太陽能輔助的燃氣富氧燃燒脫碳發電系統的熱力性能研究

姜錦濤， 葉學民， 孔夢迪， 宋睿哲， 李春曦

(華北電力大學 河北省低碳高效發電技術重點實驗室， 河北保定 071003)

2021年10月，中國提出了包括節能降碳增效行動和工業領域碳達峰行動等在內的“碳達峰十大行動”，而作為在電網中充當調峰角色的燃氣聯合循環發電機組[1](GTCC)，其CO2的深度減排已刻不容緩。目前，GTCC機組減少CO2排放的常用技術包括燃燒后捕集、富氧燃燒捕集和煤氣化技術[2]。若采用富氧燃燒碳捕集方法，其燃燒產物單一，可實現對煙氣中CO2的直接捕集。但與常規燃氣發電機組相比，由于空氣分離裝置和煙氣壓縮純化裝置的使用，集成富氧燃燒碳捕集的燃氣機組會產生大量能耗和余熱損失，導致碳捕集發電機組經濟性降低[3]。研究表明，與無碳捕集裝置的常規空氣燃燒系統相比，富氧燃燒機組凈效率降低8%～13%[4-7]。因此，如何降低發電成本是富氧燃燒技術面臨的重大挑戰。

增加富氧燃燒系統后，燃氣機組的余熱鍋爐排煙溫度更高，這部分煙氣余熱若不加以利用，必將增大其排煙熱損失。同時，CO2多級壓縮過程也產生大量余熱[8-9]，如不回收利用，同樣將造成系統能量損失。為此，胡玥[9]和李博等[10]采用超臨界 CO2循環回收尾部煙氣熱量，前者使機組脫碳效率損失降低2.9%，后者使系統凈輸出功率增加9.54%。Maddahi等[11]采用有機朗肯循環(ORC)回收CO2壓縮中間冷卻器和空分裝置冷卻器的低溫熱源，可使發電成本降低2.35歐元/(MW·h)。Kurtulus等[8]和Farajollahi等[12]均采用ORC回收多級壓縮系統的低溫余熱，前者ORC系統的熱效率和效率分別達到17.2%和51.6%，后者可額外產生17.38 MW的功率。……