基于碳捕集的太阳能—燃煤机组热力系统耦合特性研究

【摘要】：近年来由于CO2的大量排放所导致的温室效应对全球气候和自然环境造成了一系列不利影响。在全球节能减排的大环境下,作为CO2第二排放大国,将面临巨大的减排压力。CO2捕集与封存技术(CCS)是以燃煤为主的能源结构下CO2减排的有效手段。基于单乙醇胺化学吸收法(MEA)的燃烧后碳捕集技术,是具有发展前景捕集技术。本文对以机组抽汽为碳捕集系统吸收剂解吸提供热源和以太阳能提供解吸热源的机组热力系统特性进行了研究。主要研究内容和创新如下： 1、分析了基于单乙醇胺(MEA)捕集CO2吸收剂解吸能耗特性,研究了以机组抽汽为吸收剂解吸热源的三种方案,确定了可行方案并对系统进行了优化。研究了基于MEA的CO2吸收剂解吸能耗特性,得到了不同质量分数下吸收剂的再生能耗,对碳捕集电站的能量流、质量流进行分析,研究了以机组抽汽为吸收剂解吸热源的三种方案,确定了可行方案。基于(?)分析模型和(?)成本分析,分析了系统的不可逆程度,考虑能量成本和非能量成本,研究了系统各组件热经济学成本的分布。 2、提出了基于碳捕集的太阳能-燃煤机组三种集成系统,分析了集成系统的热力学性能,研究了系统的不可逆程度及(?)成本分布规律。由于吸收剂解吸热需求量大,完全由机组抽汽提供解吸热,将使机组的能量流分布有较大改变,对机组经济安全运行产生不利影响。为此,本文提出了三种基于碳捕集的太阳能-燃煤机组集成系统,并对集成系统进行了可行性分析,研究了系统的热力学特性和炯成本分布规律。 3、构建了基于碳捕集的太阳能-燃煤机组集成系统的热经济学优化模型,对集成系统进行了技术经济性分析。分析了太阳能集热场为碳捕集系统提供热源时集成系统的热经济学特性,建立了以热经济学成本最小为目标函数的数学模型,对集成系统的能流进行了优化研究,分析了集成系统的热经济学成本分布规律。对所研究系统进行了技术经济评估,研究了发电成本、CO2减排成本随碳税收及售价的变化。 【关键词】：燃煤发电机组 太阳能 碳捕集 热力系统分析 结构优化
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM61
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-16
• 第1章 绪论16-26
• 1.1 研究背景16-17
• 1.2 燃煤机组NOx、SO_2、CO_2脱除研究进展17-20
• 1.2.1 脱硝技术研究进展17
• 1.2.2 脱硫技术研究进展17
• 1.2.3 脱碳技术研究进展17-20
• 1.3 以机组抽汽为吸收剂解吸提供热源的电厂热力系统研究进展20-22
• 1.4 太阳能与火电机组耦合研究现状22-24
• 1.5 论文主要工作及结构安排24-26
• 1.5.1 论文的主要工作24
• 1.5.2 论文的结构安排24-26
• 第2章 热力学分析理论26-40
• 2.1 引言26
• 2.2 热力系统的矩阵分析方法26-29
• 2.2.1 汽水分布方程26-27
• 2.2.2 吸热量方程27-28
• 2.2.3 功率方程28
• 2.2.4 热经济性指标28-29
• 2.3 热力学第二定律建模29-35
• 2.3.1 (?)的概念29
• 2.3.2 燃料的化学(?)29-30
• 2.3.3 物质化学(?)数学模型建立30-32
• 2.3.4 燃煤化学(?)模型建立32-33
• 2.3.5 (?)分析33-34
• 2.3.6 (?)分析评价指标34-35
• 2.4 热经济学建模35-39
• 2.4.1 热经济学基本概念35
• 2.4.2 燃料-产品的概念35-36
• 2.4.3 系统集成度划分问题36-37
• 2.4.4 (?)成本问题37
• 2.4.5 热经济学成本问题37-38
• 2.4.6 热经济学成本模型38-39
• 2.5 本章小结39-40
• 第3章 MEA吸收剂解吸能耗特性、再生热源方案及热力系统分析40-55
• 3.1 引言40
• 3.2 基于MEA溶液的CO_2吸收机理40
