与IGCC匹配的燃烧前CO_2捕集系统动态特性分析及控制优化

燃烧前CO_2捕集技术在整体煤气化联合循环发电(IGCC)的应用正处于起步阶段。与传统化工系统里CO_2捕集不同,IGCC发电机组要求能够经常在不同负荷下运行,并能保持较高的系统热效率,因此对其动态特性以及控制方案的研究是十分必要的。针对正在建设的某30MWth的燃烧前CO_2捕集系统,基于DYNSIM软件平台搭建了其MDEA脱硫脱碳工艺流程动态仿真模型,研究了CO_2捕集率对主要调节变量的动态响应特性,并针对其特点提出了优化控制方案。将其与原有方案对比,仿真结果表明,应用该方案不仅可以提升CO_2捕集率的动态响应品质,还降低了能耗。     

基于IGCC的燃烧前CO_2捕集抽蒸汽策略研究EI北大核心CSCD

为了降低燃烧前CO2捕集对IGCC蒸汽动力系统出力的不利影响,并保证CO2捕集系统的稳定运行,CO2捕集消耗的蒸汽需要合理的从IGCC系统内部抽取。采用仿真模拟软件,研究了CO2捕集对IGCC系统中燃气轮机、余热锅炉和汽轮机负荷的影响。提出了两种水–气变换反应加湿蒸汽抽汽方案,通过对比这两种加湿蒸汽抽汽方案对汽轮机出力的影响,确定了最优的向CO2捕集系统供汽策略。其中,水-气变换反应加湿蒸汽从气化炉汽包抽取,CO2分离过程消耗的低压加热蒸汽将根据负荷情况由余热锅炉低压蒸汽系统或汽轮机低压缸抽取。     

基于IGCC的燃烧前CO2捕集技术应用与示范

IGCC和CCS的结合是一种高效性和环保性的先进技术,基于IGCC的燃烧前CO₂捕集技术越来越受到世界各国的广泛关注。介绍了中国首套燃烧前 CO₂捕集系统的工艺流程,对其捕集能耗和成本做了分析。结果表明：该系统的捕集能力为9.46万t/年,捕集率大于88%,捕集CO₂能耗为2.34 GJ/t,捕集成本为281.37元/t。同时指出了今后在降低蒸汽消耗方面的优化方向,该技术与常规电厂燃烧后CO₂捕集技术相比,单位能耗与成本大幅度降低,是未来化石燃料实现低成本捕集CO₂的关键技术。     

基于gCCS的醇胺法碳捕集中试平台动态仿真研究

燃烧后碳捕集电厂的灵活运行能够有效降低碳捕集电厂的能耗和运行成本。掌握碳捕集系统的动态运行特性是碳捕集电厂实现灵活运行的必要条件,但现有针对醇胺法碳捕集系统动态特性的研究尚处于起步阶段,缺乏基于动态试验数据和动态仿真模拟的综合性研究。基于布林迪西(Brindisi)燃煤电站尾部碳捕集系统动态运行试验数据,应用gCCS仿真模拟平台,建立碳捕集能力为50tCO2/day的Brindisi醇胺法脱碳系统动态模型,并基于稳态和动态试验数据对模型进行验证。在此基础上研究了烟气流量阶跃变化、吸收溶液流量阶跃变化、以及再沸器蒸汽流量和吸收溶液流量发生阶跃变化3种动态情景下的脱碳系统关键参数动态响应特征。结果表明,稳态运行条件下吸收塔温度分布平均误差为4.37%～8.75%。动态运行条件下,gCCS模型能够较好的预测关键运行参数变化趋势,gCCS动态仿真模型关键参数动态响应时间与Brindisi脱碳系统溶液循环时间具有较好的一致性。液气比(L/G)是决定吸收塔温度分布以及二氧化碳捕集率和捕集能耗的关键参数,因此保持液气比为定值有利于系统碳捕集率以及碳捕集能耗的稳定。     

