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随着全球气候变暖,海平面不断上升,沙漠化日趋严重,温室效应、温室气体的排放已成为全球关注的热点。全球气候变暖给人类带来的将会是毁灭性的灾难。以高消耗换来经济数量上的增长以及“先污染后治理”的陈旧发展模式已经不再适合现今和将来发展的需要,人类必须努力找到一条社会、经济、人口、环境及资源互相协调的和谐发展模式,既能满足当代人的需求而且不会对后代子孙造成危机的可持续发展方式。中国作为世界上仅次于美国的第二大温室气体排放国,减排工作的压力将会越来越大。火电厂作为CO2的主要排放单位之一,其CO2排放量约占人类活动引起的CO2排放总量的30%。因此,为了实现CO2的减排目标,有必要对火电厂采取有效的治理措施。研究火电厂CO2的排放情况,同时提出技术经济可行的减排方案,能有效的减少CO2的排放量。
本文通过收集查阅大量文献资料,归纳总结了目前世界上主要研究的减排方法有:化学吸收法、物理吸收法、吸附分离法、膜分离法、膜吸收法、低温蒸馏法、富氧燃烧技术、电化学法和CO2固定技术等。通过对这些减排方法的技术经济性比较,最终,本文选取了技术较成熟,工艺较简单,成本较低的化学吸收法和膜吸收法两种方法作为对我国黄石西塞山火电厂CO2减排研究的方案。研究结果如下:
(1)国际能源署温室气体研究和开发计划组织(GHGR&D)曾组织全球许多科研机构共同对4种目前的典型电力生产系统:燃气联合循环电厂(NGCC)、亚(超)临界煤粉锅炉电厂、整体煤气化联合循环电厂(IGCC)和采用O2/CO2技术的煤粉燃烧电厂,运用不同的分离回收CO2技术,对各电厂的烟气中的CO2进行分离回收和效果分析,得到结果如下:对电厂发电效率影响最小的是膜分离回收法,但是分离CO2的所需成本较大,发电成本也较高,造成电力生产成本约增加了59%,另外,膜吸收法和化学吸收法相比膜分离法虽然使火电厂发电效率有所降低,但此两种方法却可以降低发电成本,使电力生产成本约增加53%左右,低于膜分离法。化学吸收法分离CO2的成本最低,仅为35$/tCO2,膜吸收法分离CO2的成本约为45$/tCO2,均比膜分离法成本低,且两者工艺较简单,因此从各方面分析,膜吸收法和化学吸收法更有优越性,本文选取这两种方法作为我国黄石西塞山火电厂CO2减排研究的方案。
(2)通过对黄石西塞山火电厂工程分析的研究可知,电厂一期工程主要设备为2×330MW国产亚临界燃煤汽轮发电机组,年耗煤量约为165.33×104t/a,电厂二期工程主要设备为2×600MW国产超临界参数机组,年耗煤量约为261.254×104t/a。根据工程分析,本文确定了电厂一期工程和二期工程以及全部工程完成后全厂在未减排情况下CO2年排放量。结果如下:一期工程年排放量约为293.45×104t/a,二期工程CO2年排放量约为495.68×104t/a,当一、二期工程全部完工投入使用后全厂年排放CO2量约为789.13×104t/a。
(3)本文应用化学吸收法对黄石西塞山火电厂进行减排,减排效果显著。经化学吸收法减排后,电厂一期工程年排放量降低至约23.77×104t/a,二期工程年排放约为40.15×104t/a,当全部工程投入使用后,全厂年排放量降低至约63.92×104t/a。
(4)本文应用膜吸收法对黄石西塞山火电厂进行减排,减排效果也十分明显明显。经膜吸收法减排后火电厂一期工程年排放CO2量约为2.35×104t/a,二期工程年排放量约为3.97×104t/a,全厂年排放量降低至约6.31×104t/a。
通过本文分析研究可知,化学吸收法和膜吸收法均能有效的减少火电厂CO2的排放量,化学吸收法能达到90%以上的减排效果,膜吸收法更能达到99%以上。但是膜吸收法运营成本比化学吸收法高约1.3倍,因此成为此方法推广使用的制约因素。总之这两种减排方法均可以成为我国减排工作的一项重要手段。化学吸收法和膜吸收法如能加以改进并降低使用成本,再推广利用,将会为人类应对温室效应做出巨大贡献。