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关于“碳捕集系统与燃煤发电机组耦合特性”的学习报告
报告人:某某
指导老师:某某欧某
学号:200710000000
专业:动力工程
文章简介
作者:韩中合王营营周权
(华北电力大学)
期刊:煤炭学报
发表时间:2014年8月
课题背景及意义
碳捕集系统
碳捕集系统与燃煤机组热力系统耦合方案设计
耦合系统经济性评价
经济性灵敏度分析
结论
主要内容
课题背景及研究内容
燃煤电厂脱碳技术途径
燃烧前捕集
富氧燃烧
燃烧后捕集
燃烧后胺法捕集技术工艺成熟,是最接近于商业运营的技术,同时适合现有电厂改造,被认为是近期内实现电厂烟气CO2减排最可行的措施。MEA吸收剂因其在吸收速率、吸收容量及经济性等方面的优势而得到了广泛的应用。
MEA脱碳系统存在问题
该系统再生中,再沸器消耗电厂大量的低、中压蒸汽的热量
溶液的循环输送及CO2压缩的设备消耗电厂的电量
降低胺法脱碳系统能耗研究方向
新型吸收剂的筛选开发
系统流程的改进
本文研究的主要内容
以600MW超临界燃煤机组为对象,研究解吸热能耗及不同解吸热源方案对机组经济性的影响
MEA脱碳系统
MEA碳捕集原理
MEA溶液具有较强的碱性,常被作为酸性气体(如CO2 )的吸收剂。MEA在20~50℃时与CO2迅速发生化学反应,生成较稳定的氨基甲酸盐,从而脱出烟气中的CO2,MEA溶液几乎不与烟气中的其他气体发生反应。当MEA溶液温度升高到105℃或以上时,氨基甲酸盐发生热分解释放CO2 ,MEA溶剂得以再生。
其中,式(1)~(3)为平衡反应,式(4)~(7)为动力学反应。
碳捕集系统内发生的化学反应主要有:
碳捕集系统
含有CO2溶液(贫液)从吸收塔的塔顶进入。由于MEA溶液吸收CO2过程中吸收塔的温度比再生塔低,因此吸收了CO2的溶液(称为富液)在进入再生塔之前需要升温,从吸收塔塔底出来的富液经过富液泵被输送到热交换器,并与从再生塔塔底出来的贫液进行热交换,贫液温度降低到与入口烟气温度相当,而富液则被加热到接近解吸塔内的温度。在再沸器内,发生MEA溶液吸收CO2的逆反应,使得CO2被解吸出来,并与水蒸汽共同
进入到再生塔塔顶上部冷凝器中,大部分水蒸气被冷凝为水后返回再生塔,脱离出来的CO2气体和少量水蒸气共同进入CO2压缩单元,含有的少量水分被脱除,并最终完成CO2液化储存。
再生能耗计算模型
基于MEA吸收的碳捕捉系统,吸收剂富液再生是吸热反应,所需热量为
式中,Qstr为吸收剂富液再生时的总能耗,kJ/h;Qs为富液升温所需的显热,kJ/h; Qr为解吸CO2所需的反应热, kJ/h ;Qstrg为从再生塔排出的再生气(H2O/CO2)所带走的热量, kJ/h。
富液升温所需要的显热为
式中,cp为吸收剂溶液的比定压热容,kJ/(kg·K);mL为吸收剂溶液的循环量; Δ T为贫富液热交换器的性能因子,即富液再生时的升温幅度,常用再生塔底温度与富液进再生塔温度之差表示,K;k为吸收循环倍率;X(CO2)为烟气中CO2的摩尔流量,mol/h;n为碳捕集率;αR( CO2 )和αL(CO2)为吸收剂富液和贫液的CO2负荷能力,mol/mol;φ为吸收剂的质量分数,%;Mabs为吸收液中活性成分的摩尔质量,kg/mol。
再生能耗计算模型
再生气带走的热量
在吸收剂富液再生过程中,再生气CO2离开解吸塔时将会带走一部分热量,同时冷凝回流液H2O返回解吸塔内会带进一部分显热,在近似计算时可忽略CO2及H2O的显热,则再生气带走的热量为
式中,R为解吸塔上部的回流比;r(H2O)为水的蒸发热,一般情况下取1780kJ/m3,即39kJ/mol。
CO2解吸所需的热量
式中,G( CO2 )为CO2的产量,mol/h;Δq( CO2 )为单位CO2再生所需的平均反应热,kJ/mol.
再生能耗计算模型
图3给出了显热、反应热、再生气携带热量、再生能耗随碳捕集率的变换趋势,可以看出,再生能耗与碳捕集率呈正线性比关系。