【摘 要】
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在碳达峰、碳中和战略的历史背景下,中国必将迎来一场深刻的能源变革,化石能源的主导地位将逐步被新能源的发展所撼动。然而当今中国社会依旧深度依赖化石能源,燃煤电厂仍旧占有大部分中国供电市场,燃煤电厂对化石能源的巨大消耗以及由此带来的环境污染问题刺痛着公众的神经。但此种能源格局很难在短期内做出大的改变,因此,为实现国家的2030年碳达峰目标,对燃煤电厂进行节能减排的改造势在必行。本文针对燃煤电厂烟气低品
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在碳达峰、碳中和战略的历史背景下,中国必将迎来一场深刻的能源变革,化石能源的主导地位将逐步被新能源的发展所撼动。然而当今中国社会依旧深度依赖化石能源,燃煤电厂仍旧占有大部分中国供电市场,燃煤电厂对化石能源的巨大消耗以及由此带来的环境污染问题刺痛着公众的神经。但此种能源格局很难在短期内做出大的改变,因此,为实现国家的2030年碳达峰目标,对燃煤电厂进行节能减排的改造势在必行。本文针对燃煤电厂烟气低品位余热未被有效利用以及硫氧化物和二氧化碳的减排问题提出了自己的解决方案并进行了相关研究。首先通过引入湿硫酸工艺,将烟气中的二氧化硫催化氧化为三氧化硫并在特殊换热器中冷凝并回收为硫酸副产品,以此打破烟气低品位余热深度利用的酸露点限制。然后通过有机朗肯循环和吸收式制冷集成的余热回收系统对烟气余热进行深度利用。通过数值模拟的方法对余热回收系统进行研究,在建立数学模型之后,首先通过模型验证确保数值模拟的可信度和准确性。对于有机朗肯循环,首先进行工质筛选,从几种纯工质中筛选出最适合热源条件的两种作为非共沸工质的组分,并通过对比和优化选出了最佳工质混合比与蒸发压力。对于吸收式制冷,首先通过数据拟合进行物性建模,然后通过自由度分析建立了简洁的热力学模型。对吸收式制冷进行了参数分析和设计变量的灵敏度分析。通过与其他先进余热回收设计的对比,表明了该余热回收系统的热力学优越性。对余热回收系统进行了经济性分析,结果表明该系统具有良好的经济潜力。碳捕集是当前燃煤电厂二氧化碳减排的重要技术手段,由于碳捕集过程需要的几种能量都能通过余热回收来提供,本文提出一种基于余热回收的燃煤电厂烟气碳捕集系统。该系统分为能量供给侧和能量需求侧。在能量供给侧,通过烟气余热回收产生冷能、热能和电能。而在能量需求侧,首先通过软件模拟获取碳捕集过程的能量需求信息,通过能量耦合计算,得出该系统在不依赖外部能量输入情况下的最大碳捕集量,并确定了最佳运行参数组。通过与其他先进碳捕集系统的对比,总结了该系统的优势与不足。经济性分析表明了该系统的经济优越性。研究结果表明,本文提出的余热回收系统可以产生8055 k W的电能以及25493 k W的制冷量,使电厂的发电效率提升了0.34%,系统投资可在4.8年内得以回收。本文提出的基于余热回收的碳捕集系统,在能量完全自给的情况下可实现年捕集CO2达292977吨,占电厂年CO2排放量的5%,并且可降低电厂单位发电CO2排放量38.4 g/（k Wh）。该碳捕集系统的初始投资回收周期为4.7年。本文所提出的方案可实现燃煤电厂烟气低品位余热的深度回收以及二氧化硫和部分二氧化碳的排放控制,具有较大的节能减排意义。
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