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水电技术|中小型循环流化床锅炉富氧-烟气再循环(O2/CO2)混合燃烧技术可行性探讨

放大字体  缩小字体 更新日期:2018-11-20  来源:建材之家  作者:水电之家  浏览次数:42
核心提示:摘要:目前O2/CO2混合富氧燃烧技术的专利近百,论文上千,在不同的角度上、论点上论证了它的可行性、可靠性、先进性。由于O2/CO2混合富氧燃烧有实验理论研究的支持,已逐步走向中试规模工业应用阶段,而且部分独立组件已实现商业化运行。在循环流化床上推广O2/CO2混合富氧燃烧技术方案是可行的,适合我国国情,可大范围推广应用。随着世界经济的发展和人口增长给环境的压力越来越大,各种环……
水电之家讯:目前O2/CO2混合富氧燃烧技术的专利近百,论文上千,在不同的角度上、论点上论证了它的可行性、可靠性、先进性。由于O2/CO2混合富氧燃烧有实验理论研究的支持,已逐步走向中试规模工业应用阶段,而且部分独立组件已实现商业化运行。在循环流化床上推广O2/CO2混合富氧燃烧技术方案是可行的,适合我国国情,可大范围推广应用。

随着世界经济的发展和人口增长给环境的压力越来越大,各种环境问题层出不穷,它们直接或间接地影响生态平衡,影响人类的生存与发展。当今人类面临着三大环境问题:温室效应、酸雨和臭氧层破坏。而这三大环境问题均与煤燃烧有关,燃煤产生的大量CO2、SO2和NO是引起上述问题的根本原因。因此,控制和减少燃煤过程中CO2、SO2和NO的排放己迫在眉睫。

CO2 是造成全球变暖的主要因素,国际社会已经对此形成共识, 世界上1 /3的CO2 是从电厂排放出来的。因此,面临一个很严峻的挑战就是如何从燃煤电厂中控制碳排放。由法国主办的此次气候变化大会全称是《联合国气候变化框架公约》第二十一次缔约方大会暨《京都议定书》第十一次缔约方大会,于2015年11月30日至12月11日在巴黎举行。中国政府在本次会议上承诺将于2030年左右使二氧化碳排放达到峰值并争取尽早实现,2030年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降60%—65%,非化石能源占一次能源消费比重达到20%左右。

一、前言

根据美国能源信息署预测,世界煤炭消耗量将从2004年的59亿短吨(54亿吨)增长到2030年的103亿短吨(93亿吨)。增幅将达74%,在此期间,中国和印度的煤炭消耗量将翻番,同期美国的煤炭消耗量将增长50%。中国目前的煤炭消费量约占能源消费总量的65%以上。随着经济的增长,煤炭需求量还会增加,要想达到节能减排治理雾霾天气,中国必须从科技手段入手解决。

02/CO2混合富氧燃烧技术又称空气分离/烟气再循环技术,富氧燃烧技术由Home和Steinburg于1981年提出,经美国阿贡国家实验室(ANL)的研究证明只需将常规锅炉进行改造就可以采用此技术。而常规化石燃料的燃烧装置中,燃烧过程都是以空气来助燃的,由于空气中含有大量的氮气(接近79%),因此,导致烟气中CO2的浓度较低(约为13%~16%),直接分离CO2需要消耗大量的能量,致使成本过高。如果能在燃烧过程中大幅度提高烟气中CO的浓度,使得烟气中CO的浓度达到无需分离就能回收,就能有效控制CO2的排放,所以在此背景下提出空气分离/烟气再循环技术。02/CO2混合富氧燃烧技术的原理如图1所示。


二、O2/CO2混合富氧燃烧技术的减排原理

国内外的研究成果表明富氧燃烧技术,目前有三种技术,分别是深冷空分技术、变压吸附制氧技术、膜法制氧技术。深冷空分技术始于1903年,高炉炼钢主要采用(深冷法)富氧喷煤技术,已有将近一个世纪的历史,综合节能效益非常显著。至今是钢铁厂标配的主流工艺技术,现建钢厂必建制氧车间。变压吸附制氧技术发明于1958年,上世纪70年代应用在燃烧领域。20世纪90年代我国把高炉富氧喷煤作为发展钢铁工业节能降耗的重点改造项目,在冶金行业推广使用。

实践表明,膜法制氧是成熟的技术,特别是对循环流化床锅炉需要大流量富氧空气,膜法制氧是最安全、投资量少,且安装简单,操作方便灵活,使用寿命长,维修费用低,为我国循环流化床锅炉应用膜法制氧开辟出一条全新的道路。

O2/CO2混合富氧燃烧技术能够同时实现SO2,NO,CO2等污染物的减排,是一种污染物综合排放低的环境友好型燃烧方式。该技术主要优越性在于:① 采用烟气再循环,以烟气中的CO2替代助燃空气中的氮气,与氧气一起参与燃烧,这样能使排烟中CO2体积分数大于95%,可直接回收CO2;② 与常规空气燃烧相比,SO2、NO排放量低;③ 烟气再循环使得燃烧装置的排烟量仅为传统方式1/4,从而大大减少排烟损失,由此锅炉热效率得以显著提高;④ 通过调整CO2的循环比例有可能实现燃烧、传热的优化设计。

三、O2/CO2混合富氧燃烧技术的应用现状

目前,国内外对富氧燃烧技术的研究主要集中在煤粉炉上。在对O2/CO2气氛下煤的燃烧特性、循环烟气下污染物的释放特性、O2/CO2混合富氧燃烧经济性和对锅炉热效率的影响等方面进行了研究。日本北海道工业研究所、荷兰Delft科技大学、波兰Czestochowa科技大学、加拿大Ottawa能源科技中心、芬兰Lappeenranta科技大学、美国ALSTOM 以及国内的浙江大学、华北电力学院等机构对流化床富氧燃烧技术进行了相关的研究,研究重点主要是流化床富氧燃烧的机理、NO和SO2的排放特性以及氧气浓度对循环流化床(CFB)锅炉设计的影响等,特别是华北电力学院在循环流化床在O2/CO2燃烧方式的研究结果表明NOx 的释放量比在常规空气气氛下燃烧减少1 /3,其中温度和氧气浓度以及烟气中的CO浓度对NOx 都有很大影响。图2为温度对NOx 产生的影响。

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