基于乙醇胺法與氨水法碳捕集能耗特性分析與系統(tǒng)優(yōu)化.pdf

1、二氧化碳（CO2）大量排放引起的溫室效應(yīng)使人們?cè)絹碓角宄﨏O2減排的重大意義，尤其是CO2排放量巨大的化石燃料電廠。CO2捕集與封存技術(shù)（Carbon Capture and Storage,縮寫為CCS）被認(rèn)為是短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)CO2減排最有效的方法，在CO2捕集方面，以單乙醇胺（Monoethanolamine，縮寫為 MEA）為代表的燃燒后濕法脫碳技術(shù)應(yīng)用歷史較長(zhǎng)，技術(shù)相對(duì)成熟，是目前最具可行性的碳捕集方案。由于以MEA為吸收劑需從機(jī)組

2、抽取大量蒸汽，所以優(yōu)化碳捕集系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)、降低碳捕集系統(tǒng)再生能耗、優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行性能是脫碳技術(shù)在燃煤電廠應(yīng)用的基礎(chǔ)。本文基于Aspen Plus建立了MEA法脫碳工藝的仿真模型、燃煤機(jī)組變工況模型和脫碳機(jī)組技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)評(píng)價(jià)模型，分析了貧液負(fù)荷、溶液濃度、再生塔壓力、貧液溫度、碳捕集率對(duì)MEA法脫碳系統(tǒng)及脫碳機(jī)組的熱力及經(jīng)濟(jì)性能的影響，并且為脫碳系統(tǒng)選取了經(jīng)濟(jì)可行的運(yùn)行參數(shù)。
　　MEA價(jià)格昂貴且在氧氣和二氧化碳的作用下易發(fā)生降解，且有

3、腐蝕性，需稀釋后使用，另外MEA再生過程的熱耗高，對(duì)電廠出力的影響大，這些現(xiàn)象嚴(yán)重阻礙了濕法脫碳技術(shù)的發(fā)展。氨水吸收法具有降低脫碳能耗、沒有腐蝕問題、吸收劑成本低、不產(chǎn)生有機(jī)產(chǎn)物等優(yōu)點(diǎn)，該工藝具有很大的應(yīng)用前景。文中通過Aspen Plus軟件仿真的方法，對(duì)冷凍氨法脫碳工藝（Chilled Ammonia Process，縮寫為CAP）進(jìn)行了仿真建模，提出了CAP法脫碳系統(tǒng)與機(jī)組的耦合方式，同樣分析了系統(tǒng)中主要參數(shù)（貧液負(fù)荷、溶液濃度、

4、再生塔壓力、貧液入口溫度）變動(dòng)對(duì)碳捕集系統(tǒng)和脫碳機(jī)組運(yùn)行的熱力和經(jīng)濟(jì)性能的影響，并且選取了經(jīng)濟(jì)可行的運(yùn)行參數(shù)。
　　CAP法較MEA法脫碳工藝更為復(fù)雜，一方面需增加冷凍動(dòng)設(shè)備，另一方面需在塔頂增加氨氣捕集系統(tǒng)，此外CAP法需抽取兩段抽汽，增大了耦合系統(tǒng)的復(fù)雜度。均處于最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)下，CAP法脫碳工藝二氧化碳捕集系統(tǒng)能耗為0.85GJ/(tCO2)，氨氣捕集系統(tǒng)能耗為1.89GJ/(tCO2)，遠(yuǎn)小于MEA法的3.96GJ/(tCO

5、2)，但CAP法脫碳需增加制冷功0.09GJ/(tCO2)。CAP法脫碳機(jī)組發(fā)電效率較MEA法可提升0.40％，煤耗率可降低3.89g/kWh，凈輸出功率能增加28.93MW。從成本上來看，CAP法增加冷凍設(shè)備和氨氣捕集設(shè)備，投資較MEA法高出21.20%。MEA法脫碳機(jī)組發(fā)電成本要比CAP法脫碳的高0.020￥/kWh，脫碳成本要比CAP法高31.21￥/(tCO2)。綜上，機(jī)組采用CAP法進(jìn)行脫碳在熱力性能和經(jīng)濟(jì)性能上都具有明顯優(yōu)勢(shì)