高溫鈣基碳捕集間接加熱過程模擬及分析

王華，劉炳成

(青島科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，山東青島 266100)

溫室氣體排放引起的全球氣候變暖日益嚴(yán)重，控制溫室氣體尤其是CO2的排放刻不容緩。碳捕集是一種較有前景的溫室氣體減排技術(shù)，近年來得到了廣泛的關(guān)注。Shimizu等[1]提出了利用CaO和CO2之間的可逆反應(yīng)對(duì)CO2進(jìn)行捕集。Alonso等[2]進(jìn)行了CO2捕集性能試驗(yàn)，提出反應(yīng)器內(nèi)若存有足夠的固體CaO，可達(dá)到70%以上的捕集效率。Hilz等[3]建立了20 MW的高溫鈣基脫碳的示范裝置，該技術(shù)具有良好的應(yīng)用前景。

在高溫鈣基流程模擬與改進(jìn)的基礎(chǔ)上，Hoeftberger等[4]提出了高溫鈣基間接加熱法，用高溫?zé)峁軅鬟f煅燒爐所需熱量，可為電廠節(jié)省能源。Reitz等[5]設(shè)計(jì)了1套中試裝置，并評(píng)價(jià)了1種利用熱管間接加熱煅燒爐的新型碳酸鹽循環(huán)工藝，該工藝的CO2捕集性能與直接加熱法相當(dāng)。

筆者利用Aspen Plus軟件，采用超臨界電廠間接加熱模型，對(duì)影響系統(tǒng)操作的4個(gè)主要參數(shù)：碳化器溫度、煅燒爐溫度、排渣率、補(bǔ)充流流量進(jìn)行了敏感性分析[6]，得出了較優(yōu)的工藝參數(shù)，為電廠碳捕集技術(shù)提供了一定的參考。

1 模型參數(shù)及工藝流程

該超臨界電廠主要工藝和原料參數(shù)見表1。

表1 燃煤電廠的主要參數(shù)

利用天然石灰石高溫受熱分解得到氧化鈣[7]，對(duì)煙氣中的CO2和SO2進(jìn)行協(xié)同捕集。CaO與SO2反應(yīng)生成CaSO4固體，由于CaSO4化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定，易被排出系統(tǒng)；而CaO與CO2反應(yīng)生成CaCO3進(jìn)入煅燒階段后[8]，經(jīng)高溫分解產(chǎn)生CO2和CaO，CO2經(jīng)壓縮成為高純度產(chǎn)品氣，CaO進(jìn)入下一循環(huán)。

間接加熱碳循環(huán)流程有4個(gè)部分：煤燃燒單元、碳酸化單元、煅燒單元和補(bǔ)充流單元。

1)煤燃燒單元。該單位主要進(jìn)行煤的分解和燃燒。煤進(jìn)入氣化爐內(nèi)氣化，將固態(tài)的煤轉(zhuǎn)化為可燃性氣體通入鍋爐內(nèi)燃燒，燃燒產(chǎn)生的煙氣通入分離器進(jìn)行氣固(灰分)分離，再通過冷卻器將煙氣降溫進(jìn)入碳捕集單元[9]。

2)碳酸化單元。經(jīng)除灰和充分降溫后的煙氣通入碳酸爐進(jìn)行反應(yīng)[10]。煙氣中的CO2和SO2大部分被氧化鈣吸收，生成CaCO3和CaSO4。反應(yīng)生成的固體與脫硫脫碳的煙氣通入旋風(fēng)分離器進(jìn)行氣固分離。

3)煅燒單元。脫硫脫碳的煙氣經(jīng)過降溫后排放至大氣中；混合固體通過分離器可排除部分固體，剩余的CaCO3固體進(jìn)入煅燒爐內(nèi)，高溫環(huán)境下發(fā)生分解反應(yīng)生成CO2與CaO[11]。將生成物通入旋風(fēng)分離器進(jìn)行氣固分離，分離出的CO2氣體被壓縮為產(chǎn)品氣，氧化鈣固體經(jīng)降溫后重新通入碳酸爐內(nèi)，進(jìn)行下一次循環(huán)。

4)補(bǔ)充流單元。循環(huán)過程中部分CaCO3固體會(huì)出現(xiàn)失活和燒結(jié)現(xiàn)象[12]。為保持碳捕集效率穩(wěn)定，需排出部分失活固體并引入新鮮CaCO3固體進(jìn)行補(bǔ)充。此外，外部CaCO3固體需先與排出系統(tǒng)外的固體進(jìn)行換熱，之后與剩余固體混合進(jìn)入煅燒單元。

