通过清洁能源辅助碳捕集的方式，逐步增加新能源比重同时实现化石能源的清洁利用是目前可接受的方案之一。相较于单一的光热利用辅助碳捕集，光伏发电作为发展更快的太阳能利用方式，其发电占比正稳步上升。光伏余热在质和量上都具有满足吸收剂再生能耗的潜力，为太阳能直接辅助碳捕集提供了新的思路。

　　南京师范大学赵传文教授提出聚光光伏-余热辅助胺法脱碳的光伏光热综合利用方式，相较于单一的光热利用，该系统将太阳能转化为了更高品位的电，同时对于余热进行了更品位对口地利用。并针对该系统建立了聚光光伏-余热辅助胺法脱碳的能量转化模型，研究了关键参数对光伏发电及碳捕集性能的影响规律，并针对典型改造案例，分析了新系统的优劣。

　　为应对全球变暖问题，对现有燃煤电站进行碳捕集改造以及大力发展清洁能源势在必行。化学吸收法在碳捕集技术中发展最为成熟，但其再生能耗极高严重影响了燃煤电站自身的发电效率，因此有学者提出通过清洁能源辅助碳捕集的利用方式，其中光热辅助碳捕集应用最为广泛，但该利用方式未发挥单一光热的利用潜力。通过利用聚光光伏发电过程中产生的大量低品位废热辅助碳捕集可以提高光伏系统效率同时对低品位废热进行了有效利用。基于此构思了聚光光伏-光伏余热直接辅助碳捕集的新系统，建立了聚光砷化镓-余热辅助胺法脱碳的能量转化模型，验证了聚光光伏余热在质和量上都具有直接辅助胺法脱碳的潜力，依据热耗灵敏度分析优化了胺法脱碳系统关键参数，其最低热耗可达3.7 GJ/t，分析了电池工作温度及辐照强度对系统碳捕集性能以及光电效率的影响规律，确定了电池最优工作温度为140 ℃。将新系统集成于典型600 MW燃煤电站，并与参比系统比较可得：相较于单一燃煤碳捕集，电站发电效率提升6.01个百分点，同时增加光伏发电185.2 MW；相较于单一光伏发电，光伏发电量降低15.79 MW，但占接收太阳能60%的余热得到了有效利用，可实现CO2捕集461.75 t/h。新系统在典型日的光伏日均发电为61.8 MW，日均碳捕集量为155.6 t/h，为实现年碳捕集保证率达80%以上，需要约4 km2以上的聚光面积。新系统利用光伏余热代替了原本从电站低压缸抽汽，消除了碳捕集对电站的能源惩罚，同时将高品位的太阳能转化为电，并对低品位的光伏余热进行对口利用。系统最终实现了太阳能的高效利用以及化石能源的并行清洁利用。

　　聚光光伏-余热辅助胺法脱碳系统主要由聚光光伏-余热和胺法脱碳两部分组成，聚光光伏-余热部分由聚光砷化镓电池、菲涅尔聚光装置、光伏余热收集装置组成。胺法脱碳部分的主要流程为：燃煤电站排烟，经预处理单元进入吸收塔，脱碳烟气经水洗排入大气，吸收饱和的溶剂经解吸塔再生，释放CO

　　聚光光伏发电效率可达30%以上，光伏余热约占太阳能的60%，太阳能的利用率可达84%以上。

　　本研究中，使用Aspen Plus软件对胺法脱碳进行模拟分析，采用ELECNRTL物性方程模拟电解质溶液，气相物性数据通过Redlich-Kwong静态方程计算，采用RateFrac单元操作模型模拟气液传热传质，是一个基于流率的非平衡模型，不仅涉及平衡反应同时涉及动力学反应过程，比传统平衡模型(RadFrac)更准确。反应塔选择填料式，相较于板式塔具有流体阻力小、设备结构简单、易实现防腐措施等优点。单元操作块规格具体参数参考奥斯汀德克萨斯大学奥斯汀分校2006年试验工厂的运行数据。

　　的标准捕获流程一般为：在脱碳前，为防止其他酸性气体与MEA发生竞争反应，需对烟气进行预处理，脱除烟气中的SO2、NOx。同时脱除飞灰颗粒物防止其在吸收塔内起泡，影响吸收剂的再生性能。此外，由于CO2的吸收反应是放热反应，适当降低烟气温度可以提高CO2的吸收效果。1.3.3