集成氧离子传输膜的CO_2零排放IGCC系统研究

为进一步降低从整体煤气化联合循环(IGCC)系统中捕集CO2的能耗,研究了一个集成氧离子传输膜(oxygen ion transport membrane,OTM)的富氧燃烧法低能耗捕集CO2的IGCC系统。利用Aspen Plus软件对系统进行了模拟,并对新系统与采用深冷空分的富氧燃烧法捕集CO2的IGCC系统及不回收CO2的IGCC系统进行了比较研究,并分析了OTM原料侧压力、渗透侧压力以及OTM运行温度对新系统性能的影响。研究结果表明:与采用深冷空分的富氧燃烧法捕集CO2的IGCC基准系统相比,集成OTM的新系统效率高出1.88个百分点,比传统不回收CO2的IGCC系统效率下降了6.67个百分点。     

熔融碳酸盐燃料电池发电系统研究进展与展望

介绍了目前熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)发电系统的发展现状,主要针对热电联产系统、混合发电系统以及用于CO_2捕集的MCFC系统进行了总结,讨论分析了不同系统的结构特点、应用现状以及未来发展前景。目前,MCFC热电联产系统发电效率47%~60%,热电联产效率80%~90%;MCFC混合发电系统发电效率55%,其中MCFC与微型燃气轮机组成的底层循环发电系统是发展的主流方向;基于MCFC的CO_2捕集系统的CO_2捕集率可达77%。     

CO_2捕集对输运床气化炉IGCC系统煤气冷却方式选择的影响

对于整体煤气化联合循环(integrated gasification combined cycle,IGCC)系统,CO2捕集的引入将对系统煤气冷却方式的选择产生重要的影响。该文分别构建了不捕集及捕集CO2的输运床氧气及空气气化IGCC系统流程,分析激冷及煤气余热锅炉2种煤气冷却方式的引入对系统热力性能及经济性的影响。结果表明,不捕集CO2时,无论是对输运床氧气还是空气气化IGCC,煤气余热锅炉冷却方案热力性能及经济性均明显好于激冷冷却方案;考虑CO2捕集后,尽管采用煤气余热锅炉冷却的输运床氧气气化IGCC系统的供电效率比采用激冷冷却的系统高约1.38个百分点,而2种方案发电成本相当;考虑CO2捕集后的输运床空气气化IGCC系统的热力性能及经济性仍明显好于激冷冷却方案。此外,该文还分析了煤气冷却方式投资对系统经济性的影响,得到2种冷却方式下,输运床氧气气化系统发电成本相同时的气化炉单元临界投资比。其中,对输运床空气气化系统的分析表明,无论是否考虑CO2捕集,均应采用煤气余热锅炉冷却方式。     

CO2捕集对输运床气化炉 IGCC 系统技术经济性的影响

对整体煤气化联合循环(integrated gasification combined cycle,IGCC)电站而言,气化剂(氧气/空气)的选择对系统的流程配置、热力性能及经济性已产生较大的影响。在考虑 CO2捕集的情景下,研究不同捕集方法的引入对IGCC 带来的影响,具有重要的意义。该文分别构建了输运床氧气及空气气化IGCC系统流程,分析了MDEA及Selexol这2种不同捕集方法的引入对 IGCC 电站技术经济性的影响。结果表明,无论是氧气还是空气气化电站,都更适合于采用 Selexol 法捕集 CO2。然而 Selexol 法对空气气化电站供电效率的影响大于氧气气化电站。不捕集 CO2时,空气气化电站的供电效率比氧气气化电站高约0.46个百分点,而采用 Selexol 法捕集系统中90%的 CO2后,其供电效率则比氧气气化电站低约0.14个百分点。从经济性角度,空气气化电站具有优势,考虑 CO2捕集后,其发电成本仍比氧气气化电站低10￥/(MW?h)。     

山西采用高新技术将煤炭变成“新能源”

日前,中国华能集团与山西省政府签订了涉及金额1000多亿元的清洁能源合作协议。山西华能太原低碳工业园将于2011年开工建设,一期工程主要包括燃煤电厂和采用燃烧后碳捕集技术的CCS（碳捕集封存）工程;二期项目包括IGCC电厂和采用燃烧前碳捕集技术的CCS工程。     