• 3.3 碳捕集电站的能量流、质量流分析40-44
• 3.3.1 碳捕集电站的能量流分析40-42
• 3.3.2 碳捕集电站的质量流分析42-44
• 3.4 以机组抽汽为吸收剂解吸提供热源的方案研究44-46
• 3.5 碳捕集电站的热力学分析46-49
• 3.5.1 碳捕集电站热力学建模46-47
• 3.5.2 热力学优化模型47
• 3.5.3 数学寻优算法47-48
• 3.5.4 热力学性能分析48-49
• 3.6 碳捕集电站(?)分析49-52
• 3.6.1 碳捕集电站物理模型建立49-50
• 3.6.2 碳捕集电站(?)分析模型50-52
• 3.7 结果分析52-54
• 3.8 本章小结54-55
• 第4章 基于碳捕集的太阳能-燃煤机组集成系统热力特性研究55-68
• 4.1 引言55
• 4.2 烟气余热技术55-58
• 4.2.1 烟气放热量的计算56
• 4.2.2 传热温差计算56
• 4.2.3 传热系数计算56-57
• 4.2.4 传热速率计算57
• 4.2.5 酸露点温度计算57-58
• 4.3 太阳能集热技术58-59
• 4.4 烟气余热、太阳能热作为碳捕集热源的集成方式59-63
• 4.4.1 集成方案研究59-60
• 4.4.2 集成系统设计辐射强度的选取60-63
• 4.5 集成方式确定63
• 4.6 集成系统(?)分析63-65
• 4.6.1 集成系统的物理结构模型63-64
• 4.6.2 集成系统(?)分析模型64-65
• 4.7 结果分析65-67
• 4.8 本章小结67-68
• 第5章 以抽汽作为吸收剂解吸热源的碳捕集电站热经济学分析68-82
• 5.1 引言68
• 5.2 碳捕集电站热经济学建模68-69
• 5.2.1 投资成本计算方法68-69
• 5.2.2 系统结构及计算69
• 5.3 捕集电站热经济学成本建模69-80
• 5.3.1 碳捕集电站的生产结构模型69-70
• 5.3.2 (?)成本建模70-75
• 5.3.3 热经济学成本建模75-77
• 5.3.4 热经济学成本分析77-80
• 5.4 本章小结80-82
• 第6章 基于碳捕集的太阳能-燃煤机组集成系统热经济学分析82-97
• 6.1 引言82
• 6.2 集成系统热经济学分析82-89
• 6.2.1 集成系统的生产结构模型82-83
• 6.2.2 集成系统(?)成本建模83-85
• 6.2.3 集成系统热经济学成本建模85-86
• 6.2.4 热经济学成本分析86-89
• 6.3 基于碳捕集的太阳能-燃煤机组集成系统热经济学优化89-93
• 6.3.1 系统优化模型建立89-91
• 6.3.2 优化计算91
• 6.3.3 集成系统热经济学优化结果分析91-93
• 6.4 灵敏性分析93-96
• 6.5 本章小结96-97
• 第7章 技术经济学评价97-105
• 7.1 引言97
• 7.2 成本计算97
• 7.3 技术经济学评价指标97-98
• 7.3.1 发电成本97
• 7.3.2 CO_2减排成本97-98
• 7.3.3 CO_2税收98
• 7.3.4 CO_2出售98
• 7.4 碳捕集电站技术经济分析98-100
• 7.5 基于碳捕集的太阳能-燃煤机组集成系统技术经济分析100-102
• 7.6 基于碳捕集的太阳能-燃煤机组优化系统技术经济分析102-104
• 7.7 本章小结104-105
• 第8章 结论与展望105-109
• 8.1 主要结论105-108
• 8.2 论文不足及对未来研究工作的展望108-109
• 参考文献109-121
• 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果121-123
• 攻读博士学位期间参加的科研工作123-124
• 致谢124-125
• 作者简介125

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