基于富氧燃烧的燃煤碳减排技术发展探讨

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1、第l0卷第2期2012年3月V0L．10N0．2Mar．2012基于富氧燃烧的燃煤碳减排技术发展探讨李延兵廖海燕张金升王慧芳(1申华国华(北京)电力研究院有限公司，北京，100025；2．中因神华能源股份有限公司国华电力分公司，北京，100025)摘要：富氧燃烧被认为是一种具有发展潜力的碳减排技术，是目前国内外研究的主要碳减排技术之一。富氧燃烧在燃烧特性、传热特性和污染物排放特性等方面与常规燃烧方式有许多差异。未来将加快富氧燃烧技术的研发步伐，围绕富氧燃烧锅炉本体及燃烧器技术、空分系统的合理配置和动态调节特性、烟气净化技术等展开研究。关键词：燃煤富氧燃烧发展现状中图分

2、类号：X8文献标识码：A文章编号：1674—8492(2012)02—087—05富氧燃烧是在现有电站锅炉系统基础上，用高下分别在燃烧特性、传热特性和污染物排放特性等纯度的0代替助燃空气。同时采用烟气循环调节炉方面加以介绍分析。膛内的介质流量和传热特性，可获得高达90％95％1．1燃烧特性体积浓度(干基)的富含CO的烟气，从而以较小的通常颗粒燃烧进展的快慢受可燃物的活性、燃代价压缩纯化后实现CO的永久封存，是实现大规烧热的释放及环境气氛热容等方面的影响。由于模CO富集和减排新型燃煤发电技术的主要研究方CO：气体本身的特性致使0／CO：气氛的密度、比向之一。其示意图如图

3、1所示。热、辐射特性及物质的传输较O／N：气氛下有显著的差别。在0／CO气氛下，燃烧呈现以下几个特点：①煤的着火点模糊和不稳定，挥发分析出及产物的扩散速率较0／N气氛下燃烧时有所降低，造成未燃尽碳含量增加，同时燃烧时间延长。②煤燃烧的火焰传播速度比相同0含量的0／N：气氛有明显的下降，且随气氛中0含量的增大而提高，这主要是由于CO：的高比热性所致。③0：／CO：气氛比相同O含量的0／N：气氛下的火焰温度低。总体来看，V净发电量———=，热量一一一一电力0／CO气氛较相同0含量的0：／N气氛的燃烧特性略差，通过减少循环烟气量、提高反应气氛中的图1富氧燃烧工艺流程示意图0

4、：含量，采用合理的燃烧配风技术等措施，可以改1富氧燃烧技术的特点善燃烧特性。其中提高0：浓度可以大幅度改善煤的富氧燃烧方式的主要特点是采用烟气再循环，燃烧过程，降低燃尽温度、缩短燃尽时间和提高炭的以烟气中的CO替代助燃空气中的N，与0一起参燃尽率，但过高的0浓度，将使得0／CO气氛燃煤与燃烧。这样可大幅度提高烟气中的CO浓度，便于电站的运行成本大大增加。CO：分离和处理，有效降低CO：向大气的排放，烟气1．2传热特性量大为减少(仅为原来的20％～30％)，从而大大减与常规空气煤粉燃烧相比，0／CO燃煤系统产少排烟热损失，锅炉的运行效率可提高2％～3％。该生的烟气成分(

5、主要成分是CO、0、H：0)不同，导致燃烧方式还具有降低SOx、NOx生成的效能，可形成其热量传递发生很大变化，主要影响表现在两个方一种污染物综合排放低的“无烟囱”的环境友好发电面：辐射换热特性和气体热容量。方式。炉内热传递主要来自于辐射传热，主要包括：富氧燃烧与常规燃烧两种方式有许多差异，以①三原子气体辐射。②火焰中灰粒、焦炭粒子的辐。88。李延兵等：基于富氧燃烧的燃煤碳减排技术发展探讨第2期射。③炭黑粒子的辐射。富氧燃烧的主要产物是CO统保持较高的直接脱硫效率。和H0，其辐射发射率明显要高于双原子气体N。1．3．2NOx有研究表明，在相同的平均烟气温度下，0：含量

6、占与常规空气燃烧相比，煤在0／CO气氛中燃烧27％时富氧燃烧火焰温度及烟气浓度都和在空气时NOx的排放量要小，是常规空气燃烧的25％。主要中燃烧非常相似，但总的烟气辐射发射率将增加原因是：燃烧过程中没有N：参与，无法生成热力性20％～30％。因此，在0／CO燃烧系统中炉膛的换NOx。0／CO气氛下高浓度的CO，会与煤或煤焦发热会明显增强，炉膛出口烟气温度下降。对于对生还原反应生成大量的CO，在煤焦表面发生流受热面，CO：和H0较N具有更高的热容量，导NO／CO／Char的反应，促进了NO的降解。NOx排放浓致对流受热面换热增加，但由于炉膛出口烟气温度随着0：浓度、温度

7、的增大而增大，这一点与常规燃度下降和烟气流量的减少，对其换热又有消极的烧方式中NOx排放规律是一致的。有研究发现，在炉作用。因此，0／CO燃烧锅炉辐射和对流受热面，内喷钙脱硫的情况下，CO气氛不仅有利于提高脱硫应根据传热特性进行优化设计，以保证锅炉高效效率，还能有效降低NOx排放，这种SO、NOx的协同率运行。去除机制有待深入研究。1．3污染物排放特性1．4锅炉设计1．3．1SO2由于0：／CO燃烧技术炉内火焰特征、燃烧产物目前关于0：／CO气氛下s0：排放特性的研究，以及换热情况与常规煤粉炉有较大差别，锅炉结构主要集中在SO释放规律、石灰石脱硫机理