基于动态自适应粒子群算法的二次再热燃煤–捕碳机组热力系统优化设计

为了降低化学吸收法捕集CO_2对燃煤–捕碳机组热经济性的削弱作用,以某660MW二次再热机组为例,设计了一种带捕碳汽轮机的改进二次再热燃煤–捕碳热力系统集成型式;推导了该系统的通用性热经济性计算框架并建立了系统参数优化模型。应用动态自适应粒子群算法优化计算表明:改进设计的燃煤–捕碳机组与常规燃煤–捕碳机组相比,热经济性和减排效果明显提高,供电标准煤耗率下降了12.21g/(kW×h),CO_2排放率下降了4.07g/(kW×h);与未捕碳机组相比,CO_2排放率下降了576.15g/(kW×h)。捕碳汽轮机可以有效减少热力系统的损失,对二次再热燃煤–捕碳机组具有显著的降耗效应。     

循环流化床锅炉燃烧系统的动态特性研究

依据于大量变工况试验所获得的75t/h循环流化床锅炉固体物料浓度沿炉膛高度的分布曲线,在分析不同负荷下各流动区域出口固体物料浓度及其平均固体物料浓度随运行主导因素(运行风速)变化规律的基础上,建立了数学模型并研究循环流化床锅炉燃烧系统的动态特性,仿真研究了主蒸汽压力、床温、炉膛出口烟气含氧量、料层差压随给煤量、一次风量、二次风量、排渣率及燃烧率的阶跃响应,其结果和试验及相关研究成果基本一致。同时仿真研究了主蒸汽压力随汽机调门开度的阶跃响应。文中给出了可用于控制系统设计的燃烧系统的传递函数阵,分析了影响动态特性的因素,为循环流化床锅炉燃烧系统的控制策略研究建立了平台。     

CO_2捕集测试装置能量平衡分析

应用于火电厂的烟气CO_2捕集技术是能实现大规模降低CO_2排放的主要手段之一,然而CO_2捕集系统的高能耗制约了这一技术的应用和商业化推广。文中依托一套建于燃煤电厂的1000t/a的CO_2捕集试验装置的运行测试,对捕集系统进行了能量平衡分析,建立了热平衡方程,对热量输入与输出进行了计算与比较,计算结果验证了热平衡方程的准确性。此外考察了系统主要冷却换热器的冷却负荷分布,结果显示承担再生气冷凝功能的再冷换的冷却负荷占了全系统冷却负荷的54%。针对能量平衡分析中发现的主要问题,提出了从能量利用角度提高工艺性能的两项技术措施,提高系统能量利用率。     

甲烷扩散火焰的富氧燃烧特性

富氧燃烧被认为是最具潜力的大规模碳捕集技术,近年来备受推崇。富氧工况下气体组分的变化会对燃烧过程产生较大的影响。以非预混同轴热伴流火焰系统的甲烷燃烧过程为研究对象,对富氧燃烧特性受H_2O、O_2和CO_2等不同组分所具有的物理性质和化学性质的影响进行深入且系统地研究。研究结果显示,CO_2所具有的化学特性、热力特性以及扩散特性都能促使火焰温度下降,而CO浓度升高的原因在于CO_2所具有的化学特性,并且辐射特性无法显著影响甲烷的燃烧。此外,在富氧和常规空气2种燃烧环境下,O_2浓度的升高能够显著提升火焰的温度,CO浓度也随之提升,火焰面积缩减。H_2O浓度的提升也会导致火焰面积缩减,且低O_2时更加明显。此外,H_2O浓度的增加使CO浓度降低,O_2/CO_2氛围中O_2浓度越高,CO降低越显著。     

燃气轮机富氢燃料预混燃烧实验研究

实现带有CO_2捕集的IGCC,需要研发燃气轮机富氢燃料燃烧室技术。基于阵列驻涡燃料-空气预混的概念,设计了燃气轮机富氢燃料燃烧室的阵列驻涡预混喷嘴,利用模型燃烧室实验研究了该喷嘴在燃烧多种富氢燃料工况下的性能。结果表明,阵列驻涡预混喷嘴在F级燃气轮机工况下燃烧富氢燃料,能够实现安全稳定低噪声工作,多数工况下NO_x排放降低到50 mg/m~3(@15%O_2)以下,展现出在燃气轮机富氢燃料燃烧室中的应用潜力,值得进一步研究。     

