E 低温分离法
低温分离法一般适用于有较高浓度的CO2分离捕集,且其能耗与浓度有关,只有当CO2浓度大于90%时,分离过程才有较大优势,否则消耗较高;正是由于低温分离法对CO2有较高的要求,并非适用于任何CO2分离捕集,因此目前主要应用于高浓度CO2气体的分离捕集。
3.3.3 富氧燃烧方案的优劣之处
富氧燃烧技术方案又称燃烧中捕集二氧化碳技术方案,其优势十分明显。富氧燃烧技术燃烧后产生的烟气量降低显著,产生的烟气量为原来烟气量的1/5;且烟气中CO2的浓度与污染物浓度都较高,有利于对其集中处理;其处理成本较低;由于富氧燃烧的作用,燃料燃烧时不含N2等惰性气体,并有利于减少热力型NOx的生成,降低了排烟损失,改善了炉内换热条件,提高了炉窑效率;由于采用氧气代替空气进行燃烧,因此氧气和排气的体积流量都将减小;当文持相同的流速时,炉窑的尺寸能够为此而减小,其他气体处理设备的尺寸,包括清楚硫化物和微粒的设备的尺寸也能减小。
富氧燃烧技术方案的劣势在于对整个系统的改动较大,甚至必须重新设计匹配的系统与之辅助;由于燃烧过程中都是在富氧的情况下进行燃烧,需要大量的氧气,因此其另一个缺点则是耗能较大,所耗的能量主要都用来制备纯净的氧气,其次制氧的设备投资较大,运行文护较为复杂;由于在循环利用CO2过程中,SOx浓度增加,会导致炉窑腐蚀加剧的问题[44,45]。
3.4 各排放控制方案的技术可行性研究
3.4.1 燃烧前捕集方案的技术可行性分析
燃烧前捕集CO2技术方案主要是针对整体煤气化联合循环电站的IGCC系统与天然气气化联合循环电站的NGCC系统。由于我国的天然气资源有限,而NGCC系统以天然气为原料,因此一般较少考虑将燃烧前捕集技术应用于NGCC系统中,多以IGCC系统进行研究分析。燃烧前捕集CO2技术应用于IGCC系统的技术可行性从以下几个方面进行分析[21,23,45,46]。
首先,在IGCC系统中,在燃烧前捕集分离出CO2有这样一条可行的途径。将合成煤气通过转化反应把CO气体转化为CO2和H2,再通过比较低成本的物理吸附系统把CO2分离出来进行捕集,大部分剩下的为理想的富氢燃料气可应用于其他途径。由于分离出的CO2是在未被稀释的合成煤气中进行的,因此能耗较小,其系统净效率也较高。
其次提出的问题是IGCC系统是否能在技术上实现燃烧前捕集CO2。由于IGCC系统中气化炉内多采用气体作为气化介质,煤气化产物主要是CO和H2,经过进一步的水煤气化反应后,容易转化成CO2和H2。由于煤气压力及CO2浓度较高(一般为35%~45%),因而在技术上比烟气中捕集CO2更加可行。
最后考虑到IGCC系统的热效率一般较高,达到42%~46%,而目前国内其他燃料燃烧系统的热效率大多文持在35%左右,通常系统效率每提高一个百分点,CO2排放将减少2%,与常规系统相比,IGCC系统中CO2的排放将减少1/5。从中不难看出,IGCC系统不仅在燃烧前捕集CO2方面能做到控制排放,在技术上,对其本身的系统而言,都能比一般燃烧系统排放较少的CO2。
但IGCC系统亦有操作灵活性低及变负荷性能差的技术缺陷。虽然近几年来IGCC系统的设备可靠性与可用率都有了明显的提高,但其技术特点决定其可行性上的不足之处。通过近几年各国学者的研究与示范系统的运行,上述技术可行性问题对该方案的影响正在逐渐降低,使其越来越具有竞争力。此外,燃烧前捕集技术方案由于其系统结构较为复杂的特点,不便应用于已建成的系统中,因此该方案比较适用于新建的燃烧系统中。
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