該系統(tǒng)將煙氣和固體冷卻釋放的熱量與碳酸反應(yīng)的余熱整合推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。相比直接加熱法在純氧環(huán)境燃燒提供煅燒單元所需熱量[13]，在間接加熱流程中，冷卻煙氣產(chǎn)生的部分熱量提供給煅燒反應(yīng)，以節(jié)省由空氣分離系統(tǒng)產(chǎn)生的大量能耗。

2 模型建立

2.1 煙氣基本參數(shù)

煙氣來自某超臨界電廠，燃煤量550 t/h，煙氣產(chǎn)生量850 kg/s，經(jīng)冷卻后進(jìn)入捕集單元，具體參數(shù)見表2。

表2 電廠煙氣主要參數(shù)

2.2 主要設(shè)備參數(shù)

根據(jù)Aspen Plus軟件對(duì)各個(gè)模塊的要求，應(yīng)預(yù)設(shè)定主要設(shè)備參數(shù)以保證整個(gè)流程收斂并運(yùn)行順利，具體數(shù)值見表3。

表3 主要設(shè)備的參數(shù)設(shè)定

高溫鈣基間接加熱系統(tǒng)較復(fù)雜，具有1個(gè)閉環(huán)回路和煤氣化燃燒單元。操作條件對(duì)系統(tǒng)影響較大，重點(diǎn)是研究碳化器溫度、排渣率、補(bǔ)充流流量、煅燒爐溫度對(duì)系統(tǒng)CO2，SO2捕集效率和熱回收量的影響。由于該流程模擬組分較多，涉及化學(xué)反應(yīng)及回路較為復(fù)雜，為保證系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行且收斂，作如下假設(shè)：①反應(yīng)不涉及時(shí)間影響；②反應(yīng)過程中無壓力損失；③煤完全被氣化并充分燃燒；④通入空氣為理想氣體，只包含氧氣和氮?dú)?；⑤補(bǔ)充流為新鮮碳酸鈣固體；⑥旋風(fēng)分離器分離效率始終為100%；⑦換熱時(shí)產(chǎn)生余熱無論品質(zhì)高低均用于做功。

2.3 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

碳化器CO2捕集效率見式(1)。

式中：XCO2,carb——碳化器CO2捕集效率，%；

Y1——離開電廠的煙氣中所含CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；

Y2——進(jìn)入捕集單元的煙氣中CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。

碳化器SO2捕集效率見式(2)。

式中：XSO2,carb——碳化器內(nèi)的SO2捕集效率，%；

Y3——離開電廠的煙氣中所含SO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；

Y4——電廠煙氣中所含的SO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。

系統(tǒng)CO2捕集效率見式(3)。

式中：Y5——整個(gè)系統(tǒng)捕集的CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；

Y6——供熱燒煤所產(chǎn)生的CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；

Y7——補(bǔ)充碳酸鈣煅燒所產(chǎn)生的CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。

系統(tǒng)余熱量見式(4)。

式中：H——系統(tǒng)余熱，kJ/h；

Q1，Q2，Q3——分別為冷卻煙氣所產(chǎn)生的余熱，kJ/h；

Q4——碳化器內(nèi)放熱所產(chǎn)生的余熱，kJ/h；

Q5——煅燒爐產(chǎn)生的CaO循環(huán)回碳化器內(nèi)所釋放的熱量，kJ/h。

3 模擬結(jié)果

3.1 碳化器溫度對(duì)系統(tǒng)的影響

碳化器溫度指固體吸附劑在碳化器內(nèi)與氣體發(fā)生吸附反應(yīng)的溫度[14]。在煅燒爐溫度為1 000 ℃，補(bǔ)充流流量為1 400 kmol/h，排渣率為0.05的條件下，考察了碳化器溫度對(duì)碳化器CO2捕集率、系統(tǒng)CO2捕集率的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 碳化器溫度對(duì)碳化器CO2捕集率、系統(tǒng)CO2捕集率的影響

