近零排放双燃料多功能系统特性规律分析及优化.pdf

中国工程热物理学会 学术会议论文 T程热力学与能源利用 编号：071128 近零排放双燃料多功能系统 特性规律分析及优化 张国强k2韩巍1金红光1蔡睿贤1 (1．中国科学院工程热物理研究所， 北京100080； 2．中国科学院研究生院， 北京100080) Tel：OlO．8254303 1 Email：zhan2wanghe@163．com 摘要：本文对煤／天然气双燃料氮电联产多功能系统进行J，特性规律分析。从燃料互补和能量综合梯级 利用角度，分析了重整条件、氯气分离率对系统节能牢的影响．以及多功能系统特征参数的变化规律， 得到了新系统可以提高燃料化学能利用效率，同时叮以降低c02分离能耗的结论。存靖％量利用I：的优 势和对C02的有效控制，使得新系统相对参考系统自J+以实现极低耗分离C0：。 关键词：双燃料互补 综合梯级利用 氧f乜联产CO：分离性能分析及优化 l引言 温室气体℃02是全球变暖的罪魁祸首，能源系统的C02减排受到越来越广泛的关 注。目前C02分离有燃烧前分离、燃烧后分离和纯氧燃烧三条途径，但是由于c02量人 且分离时浓度较低，C02减排给系统带来了不可承受的代价，使系统的发电效率下降 8％．15％【1。J。如何低能耗的控制c02成为能源系统中c02减排研究的重点。现在国内外 研究的主要集中在两个方面，一方面为分离技术的提高，另一方面为从系统角度对能源 系统进行综合集成优化。由于C02的生成利主要的有用能不可逆损失发生在能茸释放过 程中，所以综合集成能量释放过程和C02分离过程的能源系统更具发展前景14。6 J。 多功能能源系统为同时满足化jI：、动力和环境等多项需求目标的能源系统，其特点 为通过系统集成，实现多能源的综合互补、能的梯级利用和污染控制的一体化，它在能 餐利用和污染物控制方面起着重要作用【7。叭。双燃料多功能系统?】的研究处丁．对单个案 例的分析上，没有对系统特性进行分析。本文对文献[11】所提出的双燃料多功能系统进 行特性规律分析，研究合成气成分和系统节能率随重整温度和水碳比(s／c)的变化规律， 多功能系统特征参数的变化规律和氢气分离率对系统节能率的影响，以及系统集成创新 在CO，减排中的作用。 2多功能系统的描述 如图1为新系统的流程图，天然气和水蒸汽混合后，经过预热进入双燃料重整器(a) 转化为合成气。合成气进入热交换器(b1)被冷却到355℃，同时高压的饱和蒸汽在b1中 产生，然后进入变换反应器。在高低压变换反虑器中(c1和c2)经过两次变换反应后， 合成气中的大部分CO转换为C02，同时高低压的饱平lf蒸汽分别在cl、c2中产生。最后， 皋会项日：困家自然科学捧会项口(No．50520140517) 372 合成气被压气机(d1)压缩到氢气分离压力，进入入PSA单元分离出氢气。煤燃烧产生的 烟气的余热被换热器(b5-b7)同L改j然后将烟气中的C02刚化学吸收方法分离。在热交换 器b5中，高温烟气用来过热高压饱和蒸汽，在换热器b6中，中温余热用来预热重整反 应的反应物，在换热器b7中，低温热能川来预热空气。 a砹燃料巫懿器bl-b7：热交换器c1，c2：变换反应器d1．d3：介成’们ij{{}f{虬e：空4tJ．{i缩机 f燃烧室g：燃‘吐§、F h：余热锚炉ili2：蒸汽轮机jl，j3：c02化学u苁收和液化j2：co!物日I吸收和液化 图l 双燃料氨电联产多功能系统的流程图 PSA单元产生的尾气被带间冷的压缩机(d2和d3)进行两级压缩，在此可以通过物 理吸收单元(i2)分离出92％的C02， 并进行液化，排出的富氢的合成气 作为燃料进入动力单元。燃气透平 出来的烟气进入余热锅炉(h)进行余 热同收，产生的高、低压过热蒸汽 和中压再热蒸汽进入蒸汽轮机做 功。如果燃烧前C02分离率达不到 90％，还要对余热锅炉的尾气进一步 脱碳。煤和天然气燃烧产生的尾气 中分离出来的C02被带间冷的三级 压缩机压缩到4l 5MPa，然后在冷凝 器中液化，便下储存。’ 3系统的特性规律分析 3．1模拟条件和假设 主要的模拟条件详见文献【1 l】不再 赘述。这里主要说明不向氢气分离效率 所对应的分离压力。图2为氢气分离率 随着吸附压力与解析压力之比的变化图 ．吸附解析压力比(Pn／Po) 图2氮气分离牢随吸附压力，b解析压力之比的变化 表l系统主要参数 373 [12]，设定解析压力是常压，那么吸附 塔进口压力可以根据氢气分离率确定， 见表1。 ． 3．2系统评价 本文采用了节能率来评价系统，：肖 能率的定义为： 脚。堡些×100％，其 Q耐 中，Q。f为参考系统的输入的煤和天然气 的总能量，QⅧs是新系统的输入的煤和 天然气的总能量，新系统和参考系统出 功和产氢量相同。节能率的物理意义为 表2参考系