基于碳捕集的太阳能-燃煤机组热力性能及技术经济分析

针对碳捕集系统对燃煤机组热经济性方面的影响,以600MW超临界燃煤机组为研究对象,研究了燃烧后碳捕集的再生能耗,提出了基于碳捕集的太阳能辅助燃煤机组热力系统集成方案,阐述了该集成系统碳捕集的工作原理和吸收机理,建立了集成系统热经济性评价指标。利用系统灵敏度分析法,计算了碳捕集率对集成系统热经济性的影响,并将相关数据绘制成曲线图加以对比分析。结果表明：当乙醇胺溶液浓度为30%、CO2捕集率为85%、当地日照达到最佳辐射强度500W/m2时,该太阳能集成系统的热效率为43.604%,此时太阳能-燃煤机组碳捕集电站的发电成本为0.5606￥/(kW?h),CO2的减排成本为0.5557￥/(kgCO2)。     

碳捕集系统与燃煤机组热力系统耦合的热经济性分析

针对碳捕集系统对燃煤机组热经济性影响的问题,以600MW超临界燃煤机组为研究对象,研究了燃烧后碳捕集系统与燃煤机组的热力系统耦合方式,建立了耦合系统热经济性评价指标,利用系统灵敏度分析方法,计算分析了碳捕集率及乙醇胺（MEA）质量分数变化对耦合系统的热经济性的影响。研究结果表明：当MEA质量分数一定时,随着碳捕集率的提高,全厂热效率呈下降趋势,发电标准煤耗及全厂热耗率逐渐升高;当碳捕集率一定时,随着MEA质量分数的提高,全厂热效率逐渐升高,发电标准煤耗及全厂热耗率呈下降趋势;当MEA质量分数为30%,碳捕集率为85%时机组性能最好,此时,耦合系统的全厂热效率为36.34%,与原机组的热效率43.10%相比降低了6.76%。     

基于镁基燃煤烟气碳捕集的太阳能-燃煤互补发电系统设计

燃煤等化石能源电站CO₂排放量巨大,开展燃煤电站碳减排是实现双碳目标的必经之路。碱金属基固体吸收剂捕集CO₂具有再生能耗低、选择性高等优点。但依靠电站自身能量实现碳捕集,能效代价巨大,对此提出利用槽式太阳能集热驱动镁基碳捕集再生,避免燃煤发电单一碳捕集的效能损失,同时将碳酸化放热替代电厂抽汽加热给水,提升发电量。基于某典型燃煤电站开展系统设计及分析,计算设计系统引入槽式太阳能和碳捕集系统带来的增发功率,比较设计系统、单一燃煤碳捕集系统及参比系统的总出功。结果表明,相比单一燃煤碳捕集系统,设计系统避免了46.4 MW发电功率损失,同时借助碳酸化放热,发电功率提升了46.2 MW。设计系统较单一燃煤碳捕集和单一光热发电的简单叠加系统发电功率增加了44 MW,实现了1+1>2的集成效果。典型日分析下考虑1 d中太阳直射辐射强度的变化,设计系统可通过调控碳捕集过程避免辐照过高/过低对系统稳定运行的影响,典型日下系统平均碳捕集量达135.6 t/h,增发功率达23.2 MW/h,实现了系统的变工况高效运行。设计系统避免了电站自身碳捕集带来的效能损...     

660MW燃煤机组百万吨CO_2捕集系统技术经济分析

为了解常规燃煤机组碳捕集系统的技术经济性,以基准情景为基础,根据国内某10万t CO_2燃烧后捕集系统的投资情况,利用生产能力指数法对5种脱碳情景的投资进行估算。在保证内部收益率为8%的前提下,分析了5种脱碳情景的上网电价、CO_2综合减排成本及其敏感性。结果表明,CO_2综合减排成本中,厂内碳捕集成本比例最大;随着燃料价格的上涨,CO_2综合减排成本逐渐增加;随着CO_2综合收益的增加,上网电价可以逐渐下降。     

集成供冷的燃煤电厂碳捕集、封存系统优化分析

利用碳捕集、封存系统(CCS)减排燃煤电厂CO₂是碳中和必经之路,但目前较高的碳捕集、封存成本限制了该技术的发展和应用。针对某300 MW燃煤机组,利用Aspen Plus模拟软件提出并搭建了基于碱金属基干法碳捕集、封存耦合供冷系统,利用凝结水循环进行深度耦合,达到回收CO₂压缩封存过程中冷量的目的,有效降低碳捕集成本。在不耦合供冷过程的情况下,通过回收CO₂吸附过程释放的反应热,降低碳捕集系统单位耗电量至413.79 kWh/t(以CO₂计,下同);此时CO₂压缩封存过程能耗仍巨大。为此,在上述碳捕集封存系统进一步耦合供冷机组。通过模拟计算可得集成后新系统降低了CO₂压缩程度,此时加压封存过程的单位耗电量降至247.54 kWh/t,降低了2.3%,CO₂捕集封存总运行成本进一步降低33.77%。此外,供冷机组的引入还会降低额外投资成本,如通过提高CO₂吸附床内的换热温差,减少受热面布置量和吸附剂装载量,从而减...     

