通過設(shè)計(jì)基于火電廠余熱的固體吸附碳捕集工藝流程，進(jìn)行有效捕集并封存CO₂，實(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)利用，對實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”“碳中和”目標(biāo)具有重要意義。本項(xiàng)目以五彩灣發(fā)電有限責(zé)任公司提供的660 MW超超臨界火力發(fā)電機(jī)組作為研究對象，基于發(fā)電廠煙氣處理流程、具體數(shù)據(jù)、實(shí)際工況展開實(shí)證研究。通過三個(gè)子課題確定合適的二氧化碳吸附位點(diǎn)，選擇恰當(dāng)?shù)亩趸嘉絼瓿砂賴嵓?jí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，最終確定基于火電廠余熱利用的二氧化碳捕集優(yōu)化方案。

首先進(jìn)行火電廠煙氣排放流程及CO₂捕集工況優(yōu)化研究。深入了解煙氣發(fā)電煙氣排放的基本流程，通過對火電廠測試數(shù)據(jù)的分析確定煙氣的狀態(tài)參數(shù)，對煙氣排放路徑進(jìn)行建模，從而確定二氧化碳吸附的合適位點(diǎn)。其次進(jìn)行新型CO₂吸附材料的性能測試與模擬仿真研究。使用RASPA軟件對新型MOF材料進(jìn)行建模和性能分析，確定吸附劑的最佳溫度壓力條件，根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)擬合選擇合適的CO₂吸附劑。最后，進(jìn)行兩級(jí)CO₂吸附循環(huán)模擬仿真及設(shè)計(jì)優(yōu)化，收集CO₂吸附過程的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型并通過仿真軟件建立吸附塔的熱質(zhì)傳遞模型，完成百噸級(jí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化。

在實(shí)際數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上通過軟件Aspen Plus進(jìn)行煙氣凈化流程建模，并根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整模型參數(shù)。建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測二氧化碳吸附效率的模型對煙氣排放過程中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行預(yù)測和分析，判斷出二氧化碳吸附的最佳位置應(yīng)選擇在脫硫后。

使用RASPA 軟件采用分子模擬方法對幾種經(jīng)典的MOF材料進(jìn)行建模和性能分析，通過設(shè)定不同的溫度壓力參數(shù)，模擬出不同工況下的CO₂吸附性能，確定適合火電廠碳捕集的吸附劑的MOFs種類及其最佳溫度壓力條件。

在SOLIDWORKS軟件中完成套管式換熱器和管殼式換熱器的建模工作。基于工廠給定的換熱器數(shù)據(jù)，接著建立吸附塔的熱質(zhì)傳遞模型，最后完成兩級(jí)CO₂吸附聯(lián)合優(yōu)化，確定最佳的吸附單元結(jié)構(gòu)。