（江西省电力设计院 江西南昌 330096）
摘要：归纳总结了火电厂CO2捕集的四类途径，并指出IGCC在CO2减排方面的优势，同时利用ASPEN PLUS模拟软件对采用燃烧前捕集CO2的IGCC电站进行模拟和经济性分析。
关键词：CO2减排方法；IGCC；经济性分析；模拟
1引言
人口的快速增长和经济的高速发展给能源与环境带来了巨大的压力，能源与环境的可持续发展己成为全球关注的热点和难题。我国CO2的排放量已占据世界第二位，仅次于美国。因此，如何有效利用能源，提高资源利用率，减少环境污染，成为我国面临的一项现实紧迫的任务。能源动力系统降低CO2排放主要可以从三个方面入手：提高能源利用效率和转化效率、发展再生能源、CO2捕集和埋存，由于新能源在目前发电所占的份额较低，火力发电在相当长的时间内还是绝对主力，并且目前火力发电行业降低CO2排放主要通过提高系统效率来成比例的减少，要想根本上解决CO2排放问题，还应从研究CO2捕集技术上入手。目前燃煤电站中CO2捕集方法主要有：燃煤后捕集、燃烧前捕集、富氧燃烧三种方式。
整体煤气化燃气蒸汽联合循环（简称 IGCC）是目前洁净煤燃烧技术的主要研究方向之一，有可能成为下一世纪燃煤发电技术的一个发展方向，其具备减排CO2的独特优势，即易于实现燃烧前捕集CO2。本文对采用燃烧前捕集CO2的IGCC系统进行了模拟和分析。
2 CO2减排国内外研究动态
目前发电厂中进行CO2捕集的技术路线主要有：燃烧后捕集、燃烧前捕集和富氧燃烧脱碳。
2.1燃烧后捕集
即从烟气中分离CO2，目前在燃烧后对CO2进行分离和回收的技术主要有化学吸收法和物理吸收法。化学吸收法类似于燃煤电厂的烟气脱硫，该方法适合于从常规燃煤电厂中捕集CO2。两种方法都需要消耗蒸汽热或压缩耗功，从而造成系统效率的大幅度降低。提高尾气中CO2浓度以减小处理量以及采用更先进的回收方法，成为尾部分离和回收CO2的关键问题。
燃烧后捕集典型示范项目有：美国Warrior电厂年回收4.5万吨CO2用于啤酒生产、挪威Statoil/壳牌公司合作的从天然气发电厂烟气中回收CO2用于强化石油开采、中国华能北京热电厂年分离3000吨CO2项目等。
2.2富氧燃烧
富氧燃烧是指用O2/CO2的混合物代替空气作为化石燃料燃烧的氧化剂，燃烧后烟气中含有高浓度的CO2。富氧燃烧的优势在于烟气中含有高浓度的CO2（≥90%），简化了后续的分离纯化过程。目前提出的纯氧燃烧的半闭式循环IGCC方案。它采用纯氧作为氧化剂，燃烧产物主要为CO2和H2O，但该技术路线需要选用空分单元抽取氧气，而空分本身又是一个能耗较高的过程。此外，由于采用新的燃烧方式，燃气轮机的选型与改造也是一个关键问题。目前，富氧燃烧仍在试验研究和验证阶段，实际应用还需要解决较多的问题。
2.3燃烧前脱碳
燃烧前捕集技术主要有IGCC和NGCC两种。在IGCC系统中，化石燃料经过气化或重整转化成主要成分为CO和H2的煤气，然后经过水煤气变换反应大大提高CO2的浓度，CO2分离后得到的富氢燃气燃烧发电。
IGCC系统作为最具有发展潜力的先进动力装置，其在环保上具有粉尘、氮氧化物、硫化物排放量少等优势，虽然在CO2排放方面改善并不大，但却具备减排CO2的独特优势，即易于实现燃烧前捕集CO2，且其污染物脱除的效率高、能实现多联产和副产品的综合利用、发电效率高，有助于CO2的处理。IGCC为燃烧前减排CO2可实现在二氧化碳富集的燃料阶段实现二氧化碳分离，避免合成气被氮气稀释，大大提高分离前CO2的浓度，可以有效减少分离设备耗能、汽轮机抽汽耗能及CO2压缩做功耗能。
2燃烧前捕集CO2的IGCC系统经济性分析
2.1IGCC-CCS系统
与IGCC结合的燃烧前脱碳技术，在CO2脱除前，需要先对常规IGCC系统进行改造，在气化炉之后建立转化器，使合成煤气中的CO进行水煤气转化反应成为CO2和氢气，反应后的生成CO2体积分数可达到约30%~40%，再选用合适的分离方法将CO2分离，余下富氢燃气进入燃气蒸汽联合循环发电，IGCC-CCS流程图如图1所示：
图1 IGCC-CCS流程图
2.1 经济性分析
图1中标出的各主要物流的成分及流量如表1所示。减排CO2后的IGCC系统与原有IGCC系统的主要区别在于增加了水煤气变换部分（HTS及LTS）以及CO2分离回收部分，本文利用ASPEN PLUS软件对于这两部分的设计和模拟做了分析。
参考文献：
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作者介绍：
廖小花（1985.-），性别：女，学历：硕士，职称：工程师，研究方向：锅炉汽机方面的设计及研究，单位：江西省电力设计院
论文作者:廖小花,汪延寿
论文发表刊物:《电力设备》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/27
标签：系统论文; 烟气论文; 燃煤论文; 水煤气论文; 电厂论文; 脱碳论文; 技术论文; 《电力设备》2017年第35期论文;