近年来,气候变化成为公众关注的焦点问题。联合国政府间气候变化专门委员会2018年发布《IPCC全球升温1.5 特别报告》表明人类活动带来的温室气体大量排放已经造成了全球气温较工业革命之前上升约1 ,若不加控制全球平均气温将在2030 —2052年提高1.5 ,这将给全球生态系统带来不可逆的重大影响[1]。在温室气体中CO2占比高达60%,因此进行CO2减排是控制温室效应最有效的手段,碳捕集、利用与封存（CCUS）技术是实现CO2减排的主要途径。CO2主要来自化石燃料的燃烧,当前全球85%的能源需要由化石燃料提供[2]。我国随着工业化进展的加快,已经超越美国成为全球碳排放第一大国。2019年全球碳排放401亿t,我国碳排放量超过100亿t,中电联《中国煤电清洁发展报告》（2016）指出我国电力行业碳排放占全国能源消耗产生碳排放总量的40%左右,全国单位火电碳排放强度约为822 g/（kW·h）[3]。2020年9月在第75届联合国大会一般性辩论上,我国提出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”。“双碳”目标的提出对电力行业碳减排提出了更高的要求,这将导致我国能源结构的大幅调整。目前煤炭约占我国能源消费的58%,研究表明到2050年化石能源占比将下降至10%~15%,CCUS将是目前实现该部分化石能源净零排放的唯一技术选择,是碳中和目标下保持电力系统灵活性的主要手段[4,5]。

当前碳捕集技术总体仍处于研发和示范阶段,主要问题是投资和运行成本过高,长期地质封存的安全性和可靠性有待验证等。欧美等发达国家率先进行了CCUS技术研究,尤其是美国和加拿大已尝试开展大型CCUS工程示范[6]。我国碳捕集技术研究起步虽晚但进展较快,目前已建成十几个小规模碳捕集示范工程,多属于石化、化工和建材行业,发电行业较少[7]。

由于煤电机组排烟体积流量大、烟气中二氧化碳分压低、烟气成分复杂等原因,其碳捕集难度大、成本高[8]。目前,限制煤电机组碳捕集大规模应用的关键因素是其高昂的投资和运行成本[9]。本文针对燃煤电厂排烟,开展了万吨级碳捕集示范工程设计及运行优化研究,以尽量降低其投资和运行费用。