加壓富氧條件下煤粉燃燒燃盡特性及CO2分離流程研究項(xiàng)目摘要

加壓富氧燃燒技術(shù)是在常壓富氧燃燒技術(shù)的基礎(chǔ)上提出的一種新型富氧燃燒技術(shù)。與常壓富氧燃燒技術(shù)相比，加壓富氧燃燒技術(shù)既避免了系統(tǒng)內(nèi)壓力大幅度變化而導(dǎo)致的損失，也大大提高了煙氣中水蒸氣的凝結(jié)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(gè)百分點(diǎn)，具有很好的經(jīng)濟(jì)性和應(yīng)用前景。本項(xiàng)目主要通過(guò)理論分析及數(shù)值模擬手段，結(jié)合在熱重分析儀及小型加壓富氧燃燒實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的實(shí)驗(yàn)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(chǔ)上定量分析典型電站鍋爐爐內(nèi)煤粉加壓富氧燃燒的輻射和對(duì)流換熱特征以及煙氣的氣體成分構(gòu)成與燃燒條件的關(guān)系，進(jìn)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。

近年來(lái)，煤粉的富氧燃燒技術(shù)越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。燃煤電站采用富氧燃燒技術(shù)后，煙氣中CO2的濃度可以達(dá)到90%以上，可直接進(jìn)行壓縮固定，因此，富氧燃燒技術(shù)被認(rèn)為是目前最有希望實(shí)現(xiàn)火電站CO2近零排放的技術(shù)之一。但是，現(xiàn)有的富氧燃燒技術(shù)空分系統(tǒng)和煙氣壓縮系統(tǒng)均在高壓下進(jìn)行，而富氧燃燒系統(tǒng)在常壓下進(jìn)行，必然會(huì)造成系統(tǒng)能量損失，經(jīng)濟(jì)性不高。加壓富氧燃燒技術(shù)是在富氧燃燒技術(shù)的基礎(chǔ)上提出的，一方面，由于高壓下水蒸氣的凝結(jié)溫度升高，從煙氣中回收的潛熱可以用來(lái)凝結(jié)換熱，降低了再熱系統(tǒng)的熱負(fù)荷，從而可以部分彌補(bǔ)系統(tǒng)高壓運(yùn)行損失的循環(huán)效率；另一方面，由于加壓富氧燃燒運(yùn)行壓力較高，在煙氣壓縮環(huán)節(jié)只需較低的能耗便可實(shí)現(xiàn)CO2的液化。國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究表明，煤粉加壓富氧燃燒系統(tǒng)相對(duì)常壓系統(tǒng)具有更高的循環(huán)效率。本項(xiàng)目采用基礎(chǔ)理論、數(shù)值模擬和具體試驗(yàn)相結(jié)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。基礎(chǔ)理論方面，基于K分布模型，對(duì)富氧氣氛下的輻射換熱進(jìn)行了研究，構(gòu)建了包括CO2、H2O和CO 三種氣體的全光譜數(shù)據(jù)庫(kù)模型。數(shù)值模擬方面，利用ASPEN PLUS 軟件，對(duì)煤粉加壓富氧燃燒系統(tǒng)進(jìn)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(gè)系統(tǒng)的能耗分析。實(shí)驗(yàn)方面，應(yīng)用固定床實(shí)驗(yàn)臺(tái)，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(shè)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(jié)果顯示，隨著壓力的升高，有利于煤粉的燃燒與燃盡，3 MPa時(shí)煤粉的綜合燃燒指數(shù)達(dá)到最大值，而過(guò)高的壓力反而不利于煤粉的著火與燃盡。通過(guò)以上研究成果，可以進(jìn)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。

文獻(xiàn) 采用認(rèn)重-質(zhì)譜聯(lián)用儀對(duì)稻桿、玉米桿和玉米芯3種生物質(zhì)的燃燒特性進(jìn)行了研究，討論了氧量對(duì)其燃燒特性的影響，提出采用相對(duì)失重速率來(lái)描述其燃燒特性指數(shù)。結(jié)果表明：氧量對(duì)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(duì)于同一種生物質(zhì)，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(duì)3種生物質(zhì)主要燃燒氣體產(chǎn)物析出的影響程度依次為：稻桿>玉米芯>玉米桿。3種生物質(zhì)的燃燒過(guò)程采用2段1級(jí)反應(yīng)模型來(lái)很好地描述，在不同氧量條件下，3種生物質(zhì)的燃燒活化能E與指前因子A存在動(dòng)力學(xué)補(bǔ)償效應(yīng)。2100433B

本書(shū)是在著者多年研究成果的基礎(chǔ)上撰寫(xiě)而成的專(zhuān)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(xùn)上。

書(shū)中結(jié)合實(shí)際，重在理論探索，內(nèi)容不僅涉及煤粉的物理化學(xué)結(jié)構(gòu)、著火過(guò)程和燃盡動(dòng)力學(xué)，而且闡述燃燒射流的基本規(guī)律和煤粉燃燒過(guò)程的物理模擬及數(shù)值計(jì)算；綜述了我國(guó)煤粉燃燒器的應(yīng)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(qiáng)化的機(jī)理，介紹了直流煤粉燃燒器的設(shè)計(jì)和運(yùn)行的主要問(wèn)題；敘述

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

富氧燃燒現(xiàn)狀

關(guān)于富氧燃燒的研究，絕大部分集中于煤粉爐的研究，且關(guān)鍵技術(shù)都經(jīng)過(guò)大規(guī)模試驗(yàn)，趨于成熟。 關(guān)于循環(huán)流化床富氧燃燒技術(shù)的研究，國(guó)外也是剛剛走出實(shí)驗(yàn)室階段，而在我國(guó)，僅限于實(shí)驗(yàn)室階段。

富氧燃燒優(yōu)勢(shì)

1、煤粉爐富氧燃燒，為控制爐內(nèi)燃燒溫度，需要大量的煙氣進(jìn)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(duì)爐溫進(jìn)行控制，從而使其制造和運(yùn)行費(fèi)用大大降低；(對(duì)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(jié)合進(jìn)循環(huán)流化床的其它技術(shù)優(yōu)點(diǎn)；

4、可同時(shí)對(duì)SOx有效的脫除；