【摘要】：二氧化碳捕集系統(tǒng)的整體能耗較高，主要原因在于CO2吸收過程需要在較低的溫度條件（近40℃）下進(jìn)行，而CO2解吸過程需要在較高的溫度條件（110～140℃）下完成。解吸過程需要的高品位能量是由來自汽輪機(jī)的蒸汽提供的，此外，CO2在壓縮過程中為了減少功耗，需要被冷卻。這一系列的加熱冷卻過程導(dǎo)致了能源的消耗，使得CO2捕集系統(tǒng)能耗持續(xù)在較高水平上。針對這一問題，本文對CO2捕集系統(tǒng)進(jìn)行能量分析及換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，以降低總的能耗，提高其經(jīng)濟(jì)性能，主要工作如下： 首先，采用熱力學(xué)分析法對CO2捕集系統(tǒng)進(jìn)行能量分析。所采用的熱力學(xué)分析法是能量衡算法和有效能分析法，這兩種方法互為協(xié)同、互為補(bǔ)充。將煙氣的脫硫、脫碳系統(tǒng)視為一個整體，建立黑箱模型，通過能量衡算法，計算進(jìn)出系統(tǒng)各物流的焓值。分析計算結(jié)果表明，，系統(tǒng)的熱能主要來自電廠抽汽，而大部分熱能損失來自洗滌液和冷卻水。在有效能分析法中，因為CO2的捕集流程涉及化學(xué)反應(yīng)，所以對于參與反應(yīng)的物流，需要計算其物理有效能和化學(xué)有效能。分析全裝置和各單元體設(shè)備的有效能分布情況，結(jié)果表明，吸收塔、解吸塔、貧富液換熱器是首選的節(jié)能對象，回收煙氣的熱能在減少能耗的同時還可減少冷卻水用量； 其次，應(yīng)用夾點分析法對CO2捕集系統(tǒng)的換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化。確定了冷、熱物流，計算得到了各物流熱量。采用問題表法確定了換熱網(wǎng)絡(luò)的夾點溫度（107℃）。再依據(jù)夾點分析的準(zhǔn)則對冷、熱物流進(jìn)行重新匹配。得到了三種新的換熱流程：一種是將高溫?zé)煔馀c胺補(bǔ)液之間進(jìn)行匹配的煙氣余熱回收一級換熱網(wǎng)絡(luò)是，第二種是將高溫?zé)煔庖来闻c富液、胺補(bǔ)液之間進(jìn)行匹配的煙氣余熱直接回收二級換熱網(wǎng)絡(luò)。最后一種也屬于煙氣余熱回收二級換熱網(wǎng)絡(luò)，但它是將高溫?zé)煔馀c富液之間進(jìn)行間接換熱。對三種方案的節(jié)能率和投資費用進(jìn)行了分析計算，結(jié)果表明，煙氣余熱回收一級換熱網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能率最高，投資成本最低，是最優(yōu)改造方案； 再次，采用Aspen Plus V8.2軟件模擬最佳CO2捕集系統(tǒng)改造方案。為做好優(yōu)化前后的比較，先模擬出原CO2捕集流程。選擇適合水溶性混合溶劑的物性方法“Electrolyte NRTL”，建立MEA-H2O-CO2模塊，計算結(jié)果表明碳捕集率為75.3%。然后對改造方案進(jìn)行模擬計算，結(jié)果表明，利用煙氣熱能預(yù)熱的胺補(bǔ)液溫度由40℃升至93℃，與夾點分析計算結(jié)果的相對誤差為8.8%； 最后，對CO2捕集系統(tǒng)優(yōu)化方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)評價。采用動態(tài)補(bǔ)償年限法，利用節(jié)能措施一次性投資費用、年凈節(jié)約費用、資金年利率和節(jié)能項目壽命周期末殘值計算。結(jié)果表明，所采取的節(jié)能措施的動態(tài)回收期為2.6年，這一年限小于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)回收期，也小于設(shè)計使用年限的一半，因此該節(jié)能方案在技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)上是可行的。
【圖文】：

IGCC典型系統(tǒng)示意圖

圖 1-5 碳捕集系統(tǒng)的模擬流程圖[43]Fig.1-5 The simulation of carbon captured system[43]1.6 主要研究內(nèi)容在捕集 CO2的所有方法中，化學(xué)吸收法最為成熟，但能耗大、投資成本高，有待于進(jìn)一步改進(jìn)。本課題以傳統(tǒng)碳捕集流程為基礎(chǔ)，通過理論分析、軟件模擬來實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化。主要研究內(nèi)容如下：（1） 以煙氣的整個脫硫、脫碳系統(tǒng)為研究對象，采用能量衡算法和有效能分析法來掌握系統(tǒng)能量消耗的特點，進(jìn)而明確降低系統(tǒng)能耗的目標(biāo)；（2） 利用夾點分析技術(shù)確定了系統(tǒng)換熱網(wǎng)絡(luò)的夾點溫度，然后通過冷、熱物流間的“新”匹配對原換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造，并對新?lián)Q熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行評價，選出最優(yōu)改造方案；（3） 應(yīng)用 Aspen Plus 軟件模擬傳統(tǒng)的碳捕集系統(tǒng)和通過夾點分析得出
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：X701

【參考文獻(xiàn)】

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