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1、环境保护第39卷第10期中国电力Vol.39,No.10第210006期年10月E郑LECT瑛R等IC:P燃OW煤ERCO2减排技术Oct.2006燃煤CO2减排技术郑瑛,池保华,王保文,郑楚光(华中科技大学煤燃烧国家重点实验室,湖北武汉430074)摘要:燃煤CO2等温室气体的大量排放是造成全球气候变暖的一个重要原因。阐述了我国CO2的排放状况,概括了减少燃煤CO2排放的3种途径:提高能源效率、改革传统的煤炭燃烧利用方式、烟气中CO2的捕获与储存。综述了国际社会减排CO2的努力以及各国新一代的洁净煤技术计划。着重
2、介绍了几种燃煤CO2减排的新技术,包括CaO碳酸化-煅烧循环的CO2分离(CCR)技术、O2/CO2循环燃烧技术及化学链燃烧(CLC)技术。比较了CaO碳酸化-煅烧循环的CO2分离技术与使用MEA的吸收技术的经济性。提出了一类用于化学链燃烧的新型非金属氧载体,给出了这些氧载体在与不同气体燃料组成的反应系统的热力学以及动力学特性的一些初步结论。关键词:CO2减排技术;CCR技术;O2/CO2循环燃烧技术;CLC技术;新型氧载体中图分类号:X51文献标识码:A文章编号:1004-9649(2006)10-0091-04
3、0引言地球气候正经历一次以全球变暖为主要特征的显著变化。我国气候变化趋势与全球基本一致。近百年来,我国的平均气温上升了0.4~0.5℃,以冬季和西北、华北、东北地区最为明显。据预测,未来50~100a,全球和我国气候将继续向变暖的方向发展。气候变暖已对全球的生态系统以及社会经济产生明显影响,并将继续造成长远而巨大的影响。研究表明,近50a的气候变暖主要是由人类使用化石燃料排放的大量CO等温室气体的增温效应造成的[1,2]。2而在化石燃料中,煤炭由于其储量丰富、价格低廉、分布广泛,而使之在全世界的能源结构中都占有重要
4、地位,在我国更是如此。控制煤炭利用中温室气体CO2的排放对保护人类赖以生存的地球环境,对国民经济的发展都具有重要意义。我国总的CO2排放量中绝大部分是固体燃料的燃烧所排放的。图1a)给出了我国在1949—2000年,固体、液体和气体燃料的燃烧以及水泥制造过程中释放的CO量[1];图1b)为我国各经济部门释放2图1我国CO2的释放状况的CO2比重。可以看到,电力、热能以及其他能源生Fig.1PresentsituationofCO2emissioninChina产释放的CO2所占的比例最大。同时,与交通运输行业不同,
5、这些都是固定的释放源,更有利于CO2为了减少燃煤CO2的释放,世界各国都提出了减排技术的实施。因此,减排CO2的计划燃煤电厂自己新一代的洁净煤技术计划。包括:美国的Fu-必将首当其冲。tureGen计划,欧盟的Hypogen计划,日本的EAGLE收稿日期:2006-04-29;修回日期:2006-06-14基金项目:国家自然科学基金资助项目(50376016)作者简介:郑瑛(1967-),男,湖北天门人,副教授,从事洁净煤技术研究。E-mail:zhengying@mail.hust.edu.cn91环境保护中国电
6、力第39卷计划,澳大利亚的Coal21国家行动计划,加拿大的O2或H2O蒸气,任何依赖于高系统压力和/或低温清洁动力联盟,由美国、中国等17个国家和欧盟组以增加吸附/吸收效率的工艺都需要压缩或/和冷却成的致力于CO2捕捉与隔离技术的碳隔离领导联整个烟气流,这种技术运行费用高。相反,该技术可盟,美国/加拿大的ZECA联盟,欧盟的AD700动力在烟气温度和压力下提供较高的吸收利用,然后,冷计划等。却、压缩以及液化过程都能较经济地用于相对纯的这些计划从以下3个方面来减少CO2的排放:CO2气流,这仅仅是整个烟气量的一小部
7、分。(1)提高能源效率。如超(超)临界燃煤锅炉机组,联(2)该技术用于CO2分离的材料具有较高的吸合循环机组等。效率的提高可使生产单位电力所需收容量。吸收/吸附剂的吸收容量(CO2的量以g为单的燃料减少,从而减少CO2的排放量。(2)改革传统位、吸收/吸附剂量以kg表示,其比值为吸收容量)的煤炭燃烧利用方式。新型的O2/CO2循环燃烧技决定要求的材料量,在理想条件下,甲基乙醇胺术、基于循环氧载体的链式燃烧技术、煤气化制氢技(MEA)的吸收容量为60,硅胶的吸收容量为13.2,术等。(3)烟气中CO2的捕获与储存即碳
8、隔离。本文活性炭的吸收容量为88,而基于CaO碳化煅烧循环针对上述计划的后2个方面,介绍了一种高温捕捉的技术假定,CaO在重复利用过程中转化率为烟气中CO2的技术,阐述了这种技术的特点,并与使50%,则1kgCaO可捕捉393gCO2。因此,采用该技用甲基乙醇胺(MEA)为吸收剂的低温CO2分离技术将要求较少的吸收剂用量,从而使反应器尺寸减术进行了比较。同时
