空气分离/烟气再循环技术基础研究进展

分离回收矿物燃料燃烧产生CO2的技术被认为是近期内减缓CO2排放的较为可行的措施。在众多CO2分离回收技术中,空气分离/烟气再循环技术(O2/CO2燃烧技术)具有明显的优势和较强的应用前景。本文介绍了全球CO2的排放情况,总结了空气分离/烟气再循环技术的提出背景和研究现状,并重点阐述了O2/CO2气氛下煤粉燃烧及各种污染物(SO2、NOx及超细颗粒物)的排放特性,指出了目前研究的不足之处和存在的问题。O2/CO2气氛下煤粉燃烧速率低,火焰发暗且燃烧不稳定,污染物生成及钙基脱硫剂的脱硫规律与传统方式存在明显差异,研究O2/CO2气氛下煤粉的燃烧特性及多种污染物的协同控制机理,将是今后工作的重点。     

空气分离/烟气再循环技术研究进展

温室气体CO2 的大量排放而引起的全球变暖、温室效应问题越来越引起世人的关注。在众多的CO2 分离回收技术中 ,空气分离 /烟气再循环技术具有明显的优势和较强的应用潜力。分析了空气分离 /烟气再循环技术的提出背景及研究现状 ,探讨了空气分离 /烟气再循环技术的燃烧特性和污染物排放特性 ,提出了一些有待深化的研究内容     

流化床O_2_CO_2燃烧_氧浓度对NO_x和N_2O的影响

循环流化床能实现高氧气浓度下的O2/CO2燃烧,进而减少燃烧室尺寸并降低再循环烟气量.本研究使用两种烟煤、一种褐煤,分别在15 kW循环流化床试验系统和0.15MW循环流化床试验系统上进行试验,研究了氧气浓度对NOx和N2O的影响.结果表明,3个煤种均在一次风氧气浓度44.3％ ～55.3％、二次风氧气浓度43.2％～ 60.2％下实现稳定燃烧.氧气浓度约50％燃烧时,煤中氮向NOx的转化率降低到空气气氛燃烧的19％ ～ 60％,煤中氮向N2O的转化率降低到空气气氛燃烧的20％ ～81％.     

流化床O2/CO2燃烧(Ⅰ)-高氧浓度下的燃烧实验

为给大型循环流化床O2/CO2燃烧系统在高氧气浓度下的燃烧提供参考,在O2/N2气氛中,利用提升管直径100mm、高3 000 mm的循环流化床燃烧实验系统,研究了3个煤种在高氧气浓度下的燃烧特性和温度分布特性.实验结果表明,平均氧气浓度34.4％,或局部氧气浓度75.3％时均可以实现稳定、无过热燃烧.龙口煤的烟气中N...     

不同粒径煤粉在O2/CO2气氛下的燃烧特性

用TG研究了不同粒径煤粉在空气和O2/CO2气氛下的燃烧特性,对比分析了两种气氛下不同粒径对煤粉特征温度和特征指数的影响情况.结果表明,O2/CO2气氛下,粒径对煤粉燃烧的影响要大于空气气氛,且挥发分含量越高的煤种其影响越大.相比空气气氛,O2/CO2气氛下煤粉的燃烧特性随粒径变化会呈现较大的波动性,且随着煤种挥发分含量的增加,小粒径段煤粉的波动性增强.可以通过提高氧浓度来减少燃烧波动的影响.     

基于O2/CO2气氛的煤粉燃烧性能研究

采用热重分析法研究富氧燃烧(O_2/CO_2)气氛、O_2体积分数和煤粉活性对褐煤、烟煤、无烟煤3种煤粉燃烧性能的影响,并进行分温度区间的燃烧反应动力学分析。结果表明:褐煤和无烟煤发生非均相着火,烟煤发生均相-非均相着火;相比空气气氛,O_2体积分数相同的O_2/CO_2气氛下煤粉的着火温度和燃尽温度升高,燃尽时间延长;在O_2/CO_2气氛下,当O_2体积分数增大时,煤粉着火温度和燃尽温度降低,燃尽时间缩短;相同气氛下,煤粉活性显著影响其着火和燃尽;根据综合燃烧特性指数判断,增大O_2体积分数显著改善了煤粉的燃尽特性;在低温区,煤粉燃烧属于0.3级反应,在高温区则为1～2.5级反应。     

