燃煤电厂烟气碳捕集技术探讨

摘要：我国碳排放交易市场将于2017年正式启动，对于氮肥企业，烟气碳捕集技术成为碳减排关注重点。本文介绍了碳捕集技术在燃煤电厂烟气的应用。分别对碳捕集装置进行了试验研究。随着可再生能源与余热开发利用技术的创新与发展，碳捕集成本降低的同时系统能效得到提高；综合利用和匹配太阳能制冷热、电、光和化学转化辅助碳捕集技术，高效利用太阳能的潜力更大；可再生能源与余热及多能耦合辅助碳捕集，需重点研究工艺匹配、能量梯级优化利用，且综合评价与指标体系有待完善。关键词：燃煤电厂；烟气碳；捕集技术引言我国正面临巨大的CO2减排压力。燃煤电厂是主要的CO2集中排放源，从燃煤电厂排放的烟气中捕获CO2是缓解CO2排放危机最有效的手段。燃烧后化学吸收法工艺较成熟，易实现商业化，适合于现有电厂的改造，被认为是近期内减少CO2排放最可行的措施。1CO2捕集系统从烟道来的烟气经风机增压后进入水洗塔下部，与从塔顶喷淋的凉水接触降温。降温后的烟气从水洗塔顶部引出并进入吸收塔下部，在吸收塔内与从吸收塔顶部进入的吸收剂溶液逆流接触，气体中的CO2被吸收剂溶液吸收。未被吸收的气体进入回收塔底部，在回收塔内用洗涤水喷淋洗涤，回收其中夹带的吸收剂后由回收塔顶引出后放空。吸收CO2后的富液从吸收塔塔底由富液泵抽出，加压后进入贫富液换热器，在换热器中被从再生塔底出来的贫液加热后经再生塔上部喷头喷淋入塔。在再生塔内，富液被上升的蒸汽气提，解析出CO2。解析出的CO2随同大量的水蒸汽及少量吸收剂由再生塔塔顶引出。解析出的再生气进入再生气冷却器冷却后去再生气分离器进行气液分离。分离出水分后的CO2气体去CO2液化系统。再生塔底部设置1台再沸器，采用低压蒸汽对塔底溶液间接加热，为吸收剂再生提供热源。由再生塔底部引出的贫液经贫富液换热器换热后，由贫液泵升压，经贫液冷却器进一步降温后送入吸收塔上部重新吸收CO2。2燃煤电厂烟气碳捕集优化深度净化塔运行优化深度净化塔承担着降烟温和捕集烟气中强酸性气体的作用。其主要运行参数是循环液量、循环液温及循环液pH值。运行中发现在秋冬低温时节吸收塔水平衡出现问题，吸收系统液量降低明显，贫富液质量浓度逐渐增加。经分析，低温状态下原料烟气经过长距离管道输送后烟温大幅度降低，而在吸收塔中烟气与吸收剂接触反应过程中烟温升高，其饱和水含量增加，自吸收剂中吸收水分。因此在低温季节，应适当降低深度净化塔循环液量，减少或关闭冷却水，以保证吸收塔入口烟温在一定水平。吸收塔运行优化吸收系统主要运行参数是吸收剂循环流量、吸收塔入口贫液温度、吸收塔入口烟温、尾气洗涤液循环量及洗涤液温度等。根据吸收系统的反应条件，将各参数均设定了合理的推荐范围，并通过分散控制系统（DCS）调节。吸收剂循环流量对碳捕集效率、碳捕集量和再生蒸汽耗量的影响。由图可见，各数据点呈离散状，相互偏差较大。分析原因主要是由锅炉负荷变化造成，本项目烟气中CO2的体积分数随锅炉负荷变化在10%-15%间波动，锅炉负荷根据电网的要求一天中可能会有多次调整且无法反馈到碳捕集装置控制系统中，从而对碳捕集装置造成了较大的冲击。其次，在运行过程中，由于工况参数多，每次可能同时调整多个参数，各参数相互之间有干扰或协同作用，从而造成运行结果出现偏离。3燃煤电厂烟气碳捕集技术3.1富氧燃烧捕集富氧燃烧捕集采用纯氧或氧气／二氧化碳混合气代替燃烧时采用的空气，由于在提纯氧气过程中除去了大部分氮气，该方法可以产生高纯度二氧化碳，可以用于直接储存。这就是富氧燃烧捕集相对于一般燃烧后的捕集过程中采用空气燃烧的最大优势，它不需要在燃烧后捕集中采用昂贵的二氧化碳捕集装置，取而代之的是为氧燃料系统提供高纯氧气的空气分离装置。