二氧化碳捕集技术及应用分析

分析了CO2捕集技术及现状。CO2捕集是CCS的关键技术单元之一,针对不同的CO2气源,国内外研究开发了多种技术。许多CO2捕集技术已经工业化,其中燃烧后烟气中CO2的捕集技术主要是以一乙醇胺(MEA)为基础的胺法;燃烧前的CO2捕集技术主要应用于IGCC电厂,一般需要对煤气中CO进行部分变换,变换后脱碳可采用成熟技术,如Selexol(NHD)等。富氧燃烧则是在中试成功的基础上,进行更大规模的工业示范。国内外大型煤制油化工项目主要采用低温甲醇洗脱除CO2,如果设置CO2产品塔,则可以获得体积分数98%以上的CO2。天然气脱碳主要采用MDEA技术。另外还有低温法、PSA、膜分离等CO2捕集技术及化学链燃烧等一些正在研发的技术。     

碳捕集技术研究进展

碳捕集技术对于减少大气中的CO_2浓度显得至关重要,尤其是对于排放大量温室气体的火力发电厂和工业源的CO_2捕集。本文主要概述了CO_2的燃烧前捕集、富氧燃烧捕集、燃烧后捕集这3种主要的碳捕集技术的研究现状,并结合当前正在研究的碳捕集技术,提出了碳捕集技术未来可能的发展方向。     

国内外碳捕集技术发展现状分析

碳捕集技术是CCUS中能耗和成本最高的环节。运用专利分析方法对全球碳捕集领域技术发展现状进行分析,对碳捕集技术专利申请情况、专利技术发展趋势、专利区域竞争状况、专利技术聚类、优势企业/研究机构等方面进行专利分析研究,指出了全球碳捕集技术的发展方向,为我国碳捕集技术研发、专利战略布局提供技术参考。     

基于AHP-TOPSIS法的碳捕集技术方案综合评估

碳捕集、利用与封存技术(CCUS)是实现碳中和目标的重要手段之一,高成本是目前制约CCUS大面积推广应用的瓶颈,而碳捕集是影响CCUS技术成本的主要环节。近年来,各类碳捕集技术的研发和示范受到广泛关注,但整体成熟度不高,未来发展路径仍不清晰。基于层次分析法和逼近理想解排序法,构建了一套适用于碳捕集技术的综合评估方法,从技术、低碳、经济、安全4方面对目前典型的碳捕集技术进行综合评估。结果表明,现阶段CO₂捕集技术的部署主要受低碳特性影响,复合胺吸收法应用潜力居首,而随着我国未来能源、产业结构不断调整,各类碳捕集技术的应用场景及影响其综合推广潜力的因素将发生变化,其中,经济特性将成为未来影响CO₂捕集技术市场渗透率的关键,因此,变压吸附法、复合胺吸收法和钙循环法将在未来CO₂捕集过程中占据相对重要的地位。通过将定量分析与专家意见相结合,形成的评估结果将为碳捕集技术研发与应用提供科学思路。     

电厂和碳捕集装置同步集成与调度优化研究

由于全球碳排放量持续增加所引发的环境问题日益严重,发展低碳技术迫在眉睫。在化石燃料发电厂的尾端加入碳捕集装置能够有效减少燃煤电厂的碳足迹,达成减排指标。然而,碳捕集装置的高设备成本以及运行所附带的效率惩罚和经济惩罚阻碍了其与电厂装置的集成与部署。为了在满足碳减排量的同时有效提高电厂和碳捕集装置的总体效益,建立了一个基于数学规划的系统优化设计与调度方法,将发电厂与一个增加烟气旁路和溶剂储罐的碳捕集装置进行集成,并在电厂蒸汽动力循环部分引入分级透平,旨在考虑电价波动的情况下,充分利用碳捕集装置的操作灵活性与蒸汽透平分级做功的优势,对集成系统进行调度优化。最后,通过算例验证了模型的可靠性与有效性,分析归纳了电厂与碳捕集装置协同调度的主要特性与规律。     

