论文部分内容阅读
化石能源的大量使用造成了温室效应的日益加剧。富氧燃烧系统是一种极具潜力的CCS技术,但是由于空分系统成本高,能耗大导致富氧燃烧系统的成本高,净效率低。目前有两种解决途径:1.寻求一种新的减排燃烧方式;2.设计一种低能耗空分技术与富氧燃烧系统耦合。化学链燃烧技术(CLC)是一种新型的CCS技术,避免了燃料与空气的直接接触,抑制了NOx的生成,具备CO2内分离、能源梯级利用、热效率高的特点。基于CLC原理的化学链空分技术(CLAS),系统简单以及运行能耗低,与富氧燃烧技术耦合后能够提高系统的效率,降低系统发电成本。本文利用Aspen Plus分别模拟了600MWe CLC燃气蒸汽发电机组和CLC蒸汽循环发电机组,并根据模拟结果进行了能耗分析和火用分析。结果显示,CLC蒸汽循环系统的净发电效率为39%,火用效率为45.26%,分别比CLC燃气蒸汽循环系统提高了21.88%,13.66%。表明蒸汽循环发电方式更适合于化学链燃烧技术。结合国内的基础数据,对2×300 MWe CLC燃煤发电机组进行了技术经济分析。CLC燃煤发电机组的发电成本(使用天然铁矿石作为氧载体)为483.58￥/MW,是CFB电站发电成本的1.196倍,静态投资成本是CFB机组的1.28倍。但是CLC机组能够实现CO2的捕集以及减少NOx的排放,减少了污染物的排放。灵敏性分析的结果表示,燃料成本是对成本影响最大,铁矿石价格对发电成本、CO2捕捉成本和CO2减排成本均无明显影响。本文还对耦合了化学链空分的600MWe富氧燃烧系统进行了模拟,分别研究了温循环烟气作为CLAS释氧反应器流化气(Case 1),水蒸气作为流化气(Case 2)以及耦合太阳能产生水蒸气并作为流化气(Case 3)等工况,与常规深冷空分的富氧燃烧系统(Case 0)进行比较。结果表明,CLAS电耗远远低于深冷空分系统。烟气循环系统的电耗最低,耦合太阳能系统能够有效的降低系统能耗,提高系统的效率。技术经济分析结果表明,耦合CLAS系统后净发电成本得到降低,并具有如下顺序:Case 1<Case 3<Case 2<Case 0。且氧载体对CLAS系统能耗的影响较小。由于化学链燃烧具备CO2内分离的特点,便于与其他系统进行耦合实现CO2的捕集。本文对耦合CLOU和煤分级利用的系统进行模拟分析,结果表明耦合CLOU的煤分级利用系统火用效率为62.26%,与常规煤分级利用系统相比,效率提高了10.67个百分点,并能够实现CO2的捕集,燃料反应器出口CO2浓度为96.21%。