　　分离单元中，经过预处理后的40 ℃左右烟气从吸收塔底部进入，与吸收塔顶部喷淋的单乙醇胺水溶液逆向接触，溶剂与CO2迅速发生反应生成较稳定的氨基甲酸盐，使CO2脱除，脱除CO2后的烟气经水洗后排入大气。富含氨基甲酸盐的溶剂(富液)通过富液泵进入解吸塔顶部，在100～130 ℃逆流再沸解吸塔中进行再生。塔顶的CO2和大量蒸汽通过凝汽器冷却后进入分流装置，冷凝水回流至解吸塔，纯度98%的CO2产品压缩封存用于其他用途。贫液从塔底流出，通过热交换器将进入解吸塔前的富液进行预热，同时降低自身的温度，再通过冷却器进一步降温回到吸收塔塔顶进行再次循环。另外，补充物流是弥补循环过程中损失的MEA和H2O。1.3.4 再生热耗分析

　　reb包含3部分：解析CO2反应所吸收的热量Qrea，富液升温时所需的显热Qsen，解吸塔再生气带走的热量即出水蒸汽的潜热Qstr。利用软件对胺法脱碳的模拟计算主要是针对解吸塔的热耗，通过工况参数对热耗影响的灵敏度分析，从而确定合适的工况条件。解吸塔压力从150 kPa增加到200 kPa时，热耗降低了约6%。因为再生反应为吸热反应，解吸塔压力越高，对应的沸点越高，而适当升温有利于反应的进行。不过，温度过高还会导致反应物的降级和腐蚀。

　　MEA质量分数越高，溶液的循环量减少，反应吸收热及再生气所携带出的热量不变，而显热逐渐降低，从而导致再生所需能耗降低，但质量分数增加到35%以上，增幅趋于平缓，过高的质量分数会加重设备腐蚀，一般上限为30%。

　　脱除率，一方面需要更多的溶剂循环流量，另一方面意味着从富液中尽可能多地解析出CO2，其显热和反应吸收热均会增加，从而导致热耗显著上升。脱除率从70%增加到90%时，热耗提高了约12.6%，且增幅逐渐增大，为满足工艺需求，一般脱除率不低于80%。脱除率为90%，热耗约为3.98 GJ/t，与Esbjerg试验项目脱除率89%时能耗4 GJ/t相近，验证了模型的准确性。

　　2脱除率为85%时，贫液负载率越高，意味着再生程度越低，所需贫液循环流量越高，显热增加。但负载率过低时，需将富液中CO2尽可能解析，再生能耗也会上升。因此，随着贫液负载率的提高，热耗先降低后增加，通过模拟可得，最佳贫液负载率(CO2/MEA)在0.23 mol/mol附近，此时达到热耗最低为3.7 GJ/t。

　　、聚光比为200，当光伏电池工作温度从65 ℃上升到185 ℃，余热㶲与光伏发电量之和呈上升趋势，但增幅不断减小，发电效率降低约3个百分点，且工作温度越高对电池的其他影响诸如迁移率、寿命等尚未考虑在内。因此，即使是聚光砷化镓电池，其工作温度也不宜过高。一般解吸塔再沸器中传热介质与富液换热的最小节点温差为5 ℃，根据Aspen Plus模拟结果，再沸器出口贫液温度为122 ℃，按照传热温差为5 ℃计算，传热介质侧温度为127 ℃。光伏余热集热器的进出口温度分别规定为122、132 ℃，由此光伏电池工作温度在137 ℃左右为宜。

　　2降至500 W/m2时，介质温度降低约2 ℃。如果严格按照再沸器的传热温差，将无法满足再生热耗的品位需求，因此，为保证再生反应率，设计温度应适当提高以应对辐照波动情况，当设计温度为140 ℃，根据计算可以满足要求。

