燃气-蒸汽联合循环电厂实施碳捕集的可行性研究

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1、第38卷第4期华电技术Vo1．38No．42016年4月HuadianTechnologyApr．2016燃气一蒸汽联合循环电厂实施碳捕集的可行性研究孙路长，沈煜晖，斋滕聪，莫莉萍。，牛建宇，田利娟(1．中国华电科工集团有限公司环保分公司，北京100160；2．株式会社东芝电力系统社，横滨2220033；3．广西师范学院环境与生命科学学院，南宁530001)摘要：以杭州某电厂390MW燃气一蒸汽联合循环机组为对象，研究了增设碳捕集装置的可行性。针对燃气轮机排烟进行了吸收液筛选，选定了一种低能耗吸收液。根据回收规模的不同，制订了全

2、捕集、捕集量为0．5Vh和捕集量为1．0h3个典型方案，并进行经济技术分析。结果表明，捕集能力为1．0Ch的方案具有可行性，且经济性最佳，故为推荐方案。关键词：燃气一蒸汽联合循环；燃汽轮机；碳捕集；二氧化碳；可行性研究中图分类号：x701文献标志码：A文章编号：1674—1951(2016)04—0001—07O引言1碳捕集技术路线论证20世纪以来，随着大规模工业化进程的加快，1．1研究对象环境问题逐渐显现，尤其是以气候变暖为主要特征杭州某电厂共有6台390MWNGCC机组，配9F的全球性气候变化受到广泛关注。政府间气候变化燃气

3、轮机。以机组余热锅炉排烟为原料，选用合适的烟气CO捕集工艺，生产出适合地质储存和驱油专门委员会(IPCC)第5次评估报告(AR5)认为，21(EOR)所需的高压粗CO：气体，或可回用的食品级世纪末期及以后的全球变暖主要是由于C0累积液体c0：J。本项目燃气轮机排烟主要成分见表1。排放，而化石燃料燃烧是大气中CO含量剧增的主表1燃气轮机排烟主要成分％要原因。2010年全球人为排放的温室气体中，能源成分体积分数供应占34．6％，其中电气和热力生产直接排放的温co24．11×10—室气体占25．0％，因此，发电部门的脱碳是实现o213

4、．23×10—22050年全球碳减排的重要组成部分¨J。我国能N282．69×10—0源消费结构以煤为主，发电用煤燃烧排放的CO约C0<0．5×10-6占我国CO排放总量的82．0％-4J。CO：的捕集与N0<0．5×10-6NO2<0．5×10—6封存(CCS)技术是电力碳减排的主要措施。预计到总S(除s02外，以S计)<1．0×10—62050年，燃煤电厂的发电量所占比重将大幅下降至SO2<0．5×10—612％，且超过90％的燃煤电厂配备CCS装置，燃气碳氢化合物总量(以CH计)12．9×10—6发电厂的比例将上升至15％

5、，其中1／3安装CCS设其他含氧有机物(以CH计)<1．0×10—6施J。由于CCS技术的前景广阔，各国纷纷投入巨1．2吸收方法资开展研究。燃煤机组增设CCS装置的较多，但燃目前CO捕集技术主要有燃烧前捕集、燃烧后气轮机则很少，目前世界上仅1套燃气轮机CCS装置捕集和富氧燃烧3大类型，本项目只能采用燃烧后投运，还有2个燃气轮机CCS项目处于前期阶段。捕集技术。燃烧后捕集技术大致可以分为溶剂吸收以杭州某电厂F级燃气轮机烟气机组为对象，法、变压吸附法、膜分离法、低温精馏法及催化燃烧采用技术参数对比、GTMASTER软件流程模拟、经法

6、5种。由于燃气轮机排烟中CO：体积分数济成本核算等方法，对燃气一蒸汽联合循环很低，低温蒸馏法无法使用；由于原料气是常压，故(NGCC)机组增设的碳捕集装置备选方案进行可行变压吸附法也不合适；膜分离法技术尚不成熟；催化性研究。燃烧法能耗又过高；而化学吸收法选择性强、提浓效果好，其中醇胺是最常用的CO吸收剂，吸收效果收稿日期：2015—11—16；修回日期：2016—04—10显著，经济实用，故本项目选用醇胺吸收法。·2·华电技术第38卷1．3净化方法液对体积分数较低的CO的吸收特性，其结构如图吸附净化是生产高纯度食品级CO的关键技

7、1所示。吸收液中CO的负荷通过进、出口气体中术。针对电厂烟气以醇胺捕集后生成的粗CO气的CO：体积分数差来计算，胺液与CO的反应热用体的特点，采用了以脱氧、脱NO脱水等多级净化SETARAMDRC演化型热量计测量。与浅低温精馏提纯相结合的工艺路线。主要工艺流程为：缓冲一除湿一压缩一净化塔一分子筛脱水一冷却一精馏提纯。1．4精脱水方法为保证CO：输送和深井注入的顺利、安全实施，驱油和地质储存所需的CO产品气需要进行深度脱水，使气体的露点降至一40℃以下。原料气脱水主要方法有冷却脱水法、溶剂吸收法及固体吸附法等。三甘醇(TEG)因脱

8、水露点降低幅度大、运行成本低、运行可靠而得到广泛应用。因此，本项目选用TEG进行深度脱水。图1VLE试验装置2吸收液的筛选2．3中试试验碳捕集示范装置位于日本福冈市(Fukuoka)东吸收技术是CCS技术的核心，其中吸收液的选芝集团旗下的三川电厂，其CO额定捕集