燃煤电厂烟气二氧化碳捕集纯化系统节能优化技术研究

【摘要】： 温室气体的过量排放将会造成全球范围内的气温变化,CO_2的排放控制及回收技术已经是当前的一项重要工作。目前的回收技术对整个系统的能耗情况、节点的相互影响、能量利用的薄弱环节还缺乏整体把握。本文在现有回收技术的基础上,改进现有的脱除工艺,分析各影响因素对脱除率的影响,进行综合的能耗分析及热经济性分析。 本文以燃煤电厂烟气为对象,根据燃煤厂烟气中二氧化碳的特点,选择MEA化学吸收法进行捕集纯化,对MEA化学吸收法进行了机理分析,探讨了MEA化学吸收法的优缺点。 基于PRO/II软件的AMSIM模块,建立了MEA化学吸收法工艺系统的流程分析模型,分析了吸收温度、吸收剂流量、吸收剂浓度及解吸温度对脱除率、热负荷、再生率等的影响。分析表明:吸收温度越高,脱除率越高,但吸收温度不是越高越好,30~40℃是常规系统适宜的温度;吸收剂流量越大,脱除率越高,但是吸收剂流量选择要适宜,常规系统适宜的吸收剂流量为80~120 m3/h;吸收剂浓度越高,脱除率越高,但是吸收剂浓度选择要适宜,常规系统适宜选用吸收剂浓度为15%~20%;解吸温度升高,富液的解吸率随着升高,解吸温度宜取100℃~120℃。 以热力学第一定律和第二定律为理论基础,确定了捕集系统的能分析方法,建立了捕集系统能分析模型,利用黑箱模型对捕集系统进行了热负荷计算,能量衡算及可用能分析,分析表明:分离过程可用能效率只有12.8%。根据火用分析方法建立了捕集系统的火用分析模型,利用黑箱模型对捕集系统及子系统进行了火用分析和火用损耗分析,分析表明:再沸器的火用效率最低,吸收塔的火用损耗很大,有很大的节能潜力。对系统再生能耗进行了分析,分析表明:提高吸收液浓度可以降低再生能耗,但吸收液质量浓度必定会存在一个极限值φmax;提高富液的再生度ξ,能降低再生能耗qs tr,但ξ不是越高越好;改善贫富液热交换器的换热性能可以降低总再生能耗。 以热经济学基本思想为基础,确定了适合于捕集系统的热经济学分析方法,建立了捕集系统热经济学分析模型和火用成本方程,确定了优化目标函数,并对捕集系统进行了热经济学分析,分析表明:回收CO_2大概需要的成本为582元/t。 探讨了捕集系统的节能降耗方案,为化学吸收法二氧化碳捕集系统的节能优化技术奠定了理论基础和经济基础。 【关键词】：电厂烟气 二氧化碳 捕集系统 节能优化
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X701.3
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 1 绪论14-25
• 1.1 课题目的及意义14-15
• 1.2 CO_2捕集技术15-17
• 1.3 研究综述17-23
• 1.3.1 CO_2捕集方法比较17-18
• 1.3.2 CO_2捕集技术的研究现状18-20
• 1.3.3 CO捕集技术能耗研究的现状20-21
• 1.3.4 火用分析法的研究现状21-22
• 1.3.5 热经济学分析的研究现状22-23
• 1.4 本文主要研究内容及方案23-25
• 2 化学法捕集烟气 CO_2机理分析25-33
• 2.1 电厂烟气的特点25-26
• 2.2 化学吸收法机理分析26-28
• 2.2.1 MEA 化学吸收法吸收剂性质26-27
• 2.2.2 化学吸收法捕集 CO_2的机理27-28
• 2.2.3 MEA 化学吸收法介绍及特点28
• 2.3 化学吸收法捕集 CO_2系统流程28-32
• 2.3.1 MEA 化学吸收法捕集CO_2工艺流程28-30
• 2.3.2 化学法捕集 CO_2系统主要设备30-32
• 2.4 本章小结32-33
• 3 CO_2捕集系统工艺流程模拟33-53
• 3.1 工艺流程模拟软件33-35
• 3.2 CO_2捕集系统流程模拟模型35-36
• 3.3 化学吸收法吸收剂的选择研究36
• 3.4 捕集系统运行参数的模拟分析36-51
• 3.4.1 吸收温度的变化模拟37-43
• 3.4.2 吸收剂流量的变化模拟43-46
• 3.4.3 吸收剂浓度的变化模拟46-50
• 3.4.4 解吸温度对解吸率的影响50-51
• 3.5 本章小结51-53
• 4 二氧化碳捕集系统热力学分析53-88
• 4.1 热力学分析53-55
• 4.1.1 化工系统热力学分析的理论基础53
• 4.1.2 热力学分析的基础53-54
• 4.1.3 热分析方法54-55
• 4.2 热力学分析方法研究55-56
• 4.2.1 常用分析模型55
• 4.2.2 热力学分析平衡模型55-56
• 4.3 二氧化碳捕集系统能量分析56-66
• 4.3.1 二氧化碳捕集系统能量分析模型56
• 4.3.2 二氧化碳捕集系统能量分析56-66
• 4.4 二氧化碳捕集系统火用分析66-78
• 4.4.1 系统火用计算基础66-68
• 4.4.2 二氧化碳捕集系统火用分析模型68-69
• 4.4.3 二氧化碳捕集系统火用分析69-78
• 4.5 捕集系统再生能耗分析78-86
• 4.5.1 系统再生能耗分析78-81
• 4.5.2 再生能耗影响因素的分析81-86
• 4.6 本章小结86-88
• 5 二氧化碳捕集系统热经济学分析88-111
• 5.1 热经济学的基本内容88-90
• 5.1.1 热经济学的基本思想88
• 5.1.2 热经济学分析方法88-89
• 5.1.3 热经济学的特点89
• 5.1.4 热经济学的几个概念89-90
• 5.2 捕集系统的热经济学分析基础90-97
• 5.2.1 热经济学分析基础90-91
• 5.2.2 热经济学分析法的模式及特点91
• 5.2.3 热经济学矩阵方程介绍91-92
• 5.2.4 热经济学的孤立优化模式92-93
• 5.2.5 工程经济学的主要概念93-97
• 5.3 捕集系统热经济学分析模型97-101
• 5.3.1 捕集系统热经济学模型97-98
• 5.3.2 捕集系统火用成本方程98-100
• 5.3.3 捕集系统的优化目标函数100-101
• 5.4 二氧化碳捕集系统热经济学分析101-110
• 5.5 本章小结110-111
• 6 捕集系统节能降耗方案研究111-116
• 6.1 CO_2捕集系统节能优化措施111-115
• 6.2 本章小结115-116
• 总结与展望116-118
• 总结116
• 展望116-118
• 参考文献118-123
• 致谢123-124
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文124-125

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