由圖1可見：隨著碳化器溫度的升高，碳化器CO2捕集率與系統(tǒng)CO2捕集率均隨之升高。當(dāng)碳化器溫度由550 ℃升至625 ℃時(shí)，碳化器內(nèi)CO2捕集率、系統(tǒng)CO2捕集率升高速率較快，分別由73.0%升至83.8%，67.0%升至72.4%。當(dāng)碳化器內(nèi)溫度由625 ℃升至650 ℃時(shí)，碳化器內(nèi)CO2捕集率與系統(tǒng)CO2捕集率基本保持不變，分別約為84.0%和72.5%。這是由于氣體吸附反應(yīng)為放熱反應(yīng)，適當(dāng)?shù)纳郎貢?huì)加快反應(yīng)速率，促進(jìn)CO2的吸收以增大CO2捕集率；但溫度過高時(shí)會(huì)破壞CaO內(nèi)部結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致CO2捕集率的下降[15]。

在煅燒爐溫度為1 000 ℃，補(bǔ)充流流量為1 400 kmol/h，排渣率為0.05的條件下，考察碳化器溫度變化對(duì)SO2捕集率的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 碳化器溫度對(duì)SO2捕集率的影響

由圖2可見：隨著碳化器溫度的升高，SO2捕集率隨之升高，該變化趨勢與碳化器CO2捕集率和系統(tǒng)CO2捕集率隨碳化器溫度的變化趨勢基本相同。當(dāng)溫度由550 ℃升至625 ℃時(shí)，SO2捕集率由85.0%升至95.8%，升高速率較快。當(dāng)溫度超過625 ℃時(shí)，SO2捕集率增長緩慢并趨于平穩(wěn)，約為96.0%。對(duì)比圖1、2可知，溫度升高初始階段時(shí)，CO2和SO2捕集率會(huì)顯著提高，升溫過高時(shí)，捕集率增長速率趨于平穩(wěn)，該結(jié)果表明適當(dāng)?shù)臏囟葧?huì)促進(jìn)脫硫脫碳的進(jìn)行。

在煅燒爐溫度為1 000 ℃，補(bǔ)充流流量為1 400 kmol/h，排渣率為0.05的條件下，考察碳化器溫度對(duì)出口煙氣及產(chǎn)品氣中CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 碳化器溫度對(duì)出口煙氣及產(chǎn)品氣中CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

由圖3可見：當(dāng)碳化器溫度為550～625 ℃時(shí)，碳化器內(nèi)CO2捕集率上升速率較快，可吸收較多的CO2，出口煙氣CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降較快；同理，系統(tǒng)CO2捕集率較高也會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品氣中CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高。當(dāng)碳化溫度為625～650 ℃時(shí)，碳化器及系統(tǒng)CO2捕集率達(dá)到最高值并趨于平穩(wěn)，同時(shí)出口煙氣及產(chǎn)品氣中的CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)也趨于平穩(wěn)。

在煅燒爐溫度為1 000 ℃，補(bǔ)充流流量為1 400 kmol/h的條件下，考察碳化器溫度和排渣率對(duì)碳化器CO2捕集率的影響，結(jié)果見圖4。

由圖4可見：當(dāng)排渣率由0.05升至0.09時(shí)，碳化器內(nèi)CO2捕集率持續(xù)下降，這是由于排渣率的升高不僅會(huì)排出失活的固體，也會(huì)排出一部分活性吸附劑，使系統(tǒng)內(nèi)固體及吸附劑循環(huán)量下降，導(dǎo)致碳化器、系統(tǒng)CO2捕集率下降。當(dāng)排渣率由0.05升至0.07時(shí)，3條曲線垂直距離相差較近，表明碳化器CO2捕集率下降較緩慢，僅下降了6個(gè)百分點(diǎn)。當(dāng)排渣率升至0.08和0.09時(shí)，在碳化器溫度分別為550，560 ℃時(shí)，這2條曲線的垂直距離與排渣率為0.05～0.07的曲線的距離增大，CO2捕集率明顯下降，捕集率最高下降了21個(gè)百分點(diǎn)。當(dāng)排渣率為0.09，碳化器溫度為550 ℃時(shí)，碳化器CO2捕集率為52.0%，系統(tǒng)CO2捕集率為47.0%，因此，當(dāng)排渣率為0.05～0.09時(shí)，碳化器CO2捕集率隨碳化溫度的升高而上升。

圖4 碳化器溫度和排渣率對(duì)碳化器CO2捕集率的影響

在煅燒爐溫度為1 000 ℃，補(bǔ)充流流量為1 400 kmol/h，排渣率為0.05的條件下，考察碳化器溫度對(duì)系統(tǒng)余熱量的影響，結(jié)果見圖5。