燃煤电厂烟气MDEA/PZ混合胺法碳捕集工艺模拟分析

采用混合胺吸收剂替代传统一乙醇胺（MEA）吸收剂是降低有机胺法碳捕集工艺能耗的重要方法。利用Aspen plus软件模拟了以甲基二乙醇胺(MDEA)/哌嗪(PZ)混合胺为吸收剂的燃煤电厂每年百万吨CO₂捕集工艺系统，考察了贫液负荷、MDEA/PZ混合胺浓度、MDEA/PZ比例和解吸压力等因素对解吸塔再沸器热负荷和冷凝器冷负荷的影响。通过对这些影响因素下吸收塔内液相温度分布和CO₂负荷分布变化揭示了MDEA/PZ对CO₂的吸收特性。此外，进一步分析了不同影响因素下解吸塔内气液相CO₂浓度驱动力和气液相级间温度驱动力分布特性，发现了强浓度驱动力和低温度驱动力分布更有利于降低再生能耗。研究表明，由30%MDEA和20%PZ组成的混合胺液在贫液负荷为0.08和解吸压力为2.02×10⁵Pa时，再沸器热负荷和塔顶冷凝负荷分别为2.76GJ/tCO₂和0.60GJ/tCO₂，相比传统MEA吸收剂降低了20.92%和40.0%。     

燃煤电厂烟气脱碳技术研究

对目前国内外各种脱碳技术进行了介绍和分析,并根据烟气特点提出了燃煤电厂烟气脱碳技术的选择条件,推荐了目前适合于燃煤电厂烟气脱碳的醇胺法脱碳技术。在此基础上,对醇胺法吸收剂的选择及工艺配置给出了具体的建议。     

Modeling,optimization, and cost analysis of an IGCC plant with a membrane reactor for carbon capture

This article presents a theoretical study on the integration of a membrane reactor (MR) for carbon capture into an integrated gasification combined cycle (IGCC) plant. First‐principles, simplified systems‐level models for the individual IGCC units and the MR are introduced for their subsequent plantwide integration. The integrated plant model is then used for simulation studies that assume different MR characteristics. Using this model, an optimization problem is formulated to analyze the MR effects when adding it to the IGCC plant, while satisfying all of the process constraints in streams and performance variables. The solution of this optimization problem indicates improvements in the original case studies, including capital cost savings as high as $18 million for the optimal case under nominal process conditions. To determine the cost implications of inserting the MR into the IGCC plant, a differential cost analysis is performed taking into account major plant capital and operating costs. This analysis considers the same amount of coal and power generation for cases with and without the MR. The results of this analysis based on a present value of annuity calculation show break even costs for the MR within the feasible range for membrane fabrication, even for short membrane lifetimes. © 2016 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 62: 1568–1580, 2016     

亚临界燃煤电厂的用能分析

燃煤发电是我国的主要电力方式,分析燃煤电厂的能量利用情况对节能减排有重要作用。本文以国际典型亚临界燃煤电厂和我国西南地区某亚临界燃煤电厂为计算实例,结合Aspen Plus软件和有效能分析法,对其整个热力过程进行系统模拟计算和能量分析,得出每个设备的有效能损失。结果表明,热力过程中有效能损失最大的部位在锅炉;锅炉中有效能损失最大的是煤的燃烧过程,其次为锅炉受热面的换热过程。通过对国内外两个电厂的比较,发现国内亚临界燃煤电厂有效能效率较国外低约6个百分点。     

油田燃煤电厂CO_2捕集纯化工程实践

CO2是一种温室气体,通过CO2收集、驱油技术,能将造成温室效应的气体用于提高原油采收率,同时减少工业生产中温室气体的排放。为了实现CO2的捕集纯化,胜利油田采用一乙醇胺溶液(MEA)化学吸收工艺捕集CO2。介绍了"低渗透油藏CO2驱油"重大先导试验,在胜利发电厂建设CO2捕集纯化装置,通过此装置收集稳定、廉价的CO2气体用于驱油生产实践。通过分析系统运行状况,对装置进行了一系列的试验、研究,总结了大量CO2捕集系统的工程应用经验。胜利油田CO2捕集项目,通过将大型燃煤电厂烟道气中CO2捕集纯化、安全输送等系列技术攻关,形成低能耗捕集纯化、运输的集成配套技术。     

燃煤电厂烟气二氧化碳胺法捕集工艺改进研究进展

有机胺化学吸收法是当前最具大规模工业化应用前景的燃煤电厂烟气二氧化碳捕集技术,但目前仍存在能耗较高的缺点,而通过工艺改进将是降低碳捕集系统能耗的有效方法之一。本文从吸收端和解吸端分别对十余类工艺改进方法的原理和研究进展进行了阐述,其中吸收端涉及吸收塔内部冷却、富液循环、贫液分配流和旋转塔4类工艺;解吸端则包括解吸塔塔级再热、富液分流、闪蒸再生、闪蒸压缩、多压力解吸、多效解吸塔和直接蒸汽解吸共7类工艺。分析表明,富液分流、闪蒸压缩、多效解吸塔和直接蒸汽解吸工艺展示了较好的改进效果。并进一步介绍了多种工艺联合改进的碳捕集系统综合优化方法,特别对综合优化过程中需要重点关注的各工艺间相互作用以及吸收剂与优化工艺匹配性进行了讨论说明,由此指出联合采用新型胺吸收剂和复合工艺改进是未来开发先进胺法碳捕集系统的重要研究方向。