胺法脱碳系统动态特性及控制策略研究

由于电力需求的波动,受上游碳捕集电厂负荷变化的影响,胺法脱碳系统本质上是一个动态系统。但绝大多数关于胺法脱碳系统的研究是基于稳态运行方式展开的,对碳捕集系统动态研究还处于起步阶段。文中基于一个典型的燃煤电厂胺法脱碳装置,应用Aspen Dynamics软件建立胺法脱碳系统动态模型。研究了带基本控制结构胺法脱碳系统在再沸器热功率、烟气流量及烟气组分阶跃变化时,吸收和再生过程的动态响应特性。结果表明,在阶跃扰动下,CO2脱除率发生阶跃变化。为了实现固定的CO2脱除率,提出2种比例控制策略,根据烟气处理量及组分浓度变化,分别通过调节贫液流量及贫液CO2担载量来保持固定的CO2脱除率。动态分析表明,在烟气流量及组分阶跃变化时,2种控制策略下的胺法脱碳系统均可以实现固定的CO2脱除率。     

胺法脱碳系统动态特性及控制策略研究EI北大核心CSCD

由于电力需求的波动,受上游碳捕集电厂负荷变化的影响,胺法脱碳系统本质上是一个动态系统。但绝大多数关于胺法脱碳系统的研究是基于稳态运行方式展开的,对碳捕集系统动态研究还处于起步阶段。文中基于一个典型的燃煤电厂胺法脱碳装置,应用Aspen Dynamics软件建立胺法脱碳系统动态模型。研究了带基本控制结构胺法脱碳系统在再沸器热功率、烟气流量及烟气组分阶跃变化时,吸收和再生过程的动态响应特性。结果表明,在阶跃扰动下,CO2脱除率发生阶跃变化。为了实现固定的CO2脱除率,提出2种比例控制策略,根据烟气处理量及组分浓度变化,分别通过调节贫液流量及贫液CO2担载量来保持固定的CO2脱除率。动态分析表明,在烟气流量及组分阶跃变化时,2种控制策略下的胺法脱碳系统均可以实现固定的CO2脱除率。     

基于模糊PID的异步电机DTC系统研究

针对传统直接转矩控制采用空间矢量控制而导致系统响应较慢和脉动较大的缺点,本文提出了一种基于模糊PID技术的异步电机直接转矩控制（DTC）系统研究方案。采用直接转矩控制（DTC）方法进行模糊PID控制（FPIDC）技术以降低异步电机的转矩脉动。针对所提出的方案进行仿真研究,并与传统DTC—SVM（空间矢量控制）相比较,仿真结果表明FPIDC方案能够进一步改善系统的动态特性,减少转矩脉动。     

考虑低碳需求响应的碳捕集燃煤电厂配置-运行协同优化

针对电力系统的低碳经济运行问题,提出一种考虑低碳需求响应的碳捕集燃煤电厂配置-运行协同优化方法。考虑燃煤电厂发电系统和燃烧后碳捕集系统存在强耦合关系,在gCCS平台采集溶剂型碳捕集燃煤电厂的运行数据,采用多元线性回归方法进行模型参数识别,构建其稳态数学模型。应用碳排放流理论计算负荷侧碳排放成本,并根据机组碳排放强度进行碳配额分配,构建低碳需求响应模型。基于此,上层优化模型以电厂配置成本最低为目标函数,满足容量优化配置约束。下层优化模型以运行成本最小为目标函数,满足系统运行约束。采用改进IEEE 24节点系统作为算例进行仿真分析,验证了所提策略的有效性。     

燃煤电站CO2捕集与处理技术的现状与发展

文章首先介绍了燃煤电站碳捕集的技术发展路线,CO2捕集技术分为燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧技术3条路线,主要的捕碳技术有化学吸收法、物理吸收法、物理吸附法和膜分离法等。同时,还介绍了国内外燃煤电站的捕碳项目情况和未来发展,我国电力行业也开展了绿色煤电计划,并在传统燃煤电站建立了燃烧后捕碳的中试系统,全面开始了电厂捕碳的研究开发。     

IGCC电站设计集成与动态特性研究

介绍了国家"十五"863计划课题的"IGCC电站设计集成和动态特性研究"的进展和研究成果,包括:300 MW以上大容量IGCC电站系统设计集成和优化技术;IGCC电站成套设计技术;IGCC电站系统及子系统的静态、动态特性研究及仿真模型;IGCC电站仿真机;IGCC电站运行优化方法、性能考核方法、设备维护管理方法以及相应软件.研究成果已在IGCC电站的技术设计方案、可行性研究、实际设计中应用,标志着我国具有了独立设计、建设、运行IGCC电站的能力.