太陽(yáng)能中低溫集熱耦合二氧化碳捕集的理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、 天津大學(xué)博士學(xué)位論文 太陽(yáng)能中低溫集熱耦合二氧化碳捕集的理 太陽(yáng)能中低溫集熱耦合二氧化碳捕集的理論與實(shí)驗(yàn)研究 論與實(shí)驗(yàn)研究 Theoretical and Experimental Study of Post-combustion Carbon Capture Integrated with Mediumn to Low Temperature Solar Energy 一級(jí)學(xué)科：動(dòng)力工程及工程熱物理 學(xué)科專(zhuān)業(yè)：熱能工程 作者姓名：王

2、 甫 指導(dǎo)教師：趙 軍 教授 嚴(yán)晉躍 教授 天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 二零一六年十二月 I 摘 要 二氧化碳捕集與封存是實(shí)現(xiàn) CO2 減排的重要手段與戰(zhàn)略性選擇。然而，CO2捕集過(guò)程需要消耗電廠大量的蒸汽， 降低了電廠的出力， 使機(jī)組的運(yùn)行長(zhǎng)期偏離設(shè)計(jì)工況。中低溫太陽(yáng)能集熱器具有類(lèi)型多、集熱溫度范圍廣的特點(diǎn)，利用太陽(yáng)能集熱來(lái)取代電廠抽汽進(jìn)行二氧化碳捕集是降低火電廠能量損失的有效措施。 因此，本課題針對(duì)太陽(yáng)能耦合二氧化碳捕集的思路

3、展開(kāi)相關(guān)的理論與實(shí)驗(yàn)研究。 首先， 從工程熱力學(xué)與化學(xué)熱力學(xué)的交叉領(lǐng)域出發(fā)， 揭示了能量轉(zhuǎn)化利用過(guò)程燃料轉(zhuǎn)化、 動(dòng)力循環(huán)以及氣體分離的能流與物流的變化規(guī)律， 建立了系統(tǒng)能流與?流模型和 CO2 捕集最小化機(jī)理，分析了 CO2 捕集與壓縮過(guò)程的熱力學(xué)效能變化。研究表明，對(duì)于直接燃燒過(guò)程，燃料轉(zhuǎn)化過(guò)程的品位匹配度最差，?損失最大； 太陽(yáng)能集熱?效率受太陽(yáng)能熱效率與集熱品位的影響， 其與電廠的耦合降低了耦合系統(tǒng)的?損，體現(xiàn)了太陽(yáng)能的優(yōu)勢(shì)。 其

4、次，吸收劑研究方面，針對(duì)離子液體獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，選定了[bmim][BF4]離子液與不同醇胺溶液組成復(fù)配溶液。 通過(guò)研究復(fù)配溶液在不同配比、 不同溫度下的密度、粘度特性，得到了復(fù)配溶液密度與粘度隨溫度變化的規(guī)律，考察了復(fù)配溶液的吸收性能，優(yōu)選出吸收性能比較優(yōu)異的復(fù)配溶液。研究發(fā)現(xiàn)，離子液體與醇胺溶劑的復(fù)配可以大大降低吸收劑的密度和粘度，MEA 與[bmim][BF4]的復(fù)配具有最好的 CO2 溶解度。 而后，建立了實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的 CO2 吸收

5、-解吸實(shí)驗(yàn)裝置。研究了吸收塔、解吸塔單塔運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，考察了煙氣中 CO2 含量、吸收液流量、貧液 CO2 負(fù)荷對(duì)吸收塔吸收的影響，同時(shí)研究了富液 CO2 負(fù)荷、流量等對(duì)解吸的影響；對(duì)吸收-解吸進(jìn)行了循環(huán)實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化了 CO2 捕集能耗。結(jié)果表明，當(dāng)循環(huán)系統(tǒng) L/G 在 4.0 左右時(shí)，再生能耗最低，達(dá)到 4.2MJ/kg CO2。 同時(shí)， 設(shè)計(jì)了槽式太陽(yáng)能集熱器與菲涅爾太陽(yáng)能集熱器的集熱系統(tǒng)， 測(cè)試了兩組集熱器的集熱特性；實(shí)驗(yàn)研究了太陽(yáng)能與