循环流化床富氧燃烧技术的试验研究

富氧燃烧技术不仅能使分离收集CO2和处理SO2容易进行,还能减少NOx排放,是一种能够综合控制燃煤污染物排放的新型洁净燃烧技术。简要介绍了循环流化床富氧燃烧技术的国内外研究现状,进行了不同氧含量的O2/CO2气氛和O2/N2气氛下的循环流化床煤燃烧试验研究,比较了其燃烧特性及SO2、NOx排放特点,为循环流化床富氧燃烧技术的工业化应用做了基础和重要的准备。     

O2/CO2气氛下循环流化床煤燃烧污染物排放的试验研究

富氧燃烧技术不仅能使分离收集CO2和处理SO2容易进行,还能减少NOX排放,是一种能够综合控制燃煤污染物排放的新型洁净燃烧技术。进行了O2/CO2气氛和O2/N2气氛下的循环流化床煤燃烧试验,重点分析了煤燃烧生成的污染物NOX、SO2的排放规律及石灰石脱硫效率,进行了循环流化床富氧燃烧系统的平衡分析并得到了相关试验的证实,为循环流化床富氧燃烧技术的工业应用做了基础和重要的准备。图9表2参9     

O2/CO2气氛下煤燃烧NOx排放特性的实验研究

利用管式电阻炉在O₂/CO₂气氛和O₂/N₂气氛下对煤粉燃烧过程中NO_x排放特性进行实验,研究在不同停留时间、炉内燃料/氧化学当量比、温度、氧浓度等因素对燃煤过程中NO_x放特性的影响,并对这两种燃烧方式下NO_x的排放特性进行对比。结果表明:在O₂/CO₂气氛下NO_x的生成量要远远低于O₂/N₂气氛下NO_x的生成量。随着停留时间的延长,NO_x沿程释放特性是先增大后减少。随着燃料/氧化学当量比的增加,NO_x排放浓度也呈现出先增加后降低的趋势。随着炉内温度的增加,2种气氛下NO_x的排放浓度均增加。随着氧浓度的提高,NO_x排放浓度增大。     

循环流化床O2／CO2燃烧技术的最新进展

对循环流化床O2/CO2燃烧技术的研究现状进行了总结,阐述了其燃烧特性和污染物排放特性,分析了O2/CO2燃烧对循环流化床锅炉设计的影响,并从技术经济角度衡量了其成本,分析了需要解决的关键问题.指出循环流化床O2/CO2燃烧技术在其发展过程中不存在难以逾越的技术瓶颈,与其它CO2减排技术相比具有一定的经济优势,是值得重点研究的一项洁净煤燃烧技术.     

低氮燃烧技术在瑞明电厂的实际应用

通过低氮燃烧技术在国产420 t/h燃煤锅炉上的实际应用实例,对NOx产生机理、低氮燃烧改造方案、改造后的效果分析、运行调节注意事项、改造后出现的问题及今后的完善措施进行了阐述.     

O2/CO2粉煤燃烧技术的过程分析及烟气排放控制Q

目前减少CO2排放潜力较大、可行性较好的CCS、IGCC都离不开CO2的捕集技术。新型O2/CO2粉煤燃烧技术可以将排放烟气中的CO2浓度提高到95%,并使高温烟气回流,减少热量损失,同时又减少SO2、NOx等污染物的排放。与传统的O2/N2煤燃烧技术相比,O2/CO2粉煤燃烧技术增加了空气分离装置和烟气循环回流工艺。燃烧反应器中的主要反应包括有机物的燃烧反应、矿物质的氧化反应、脱硫剂的硫化反应等。高温烟气循环代替空气参与煤的燃烧反应能够减少能量损失,但减少的部分并不等于原有工艺排放的高温N2所带走的热损失,模型求解为Q=QA-QB。O2/CO2粉煤燃烧技术的主要优势体现在CO2高浓度捕集和液化储存环节,液化电耗约只有3%的下降,而传统技术液化电耗则可下降约27.8%左右,再加上减少的热损失,其经济性更加明显。O2/CO2粉煤燃烧技术可以对O2流量进行控制,使得不同质量的煤都得到充分燃烧。同时能够根据要求控制反应过程中排放的CO2、SO2、NOx中任意单个污染物的摩尔百分含量,通过求解目标函数f=f（XCO2,XSO2,XNOx,XCO,XH2O,…）,使其达到最优值。     

O2/CO2气氛下煤粉锅炉的效率分析

建立了适用于O2/CO2气氛下煤粉锅炉的效率计算模型,并以300 MW煤粉锅炉为研究对象,分别计算了常规空气、φ（O2）∶φ（CO2）=30∶70、φ（O2）∶φ（CO2）=35∶65与φ（O2）∶φ（CO2）=40∶60气氛下煤粉锅炉的各项损失和锅炉效率,并与该锅炉在4种气氛下热效率的计算结果进行了分析比较.结果表明：O2/CO2燃烧技术可提高锅炉的热效率和效率;对锅炉的效率计算分析可以揭示其能量的质和量的利用程度与主要损失项;可为不同O2/CO2气氛下煤粉锅炉的优化设计与经济性评估提供参考.     

