖 1-3 中國太陽能直射輻射分布圖(1978-2007)[4]he distribution of mean annual total solar direct radiation in Ch圖 1-4 中國太陽能總時間的分布圖(1978-2007)[4]The distribution of mean annual total sunshine duration in Chin，節(jié)能與減排技術(shù)受到越來越多國家的關(guān)注與資金
【參考文獻】

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本文編號：2874691