圖5 碳化器溫度對(duì)系統(tǒng)余熱量的影響

由圖5可見：當(dāng)溫度升高時(shí)，系統(tǒng)余熱量由3 057 MW降至3 038 MW，下降了0.6%；當(dāng)溫度由550 ℃升至625 ℃時(shí)，系統(tǒng)的余熱量下降幅度較大；當(dāng)溫度超過625 ℃時(shí)，系統(tǒng)余熱量基本穩(wěn)定。這是由于吸附反應(yīng)是放熱反應(yīng)，為保持一定吸收率及吸附劑活性，需要消耗能量維持反應(yīng)溫度，故系統(tǒng)余熱量會(huì)隨著溫度上升而下降。由以上試驗(yàn)結(jié)果可知選取適宜的碳化器溫度能夠使系統(tǒng)具有較好的捕集率，該模擬中選取碳化器溫度為625 ℃。

3.2 煅燒溫度對(duì)系統(tǒng)的影響

煅燒爐溫度為CaCO3固體高溫分解溫度[16]。在碳化器溫度為625 ℃，補(bǔ)充流流量為1 400 kmol/h，排渣率為0.05的條件下，分別考察煅燒爐溫度對(duì)碳化器CO2捕集率及出口煙氣CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響，結(jié)果見圖6。

圖6 煅燒爐溫度對(duì)碳化器CO2捕集率和出口煙氣CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

由圖6可見：當(dāng)煅燒爐溫度由900 ℃升至1 000℃時(shí)，隨著煅燒溫度升高，碳化器內(nèi)CO2捕集率提高，出口煙氣CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降，但碳化器內(nèi)CO2捕集率和出口煙氣CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的上升和下降速率緩慢；當(dāng)溫度超過1 000 ℃時(shí)，碳化器CO2捕集率和出口煙氣CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別上升3個(gè)百分點(diǎn)和下降0.6個(gè)百分點(diǎn)。這是由于低于1 000 ℃時(shí)，部分碳酸鈣固體為失活狀態(tài)，而CaSO4固體在1 000 ℃以下未被分解，導(dǎo)致碳化器CO2捕集率和出口煙氣CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)保持穩(wěn)定、變化緩慢；當(dāng)溫度升至1 000 ℃以上時(shí)，部分CaSO4被分解為CaO，系統(tǒng)內(nèi)吸收劑循環(huán)量增大，使CO2捕集率上升，出口煙氣CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降。

在碳化器溫度為625 ℃，補(bǔ)充流流量為1 400 kmol/h，旋風(fēng)分離器效率為100%，排渣率為0.05條件下，考察煅燒爐溫度對(duì)系統(tǒng)CO2捕集率及產(chǎn)品氣中CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響，結(jié)果見圖7。

圖7 煅燒爐溫度對(duì)系統(tǒng)CO2捕集率及產(chǎn)品氣中CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)

由圖7可見：當(dāng)溫度由900 ℃升至1 150 ℃時(shí)，系統(tǒng)CO2捕集率由72.4%升至75.1%；產(chǎn)品氣中CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)卻下降了0.3個(gè)百分點(diǎn)，因?yàn)镃aSO4分解產(chǎn)生SO2，降低產(chǎn)品氣中CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)。此外，CaSO4固體的分解也會(huì)提高整體的CO2捕集效率。

在碳化器溫度為625 ℃，補(bǔ)充流流量為1 400 kmol/h，排渣率為0.05條件下，考察煅燒爐溫度對(duì)系統(tǒng)內(nèi)固體和CaO固體循環(huán)量的影響，結(jié)果見圖8。