基于富氧燃烧的回转式加热器优化设计

富氧燃烧技术是控制电站锅炉大气污染物排放的新型方法。针对采用该系统的燃煤电站锅炉CO2预热问题,建立了加热CO2的回转式预热器的数学模型,以换热器的直径、蓄热部分的高度、烟气以及CO2的流通面积比、转子的转速5个特征值为设计变量,年运行费用最低为目标函数,应用MATLAB实现了四种工况下CO2预热器的优化设计。结果表明,对于1025 t/h燃煤锅炉,烟气中CO2浓度为84%~88%时预热器能经济运行,且偏离最优点时对年运行费用影响较小,因此要求锅炉运行中再循环烟气量应该控制在一定的范围内。     

O_2/CO_2条件下生物质焦和煤焦燃烧动力学特性

为得到富氧条件下生物质焦和煤焦的燃烧动力学特性规律,利用热重研究了麦秆焦,木屑焦以及烟煤焦在富氧气条件下的燃烧特性。实验结果表明:无论是生物质焦还是煤焦,相同的O2浓度下,O2/CO2气氛下焦样的着火相对于O2/N2气氛均发生了延迟,燃烧特性指数也均低于O2/N2气氛下对应值;在O2/CO2气氛和O2/N2气氛下,随着O2浓度的增加,焦样的着火温度均降低,燃烧特性指数增大,且提高O2浓度对煤焦着火的改善程度显著优于木屑焦。     

受控脉动燃烧技术的研究及应用

介绍了一种成本低廉，能降低NOx排放50％-90％，提高燃烧效率，节约燃料的受控脉动燃烧技术。对受控脉动燃烧技术的原理、影响参数，以及该技术在国内外研究应用现状进行了介绍，并就脉动燃烧技术今后研究的方向提出了一些看法。     

神华煤粉在CO2和N2高温气氛下SOx生成释放规律的研究

通过在固定反应床实验系统上,进行了不同燃烧气氛、不同氧气体积浓度、不同燃烧环境温度及不同颗粒粒径下神华煤粉的燃烧实验,在实验过程中对气体污染物SOx生成释放规律进行了研究。发现了CO2气氛下SOx呈现双峰现象,即在煤粉燃烧过程中,S元素转化成SOx的过程分为挥发分释放阶段和焦炭燃烧阶段。SOx释放过程中第一个峰的积分值占总积分值的百分比随着燃烧环境温度的升高而降低,即在较高的燃烧环境温度下SOx主要来源于无机硫化合物。在煤粉燃烧过程中,SOx生成释放曲线的2个峰值随着氧气浓度的升高而增加,SOx总生成量也略为增加;单位氧气消耗量生成的SOx(记为YSOx)随着燃烧环境温度的升高而升高;煤粉颗粒粒径对YSOx的影响规律不明显。高温1 600℃下,煤粉自固硫特性的作用下SOx的生成量与1 000℃时相当。     

O2/H2O气氛下煤粉燃烧SO2生成特性

为了研究煤粉在O_2/H_2O气氛下SO_2的生成特性,选取3种特定含硫量和Ca/S摩尔比的煤粉,在沉降炉燃烧系统上对其在O_2/N_2、O_2/CO_2和O_2/H_2O 3种不同气氛下SO_2生成与煤灰自固硫特性进行研究。结果表明:神华煤SO_2排放质量浓度分别为120、125和129 mg/m~3、自固硫效率为26%、26.01%和25.29%,霍林河煤为153、145和160 mg/m~3以及35.65%、36.18%和35.43%,平顶山煤为1 007、1 071和1 064 mg/m~3以及18.54%、19.69%和19.6%,煤燃烧产生的SO_2以及煤灰的自固硫特性与燃烧气氛基本无关,与煤中硫的质量分数有关;含硫量越高的煤,SO_2排放越多;煤灰的自固硫作用并不随Ca/S摩尔比的增加而增加。