加壓富氧條件下煤粉燃燒燃盡特性及CO2分離流程研究

近年來，煤粉的富氧燃燒技術越來越受到國內外學者的關注。燃煤電站采用富氧燃燒技術后，煙氣中CO2的濃度可以達到90%以上，可直接進行壓縮固定，因此，富氧燃燒技術被認為是目前最有希望實現(xiàn)火電站CO2近零排放的技術之一。但是，現(xiàn)有的富氧燃燒技術空分系統(tǒng)和煙氣壓縮系統(tǒng)均在高壓下進行，而富氧燃燒系統(tǒng)在常壓下進行，必然會造成系統(tǒng)能量損失，經(jīng)濟性不高。加壓富氧燃燒技術是在富氧燃燒技術的基礎上提出的，一方面，由于高壓下水蒸氣的凝結溫度升高，從煙氣中回收的潛熱可以用來凝結換熱，降低了再熱系統(tǒng)的熱負荷，從而可以部分彌補系統(tǒng)高壓運行損失的循環(huán)效率；另一方面，由于加壓富氧燃燒運行壓力較高，在煙氣壓縮環(huán)節(jié)只需較低的能耗便可實現(xiàn)CO2的液化。國內外相關研究表明，煤粉加壓富氧燃燒系統(tǒng)相對常壓系統(tǒng)具有更高的循環(huán)效率。本項目采用基礎理論、數(shù)值模擬和具體試驗相結合的方法，深入研究加壓富氧條件下煤粉的燃燒燃盡特性以及煙氣中的CO2分離與壓縮流程?；A理論方面，基于K分布模型，對富氧氣氛下的輻射換熱進行了研究，構建了包括CO2、H2O和CO 三種氣體的全光譜數(shù)據(jù)庫模型。數(shù)值模擬方面，利用ASPEN PLUS 軟件，對煤粉加壓富氧燃燒系統(tǒng)進行了全流程模擬，包括不同壓力條件下的煙氣成分以及各個系統(tǒng)的能耗分析。實驗方面，應用固定床實驗臺，分析了不同壓力條件下，煤粉富氧燃燒的煙氣成分；利用高壓TGA設備，研究了0.1MPa、1 MPa、2 MPa、3 MPa、4 MPa、5 MPa六種工況下煤粉的燃燒燃盡特性，包括著火溫度、燃盡溫度以及綜合燃燒指數(shù)等。結果顯示，隨著壓力的升高，有利于煤粉的燃燒與燃盡，3 MPa時煤粉的綜合燃燒指數(shù)達到最大值，而過高的壓力反而不利于煤粉的著火與燃盡。通過以上研究成果，可以進一步完善煤粉加壓富氧燃燒課題的研究，為煤炭資源的低碳利用提供新的方法與路徑。

加壓富氧燃燒技術是在常壓富氧燃燒技術的基礎上提出的一種新型富氧燃燒技術。與常壓富氧燃燒技術相比，加壓富氧燃燒技術既避免了系統(tǒng)內壓力大幅度變化而導致的損失，也大大提高了煙氣中水蒸氣的凝結溫度，使得從鍋爐排煙中回收水蒸氣的氣化潛熱成為可能，鍋爐效率可提高約3-4個百分點，具有很好的經(jīng)濟性和應用前景。本項目主要通過理論分析及數(shù)值模擬手段，結合在熱重分析儀及小型加壓富氧燃燒實驗系統(tǒng)中的實驗研究，探索煤粉在不同壓力、不同O2/CO2比例氣氛下，煤粉的熱解、燃燒、燃盡特性與主要污染物SO2及NOx的生成排放特性，在此基礎上定量分析典型電站鍋爐爐內煤粉加壓富氧燃燒的輻射和對流換熱特征以及煙氣的氣體成分構成與燃燒條件的關系，進而試圖確定有利的電站煤粉鍋爐加壓富氧燃燒條件，并完善與優(yōu)化典型燃煤電站高CO2濃度煙氣中CO2的分離流程和捕集工藝，為傳統(tǒng)化石能源的大規(guī)模低碳利用探索新的途徑。

文獻 采用認重-質譜聯(lián)用儀對稻桿、玉米桿和玉米芯3種生物質的燃燒特性進行了研究，討論了氧量對其燃燒特性的影響，提出采用相對失重速率來描述其燃燒特性指數(shù)。結果表明：氧量對燃燒模式有一定的影響。稻桿和玉米芯燃盡溫度受氧量影響明顯，而玉米桿則相反。對于同一種生物質，隨著氧量的增加，綜合燃燒特性指數(shù)增大，各氣體析出溫度范圍減小，析出終溫增大，氧量對3種生物質主要燃燒氣體產物析出的影響程度依次為：稻桿>玉米芯>玉米桿。3種生物質的燃燒過程采用2段1級反應模型來很好地描述，在不同氧量條件下，3種生物質的燃燒活化能E與指前因子A存在動力學補償效應。2100433B

本書是在著者多年研究成果的基礎上撰寫而成的專著。它曾多次用于博土生、碩士生和本科生的培養(yǎng)與鍋爐工程師的培訓上。

書中結合實際，重在理論探索，內容不僅涉及煤粉的物理化學結構、著火過程和燃盡動力學，而且闡述燃燒射流的基本規(guī)律和煤粉燃燒過程的物理模擬及數(shù)值計算；綜述了我國煤粉燃燒器的應用成果，深入分析了回流和高濃度煤粉使火焰穩(wěn)定和燃燒強化的機理，介紹了直流煤粉燃燒器的設計和運行的主要問題；敘述

富氧燃燒技術最早應用于煤粉鍋爐，但由于煤粉鍋爐應用富氧燃燒時存在著煙氣再循環(huán)量太大、功耗大、經(jīng)濟性不好的因素，研究重點放在了循環(huán)流化床鍋爐上。

富氧燃燒現(xiàn)狀

關于富氧燃燒的研究，絕大部分集中于煤粉爐的研究，且關鍵技術都經(jīng)過大規(guī)模試驗，趨于成熟。 關于循環(huán)流化床富氧燃燒技術的研究，國外也是剛剛走出實驗室階段，而在我國，僅限于實驗室階段。

富氧燃燒優(yōu)勢

1、煤粉爐富氧燃燒，為控制爐內燃燒溫度，需要大量的煙氣進行再循環(huán)(70-80%)。

2、循環(huán)流化床由于再循環(huán)煙氣中含有大量的固體顆粒，可非常有效的對爐溫進行控制，從而使其制造和運行費用大大降低；(對210MWeCFB富氧燃燒模式下，鍋爐島的體積約為空氣燃燒模式下的一半）。

3、可結合進循環(huán)流化床的其它技術優(yōu)點；

4、可同時對SOx有效的脫除；