因?yàn)槎趸紝?duì)溫室效應(yīng)的負(fù)面貢獻(xiàn),氣候問題逐漸成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)�？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(shí)際過程的能耗距離理想過程耗功的相對(duì)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(píng)價(jià)。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(jì)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(jìn)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(jí)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(jí)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(duì)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(duì)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(jī)效率降低時(shí),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(duì)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(diǎn)。其次,在熱力學(xué)碳泵基礎(chǔ)理論指導(dǎo)下,設(shè)計(jì)并搭建了一套單階段四步驟的真空變壓吸附碳捕集實(shí)驗(yàn)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(jìn)料流量和各階段時(shí)間等因素對(duì)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(shí)驗(yàn)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(jìn)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(jìn)料氣流量的升高使得效率降低。吸附循環(huán)PF和PUR階段時(shí)間的延長(zhǎng)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(shí)間的延長(zhǎng)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(jī)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(jìn)行了有機(jī)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(duì)比了新系統(tǒng)和其他三個(gè)參考系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(jì)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(shí)現(xiàn)了太陽能熱利用的溫度匹配與梯級(jí)利用,且相對(duì)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?jī)蓚�(gè)參數(shù)進(jìn)行考察,新系統(tǒng)在四個(gè)系統(tǒng)比較中都處于第二位,具有綜合優(yōu)勢(shì)。在經(jīng)濟(jì)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(jià)格低于1284.46 USD/kW且集熱場(chǎng)價(jià)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(huì)比太陽能輔助碳捕集系統(tǒng)(SOL-CO_2)具有優(yōu)勢(shì);當(dāng)ORC價(jià)格繼續(xù)低于977.63 USD/kW時(shí),新系統(tǒng)在發(fā)電成本方面將會(huì)比燃煤電廠碳捕集系統(tǒng)(PC-CO_2)更具競(jìng)爭(zhēng)力。
【學(xué)位單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)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(shì)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(guó)氣候變化框架公約》一次大會(huì)在法國(guó)首都巴黎閉幕，全球 195 個(gè)國(guó)家出，各方將增強(qiáng)對(duì)氣候變化威脅的全球應(yīng)對(duì)，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(dòng)源驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣中二氧化碳的分離可再生能源驅(qū)動(dòng)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(dòng)低能耗捕集技術(shù)，如太陽能驅(qū)動(dòng)熱到了集成�？稍偕茉蠢弥幸蕴柲芗夹g(shù)的發(fā)展趨勢(shì)、太陽能輔助燃煤電廠研究進(jìn)展。

圖 1-3 中國(guó)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(guó)太陽能總時(shí)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(guó)家的關(guān)注與資金
【參考文獻(xiàn)】

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