圖8 煅燒爐溫度對(duì)系統(tǒng)內(nèi)固體和CaO固體循環(huán)量的影響

由圖8可見：當(dāng)溫度上升時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)固體循環(huán)量和CaO固體循環(huán)量均呈上升趨勢，但是2條曲線的上升速率變化趨勢不同，當(dāng)溫度由900 ℃升至1 000 ℃時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)固體循環(huán)量增長明顯，而CaO固體循環(huán)量增長緩慢；當(dāng)碳化溫度由1 000 ℃升至1 150 ℃時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)固體循環(huán)量趨于穩(wěn)定為3 084 t/h；CaO固體循環(huán)量增長較快，由1 321 t/h增至1 371 t/h。這是由于溫度低于1 000 ℃時(shí)，CO2捕集率增長緩慢，表明CaO循環(huán)量也增長較慢，但由于補(bǔ)充流的引進(jìn)，系統(tǒng)內(nèi)的固體循環(huán)量上升較快；當(dāng)溫度高于1 000 ℃時(shí)，CO2捕集率增長迅速導(dǎo)致CaO循環(huán)量增長較快，此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)固體循環(huán)量卻趨于平穩(wěn)。固體循環(huán)量曲線與CaO固體循環(huán)曲線的差值為系統(tǒng)內(nèi)CaSO4固體流量。由圖6可見隨著溫度上升，系統(tǒng)內(nèi)CaSO4固體在高溫環(huán)境下被分解，導(dǎo)致CaSO4固體循環(huán)量下降，該結(jié)論與圖8結(jié)果一致。

在碳化器溫度為625 ℃，補(bǔ)充流流量為1 400 kmol/h，考察排渣率和煅燒爐溫度對(duì)系統(tǒng)余熱量的影響，結(jié)果見圖9。

由圖9可見：當(dāng)排渣率為0.05和0.06時(shí)，系統(tǒng)余熱量變化不明顯；而排渣率為0.07和0.08時(shí)，煅燒爐溫度上升明顯，系統(tǒng)余熱量下降較快。煅燒爐溫度上升時(shí)系統(tǒng)余熱量下降，因?yàn)闇囟壬仙龃罅颂蓟癄t負(fù)荷，煅燒段消耗更多熱量會(huì)導(dǎo)致余熱量下降。當(dāng)系統(tǒng)排渣率升高時(shí)，煅燒溫度隨之上升，吸收劑由于高溫?zé)Y(jié)而失活，系統(tǒng)內(nèi)的固體循環(huán)量隨之下降，導(dǎo)致碳化過程中CaO吸收劑量較少，進(jìn)而使系統(tǒng)余熱量下降較快。

圖9 排渣率和煅燒爐溫度對(duì)系統(tǒng)余熱量的影響

在碳化器溫度為625 ℃，補(bǔ)充流流量為1 400 kmol/h，排渣率為0.05的條件下，考察煅燒爐內(nèi)溫度對(duì)SO2捕集率的影響，結(jié)果見圖10。

圖10 煅燒爐溫度對(duì)系統(tǒng)SO2捕集率的影響

由圖10可見：隨著煅燒爐溫度由900 ℃升至1 050 ℃時(shí)，系統(tǒng)SO2捕集率升高速率較快，由84.0%上升至94.0%；當(dāng)煅燒爐溫度由1 050 ℃升至1 150 ℃時(shí)，系統(tǒng)SO2捕集率只上升了1個(gè)百分點(diǎn)，表明煅燒爐溫度的上升會(huì)提高系統(tǒng)SO2捕集率，但溫度過高對(duì)SO2捕集的促進(jìn)作用不大。由圖8可見隨著溫度上升，系統(tǒng)內(nèi)CaSO4流量會(huì)先增大后逐漸降低，因此，系統(tǒng)SO2捕集率也隨煅燒爐溫度先升高后基本穩(wěn)定。

綜合圖6～10，碳化器溫度為1 000 ℃時(shí)，CO2捕集率、SO2捕集率及系統(tǒng)余熱量可以得到較優(yōu)值，碳化器溫度選擇1 000 ℃。

3.3 補(bǔ)充流流量對(duì)系統(tǒng)的影響

在碳化器溫度為625 ℃，煅燒爐的溫度為1 000℃，排渣率為0.05的條件下，考察了補(bǔ)充流流量對(duì)碳化器CO2捕集率及系統(tǒng)CO2捕集率的影響，結(jié)果見圖11。

圖11 補(bǔ)充流流量對(duì)碳化器CO2捕集率及系統(tǒng)CO2捕集率的影響

由圖11可見：補(bǔ)充流提供新鮮CaCO3固體以補(bǔ)充失活的吸收劑和被排出系統(tǒng)外的固體，進(jìn)而影響CO2捕集率和SO2捕集率[17]。隨著補(bǔ)充流流量的增加，碳化器CO2捕集率由72.0%升至90.0%，系統(tǒng)CO2捕集率由66.0%升至81.0%，同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)的CaO固體循環(huán)量上升使更多CO2被捕集，碳化器CO2捕集率和系統(tǒng)CO2捕集率均提高。

