随着国民经济的飞速发展,能源消耗总量也在不断增加。与此同时,化石燃料的燃烧排放导致大气中二氧化碳(CO2)的浓度逐渐增大,全球气候变暖日益严重。燃煤电厂是CO2的集中排放源,分离捕集烟气中的CO2对控制CO2的排放量尤为重要。作为(?)种成熟的CO2脱除工艺,以“一乙醇胺(MEA)”为吸收剂的化学吸收法在捕集电厂烟气中CO2方面具有良好的推广应用潜力。MEA法具有吸收速度快、脱除效果好等显著优点,但其解吸再生所需能耗大、操作费用高。因此,对传统CO2吸收解吸流程进行节能研究以降低捕集费用,具有较高的学术与工程指导实践意义。本课题以降低MEA法捕集烟气中CO2系统的解吸能耗为出发点,主要进行了以下几方面研究工作。
利用流程模拟软件Aspen Plus对MEA法CO2捕集工艺流程进行模拟分析。以某电厂排放的烟气为模拟对象,建立了研究对象的MEA法CO2捕集系统模型,分析了系统物流参数、解吸塔内温度分布情况和再沸器热负荷的影响因素,并得到了解吸塔底再沸器的热负荷值,为基于该流程的其它系统的模拟分析提供有力的参考依据。
基于MEA法CO2捕集工艺流程的节能研究,阐述了贫液源热泵供热的CO2捕集系统,并利用Aspen plus软件对该系统进行流程模拟。分析了系统物流参数和解吸塔内温度分布情况,研究表明解吸塔内温度分布比较均匀,利于CO2解吸过程的快速进行；得到了贫液源热泵供热的CO2捕集系统的解吸能耗值,结果表明贫液源热泵供热流程可以降低55.80%的系统解吸能耗。
在贫液源热泵供热流程基础上,提出了一套基于太阳能热泵技术的MEA法CO2捕集系统,将太阳能热泵技术引入到MEA法CO2捕集流程中,用太阳能贫液源热泵复合系统(简称SLHP)提供解吸塔所需的全部解吸热量。对三种CO2捕集系统的解吸能耗进行了理论比较分析,研究分析表明相对于贫液源热泵供热流程而言,SLHP系统供热流程具有更低的解吸能耗值。
利用Aspen plus软件对SLHP系统供热流程进行模拟,分析了系统物流参数和解吸塔内温度分布情况,研究表明解吸塔内温度分布更为均匀,更有利于CO2解吸过程的快速进行；得到了SLHP系统供热模式的CO2捕集系统的解吸能耗值,结果表明SLHP系统供热流程可以降低63.80%的系统解吸能耗。
采用热力学和经济学分析模型分别对MEA基本流程、贫液源热泵供热流程和SLHP系统供热流程捕集CO2后电厂的热效率、CO2捕集费用及电价进行了计算分析,结果表明,‘相对于MEA基本流程而言,贫液源热泵供热流程和SLHP系统供热流程捕集CO2后的电厂热效率分别提高了8.32%和9.51%,CO2捕集费用和电价都显著降低。其中,SLHP系统供热流程各项性能都优于贫液源热泵供热流程。
本文采用软件Aspen Plus对MEA基本流程、贫液源热泵供热流程和SLHP系统供热流程进行数值模拟分析,并进行了热力学和经济学性能计算分析。研究结果表明,SLHP系统供热模式的CO2捕集系统的解吸能耗最低,且使得捕集CO2后的电厂热效率最高,CO2捕集费用和电价最低,在捕集CO2方面体现出最佳的节能效果和经济效益。在此基础上,指出了基于太阳能热泵技术的MEA法CO2捕集系统中SLHP系统的后续工作研究方向。