由于该技术主要着力在燃烧过程中，也被看作是燃烧中捕集技术。该方法目前面临的挑战主要有：①制氧能耗成本高；②对于进入系统的空气泄漏较为敏感；③与使用空气燃烧配备灵活的燃烧后捕集法相比，该方法较难改进；④富氧燃烧捕集应用在高温条件下，设备需要具有抵御高温火花的能力。富氧燃烧捕集技术目前主要应用于处理煤电厂的烟气排放，不仅如此，PdulinaWien—cho表示富氧燃烧法还可以用于处理垃圾，认为垃圾氧燃料燃烧是一项非常有前景的技术，并提出优化该技术的方法：①寻找最优的氧气/二氧化碳比例；②优化空气分离方法，寻找新的空气分离方法；③充分利用废热.碳运输现阶段常用的碳运输技术主要分为管道运输和罐装运输．管道运输又根据所运输的C02状态不同分为气态、液态和超临界态管道运输．管道运输主要通过油气管道系统完成，因此具有运输量大、运输距离远的优点，但相较于罐装运输，管道运输前期一次性修建投入较高.罐装运输主要通过公路或铁路完成，虽然前期所需投入小，但由于单次可运输量较小、运输距离有限，在大规模工业长途碳运输过程中并不具备经济优势．碳运输在CCS过程中所需的成本投入远低于碳捕集和碳封存．在未来发展中，随着国内油气管道系统的不断发展完善，管道运输的所需成本可进一步降低，为未来C02远距离封存、利用提供坚实高效的运输基础.碳封存碳封存技术主要通过安全储存的方式减少或取代直接向大气中排放C02.常见的碳封存技术可以根据所使用的储存介质分为地质封存、海洋封存和化学封存3种.地质封存主要指将捕获的C02以超临界状态（气液混合态）注入废弃油田气田、海底岩沼池等地质体中，从而达到长久封存的一种封存方式．随着油气产业的发展，以对油气层地质情况更深层次的研究，C02已经被证实可以作为压裂液回注入油井气井中，并有效提升最终油气田采收率，延长油气井生命周期.由于大多数废弃油气田并不具备完整的碳氢化合物闭圈，因此，在C02注入后可以形成与原始油气储层类似的C02封层，从而实现对二氧化碳的长久封存．地质封存技术也因此被认为是现阶段最具实际操作性和发展潜力的C02封存方式.低温分离法低温分离是一种基于混合烟气中的其他组分N2和CO2的沸点存在差异，低温冷凝使CO2液化,从而将CO2从混合气体中分离出来的方法。因CO2在常温常压下以蒸气状态存在且易于液化，从理论上来说CO2低温分离过程较为简单，但随着分离的进行使得CO2的分压会逐渐减小，分离也变得越来越困难，造成CO2回收率过低。因此低温分离法主要适用于对CO2含量大于90%的混合气体进行提纯以及其他工艺的后期处理，对于低CO2浓度的电厂烟气而言，将CO2分离出来，需要的设备投资大、成本高、工艺复杂，经济性不高。结束语目前，碳排放超标是全球共同面临的一大问题，因CO2的过度排放造成的温室效应已连带起其他环境问题的共同出现，严重影响人们日常的生产生活。纵然目前有多种前景广阔的捕集方法，但寻找节能高效、可实现工业化捕集储存CO2的技术成为科技工作者的一个重要研究方向。水合物法捕集CO2作为一种在水合物基础物性研究下发展出来的一个方向，应用优势明显。若能寻找到一种可以使CO2水合物的生成压力不太高、温度不太低的方法，则必将能实现高效节能捕集CO2，具有广阔的应用前景。参考文献冯峰•我国能源消耗与二氧化碳排放的特征及其变化[J].经济研究参考,2015(19)：144-145.陆诗建，黄凤敏，李清方，等．燃烧后CO2捕集技术与工程进展[J]•现代化工，2015(6):48—52.孙路长，沈煜晖，斋滕聪，等．燃气－蒸汽联合循环电厂实施碳捕集的可行性研究[J].华电技术，2016(4):1—2.