工业革命以来,人类的生产活动排放了大量的温室气体,引发了全球气候变暖等一系列生态问题。作为能源消耗大国,中国也应该承担起相应的减排责任。然而,中国目前的能源结构导致其无法在短期内通过降低化石能源在能源消费中的比重来减少CO₂的排放量。因此,利用二氧化碳捕集与封存技术改造已有燃煤电厂实现CO₂捕集是更为行之有效的办法。在众多捕集技术中,基于钠基固体吸附剂脱除CO₂的技术因吸附剂价格低廉、来源广泛、无二次污染、与现有燃煤电厂兼容性好等优势成为研究热点之一。然而,目前的研究中缺乏该技术应用于燃煤电厂后对电厂效率的影响分析,阻碍了该技术的工业化应用与发展。基于此,本文借助Aspen Plus模拟软件,通过对钠基吸附剂脱碳过程的能耗分析提出相应的优化方案,并比较计算了各方案下系统的性能。具体的研究内容和主要成果如下:在Aspen Plus中搭建了某300MW燃煤机组和钠基固体吸附剂脱碳系统模型。在分析了脱碳系统的能耗分布后发现,由于再生过程需要的反应热和升温热,脱碳系统的能耗达7.23GJ/tCO₂,高于常规湿法脱碳技术,后者能耗一般为3.8-4.2 GJ/tCO₂。系统?分析结果显示:再生后的吸附剂冷却过程放出的热量和碳酸化反应放出的热量占整个子系统?损失的近40%,具有极大的优化空间;再生床出口的吸附剂和再生气体混合物冷却时被放出的热量品质较高,易于回收;碳酸化反应放出的热量品质很低,这部分余热很难被利用。基于能耗分析和?分析结果,采取适宜的内部优化措施。具体为将再生床出口的吸附剂冷却过程放出的热量用于预热碳酸化反应器出口的吸附剂,并利用再生气体取代四级低压加热器加热电厂凝结水。模拟结果显示,优化整合后的机组碳捕集综合能耗降低至4.04 GJ/tCO₂,相应电厂净效率降低了15.87%。研究发现,综合能耗受碳酸化反应温度和再生反应温度的影响较小,而受吸附剂中Na₂CO₃负载量的影响较大。结合相关实验研究,认为30wt%-40wt%的Na₂CO₃负载量既能实现较高的CO₂吸附容量,又能控制脱碳系统的能耗在可接受的范围。热电联产领域中吸收式换热技术的成功应用使得供热时期热网的回水温度可被降至接近25℃的水平,这为系统低品位余热的大规模利用提供了可能。为实现对脱碳系统综合能耗的进一步降低,在带CO₂捕集系统的燃煤电厂中引入吸收式热泵和供热机组,提出了一种新的碳捕集/供热双机组系统。针对不同的条件,讨论了三种不同的系统工况（case A、B、C）做对比。性能分析结果表明,第三种系统（case C）对应的工况能够将脱碳系统的综合能耗降低至1.08 GJ/tCO₂,同时整个系统的燃料利用效率可达67.62%,系统经济效益显著。在引入供热机组并采用低温热网回水回收系统余热的基础上,提出一种脱离吸收式热泵的新系统。在该系统中,将两个机组的抽汽量通过先混合后重新分配的方式,进一步简化了系统的流程和结构布置。热力性能分析结果显示,由于缺少吸收式热泵提取余热,该系统中碳捕集综合能耗为1.14 GJ/tCO₂,略高于上述case C中的系统。进一步的研究发现,在保持双机组系统抽汽量不变的前提下,其综合能耗受碳酸化反应温度和热网回水温度的影响较大。改变机组抽汽量研究碳酸化反应热的利用率对系统性能的影响,结果发现碳酸化反应余热利用率的提高虽然降低了碳捕集综合能耗,但整个系统的?效率也因为换热过程?损失的增加而出现降低。