在碳化器溫度為625 ℃，煅燒爐溫度為1 000℃，排渣率為0.05的條件下，考察補(bǔ)充流流量對(duì)出口煙氣CO2和產(chǎn)品氣中CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響，結(jié)果見圖12。

圖12 補(bǔ)充流流量對(duì)出口煙氣CO2和產(chǎn)品氣中CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

由圖12可見：當(dāng)補(bǔ)充流流量由1 360 kmol/h增至1 660 kmol/h時(shí)，出口煙氣CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈線性下降，由6.5%降至2.3%；當(dāng)補(bǔ)充流流量由1 360 kmol/h增至1 540 kmol/h時(shí)，產(chǎn)品氣中CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)上升速率較快，由99.7%升至99.9%；當(dāng)補(bǔ)充流流量大于1 540 kmol/h時(shí)，產(chǎn)品氣中CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本保持在99.9%左右，符合實(shí)際生產(chǎn)要求。

在碳化器溫度為625 ℃，煅燒爐溫度為1 000℃時(shí)，考察補(bǔ)充流流量和排渣率對(duì)CaO固體循環(huán)量的影響，結(jié)果見圖13。

圖13 補(bǔ)充流流量與排渣率對(duì)CaO固體循環(huán)量的影響

由圖13可見：當(dāng)補(bǔ)充流流量增大時(shí)，在考察的排渣率范圍內(nèi)，CaO固體循環(huán)量均呈上升趨勢。當(dāng)排渣率為0.05時(shí)，隨著補(bǔ)充流流量的增大，CaO循環(huán)量增長速率較大，由1 200 t/h上升至1 600 t/h。當(dāng)排渣率升高時(shí)，為保證系統(tǒng)的物料守恒，所需提供的補(bǔ)充流流量也隨之增大。

在碳化器溫度為625 ℃，煅燒爐溫度為1 000℃，排渣率為0.05的條件下，考察補(bǔ)充流流量對(duì)煅燒爐溫度和系統(tǒng)余熱量的影響，結(jié)果見圖14。

圖14 補(bǔ)充流流量對(duì)系統(tǒng)余熱量和煅燒爐溫度的影響

由圖14可見：當(dāng)補(bǔ)充流流量增大時(shí)，系統(tǒng)余熱量呈線性增長趨勢，由3 030 MW上升至3 076 MW，而煅燒爐溫度呈線性下降趨勢，由1 139 ℃下降至831 ℃。這主要是由于隨著補(bǔ)充流流量上升，系統(tǒng)內(nèi)吸收劑量增大，會(huì)加快碳化器反應(yīng)速率，碳化反應(yīng)為放熱反應(yīng)，因此系統(tǒng)余熱量增加。而吸收劑流量增大時(shí)，煅燒爐內(nèi)溫度不需要過高便可分解CaCO3固體，過高的溫度反而會(huì)對(duì)吸收劑造成損害，因此，煅燒爐溫度隨補(bǔ)充流流量的增長而下降。

4 結(jié)論

筆者利用Aspen Plus軟件對(duì)某超臨界電廠高溫鈣基間接加熱法CO2，SO2協(xié)同捕集進(jìn)行建模與模擬，針對(duì)影響系統(tǒng)捕集性能的主要參數(shù)：碳化器溫度、煅燒爐溫度、排渣率、補(bǔ)充流流量進(jìn)行了分析并優(yōu)化了工藝參數(shù)，得到以下結(jié)論。

1)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理設(shè)計(jì)了高溫鈣基間接加熱流程，建立Aspen Plus流程模型，初步設(shè)定系統(tǒng)操作參數(shù)，得到各節(jié)點(diǎn)的物流參數(shù)表，分析了影響系統(tǒng)的主要參數(shù)。

2)碳化器溫度和煅燒爐溫度均通過影響吸收劑的活性來影響系統(tǒng)的性能。補(bǔ)充流流量、排渣率和氣固分離效率則是通過改變系統(tǒng)內(nèi)固體循環(huán)量和CaO吸收劑的循環(huán)量來影響系統(tǒng)性能。

3)當(dāng)碳化器溫度為625 ℃，煅燒爐溫度為1 000℃，補(bǔ)充流流量為1 400 kmol/h，排渣率為0.05時(shí)，系統(tǒng)捕集率達(dá)到最優(yōu)。