　　本研究选取典型600 MW亚临界燃煤电站作为改造对象，集成聚光光伏-余热辅助胺法脱碳系统，计算新系统的发电性能及碳捕集性能的变化。与单一燃煤碳捕集以及单一聚光光伏电站进行比较。由碳捕集单元可知，电站碳排放量为543.24 t/h，所需热耗为：单位捕集热耗(3.7 GJ/t)×电站碳排放量(543.24 t/h)×脱除率(85%)=捕集总热耗(474.58 MW)。此外辅助脱碳系统若包括压缩液化其电力成本高达217 kWh/t，经计算为满足新系统碳捕集需求，电耗达100 MW。依据2.1节分析，设计辐照为800 W/m

　　，聚光比为200，电池设计工作温度为140 ℃，如果捕集电站的全部碳排放，所需聚光集热面积为0.985 km2。需说明的是，为保证单一光伏发电系统性能最优，电池工作温度为环境温度。单一燃煤碳捕集通过电站低压缸抽汽供能，其对电站出功的影响依据弗留格尔公式以及汽轮机相对内效率-流量关系进行计算。与参比系统对比，集成系统总发电量可达685.2 MW，相较于单一燃煤碳捕集，在保证电站效率稳定的同时，增加光伏发电185.2 MW，同时可借助光伏发电量满足新系统脱碳电耗，进一步降低了对电站出功的影响。相较于单一光伏系统，由于电池负温度效应，电池温度越高光电效率越低，光伏发电量尽管降低了15.79 MW，但占接收太阳能60%的余热得到了品位对口地利用，新系统可以实现CO

　　捕集461.75 t/h。新系统的制约因素之一是占地面积过大，因此新系统更适合选址开阔的在建电站、坑口电站以及对现有光电-煤互补电站改造等。

　　在实际运行中，由于辐照强度的波动性，对新系统在典型日的性能进行评估，地区选址为宁夏银川，经度为38.48°N，纬度为106.22°E，海拔为1 111.4 m，典型日选取为7月19日，气象数据来源于美国NREL实验室开发的SAM软件数据库。可知仅在7：00～19：00辐照强度大于0，其峰值为902 W/m

　　2，日辐照平均值为271.4 W/m2，典型日的系统光伏发电功率、碳捕集量变化与辐照强度变化同步。新系统的光伏日平均发电量为61.8 MW，日平均碳捕集量为155.6 t/h。为保证系统在夜间正常运行，需配备相应的储能系统。

　　2，规定碳捕集保证率为实际碳捕集量与设计点工况即461.75 t/h的比值，可以看到聚光面积每增加1 km2，碳捕集保证率上升19.6百分点，如需实现碳捕集保证率达80%以上，需要约4 km2以上的聚光面积。此外，为保证系统在无太阳辐射期间捕集电站约80%的碳排放，需配备较大的储罐容量。

　　。从燃煤侧考虑，通过利用光伏余热代替电站抽汽，消除了碳捕集对电站的能源惩罚。从太阳能侧考虑，将高品位的太阳能转化为电，并对低品位的光伏余热进行对口利用。相较于传统光煤互补电站，新系统实现了太阳能的高效利用以及化石能源的并行清洁利用。

　　本研究以太阳能直接辅助碳捕集利用方式为对象，建立了聚光光伏-余热辅助胺法脱碳的新系统，通过对其能量转化模型的建立和分析，傲世皇朝手机app怎么安装，验证了聚光光伏余热在质和量上都具有辅助胺法脱碳的潜力，并探究了光伏电池工作温度及辐照强度对碳捕集性能以及光电效率的影响规律。通过对典型600 MW亚临界燃煤电站进行改造，与参比系统比较阐释了新系统的优越性，并对新系统在典型日及全年的运行性能进行了评估，具体结论如下：

　　其对应的最低再生热耗为3.7 GJ/t。2）综合考虑辐照变动以及对光伏发电、碳捕集性能的影响，确定

　　聚光光伏-余热辅助胺法脱碳系统的电池最优工作温度为140 ℃。3）新系统相较于单一燃煤碳捕集系统，电站发电效率提升6.01个百分点，同时增加光伏发电185.2 MW；与单一光伏发电系统比较，

　　光伏发电量虽降低15.79 MW，但可实现CO2捕集461.75 t/h。4）新系统在典型日的光伏日均发电为61.8 MW，日均碳捕集量为155.6 t/h，

　　邢晨健,,赵传文.燃煤电站与光伏余热辅助胺法脱碳系统集成[J].洁净煤技术，2021,27(2):170-179.