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     

不同试验规模的富氧煤粉燃烧研究进展

分析总结了不同规模燃烧试验装置上获得的富氧煤粉燃烧研究成果及进展,并对今后富氧煤粉燃烧的发展进行了展望。实验室规模研究表明,在相同O2浓度条件下O2/CO2气氛煤粉燃烧气体和颗粒温度比O2/N2气氛低,燃尽时间延长,但提高O2浓度可明显改善煤粉着火及燃烧特性。中试规模研究表明,再循环烟气比例、一、二次风O2浓度和二次风预热温度对富氧燃烧煤粉着火及火焰稳定性有重要影响。要达到与空气煤粉燃烧相匹配的燃烧与传热效果,O2/CO2气氛中O2浓度一般在27%～35%,此值主要与煤种有关。     

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.     

O2/CO2气氛下煤粉燃烧反应动力学的试验研究

在热重分析仪上进行了模拟空气气氛及不同O2浓度(21%、30%、40%、80%)的O2/CO2气氛下3种不同品质煤粉(龙岩无烟煤、贵州烟煤、元宝山褐煤)的燃烧特性试验,确定了3种煤粉的燃烧特征参数并进行了动力学分析.结果表明,O2/CO2气氛下煤粉的燃烧分布曲线与O2/N2气氛下有明显不同,在相同O2浓度的条件下,O2/CO2气氛下煤粉燃烧速率低,燃尽时间长;随着O2浓度的增加,燃烧DTG曲线向低温区偏移,着火温度及燃尽温度降低,燃尽时间缩短,可燃性指数及燃尽指数明显提高;O2/CO2气氛下煤粉燃烧基本属于一级反应,动力学参数随燃烧气氛与煤质变化的不同有较大差异.     

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     

O_2/CO_2气氛下甲烷燃烧中NO_x转化过程的CHEMKIN模拟

采用CHEMKIN中的PFR模型对CH4在不同气氛(O2/CO2和O2/N2)下的燃烧过程进行单程模拟来研究NH3的转化和NOx生成过程,并引入烟气再循环对其进一步模拟来研究实际富氧甲烷燃烧NOx排放机理。结果表明:富燃料燃烧时CO2气氛下的NOx排放比N2气氛高,贫燃料燃烧时2种气氛的NOx排放相当。CO2气氛下,引入烟气再循环后,过氧系数λ=0.7时,NOx排放比单程时降低95%;λ=1.2时比单程降低18%。烟气再循环是导致富氧甲烷燃烧低NOx排放的主要因素。     

初始氧浓度对锅炉富氧燃烧和NOx排放的影响

针对某电站300MW燃煤锅炉,基于专门开发的CFX-TASCFLOW软件平台,将额定负荷下空气气氛、不同初始氧浓度φ(O2=21%、30%、35%、40%)的O2/CO2气氛,共五种工况下的炉内流动、燃烧及污染物生成进行了数值模拟。计算结果表明:O2/CO2燃烧方式下,炉膛出口烟气中CO2的浓度均可达到90%以上,便于CO2的回收;随着初始氧浓度的增大,炉内的火焰温度提高,沿炉膛高度方向温度的降低幅度增高,炉膛出口烟气温度降低,NOx的生成量小于空气气氛;飞灰可燃物在初始氧浓度为21%时最高,在初始氧浓度增至30%～40%时,飞灰可燃物大幅度下降;30%的初始氧浓度是比较合理的富氧燃烧浓度。     

O2/CO2气氛下生物质混煤燃烧SO2排放特性的实验研究

在水平管式炉上通过在线烟气分析仪研究了O2/CO2气氛下生物质混合比例、温度、燃烧气氛及氧浓度对生物质混煤SO2排放特性的影响规律。结果表明,O2/CO2气氛下,随着生物质混合比例的增大,生物质混煤SO2释放峰值减小,SO2排放完毕的时间减少,SO2的排放量降低;随着温度的升高,生物质混煤SO2的排放量增加。O2/CO2和O2/N2气氛下随着氧浓度的增大,生物质混煤SO2的排放量均增加。相同氧浓度时,O2/CO2气氛下生物质混煤SO2的排放量略小于O2/N2气氛下的情况,其降低幅度约为5%左右。     

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.     

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。     

煤粉炉的分级燃烧技术研究

分析了煤粉燃烧过程NOx的形成机制和特点,研究了减少NOx生成量的基本途径和分级燃烧的基本原理,并进行了数值分析。在乌拉山电厂100MW煤粉炉上进行了分级燃烧改造,将以轴向空气分级和径向空气分级为核心的现代低NOx燃烧技术引入了传统的煤粉炉燃烧系统中,考察了炉膛轴向和径向分级风,过量空气系数,锅炉负荷等因素对炉内NOx形成的影响。NOx排放浓度降低了250－500mg/m^3(干烟气,70％O2）。     

IGCC系统控制CO_2排放的研究进展

整体煤气化联合循环(IGCC)作为一种被验证的具有发展前景的洁净煤发电技术,如何实现IGCC中CO2的零排放,已经成为国内外学者研究的热点。概述了目前国内外控制IGCC系统中CO2排放的研究进展,归纳总结了IGCC系统中CO2分离和回收的四类途径:燃烧后分离与回收、燃烧前对燃料气进行处理与分离、以IGCC为基础的煤基动力化工多联产系统以及燃烧与CO2分离一体化途径。并引入控制CO2排放科技创新一体化理论,指出未来控制CO2排放的方向。     

Mechanism analysis on the pulverized coal combustion flame stability and NOx emission in a swirl burner with deep air staging

Low NOx burner and air staged combustion are widely applied to control NOx emission in coal-fired power plants. The gas-solid two-phase flow, pulverized coal combustion and NOx emission characteristics of a single low NOx swirl burner in an existing coal-fired boiler was numerically simulated to analyze the mechanisms of flame stability and in-flame NOx reduction. And the detailed NOx formation and reduction model under fuel rich conditions was employed to optimize NOx emissions for the low NOx burner with air staged combustion of different burner stoichiometric ratios. The results show that the specially-designed swirl burner structures including the pulverized coal concentrator, flame stabilizing ring and baffle plate create an ignition region of high gas temperature, proper oxygen concentration and high pulverized coal concentration near the annular recirculation zone at the burner outlet for flame stability. At the same time, the annular recirculation zone is generated between the primary and secondary air jets to promote the rapid ignition and combustion of pulverized coal particles to consume oxygen, and then a reducing region is formed as fuel-rich environment to contribute to in-flame NO_X reduction. Moreover, the NOx concentration at the outlet of the combustion chamber is greatly reduced when the deep air staged combustion with the burner stoichiometric ratio of 0.75 is adopted, and the CO concentration at the outlet of the combustion chamber can be maintained simultaneously at a low level through the over-fired air injection of high velocity to enhance the mixing of the fresh air with the flue gas, which can provide the optimal solution for lower NOx emission in the existing coal-fired boilers.     

O2/CO2混合富氧燃烧技术探讨

分离处置化石燃料燃烧产生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,O2/CO2混合富氧燃烧技术具有明显的优势和较强的应用前景.它不仅可以使CO2的回收和利用容易进行,还可以有效减少NOx和SO2的排放,同时能提高锅炉效率,是一项高效节能的燃烧方式.对O2/CO2混合富氧燃烧技...     

玉米秸秆与煤掺烧锅炉运行性能分析

基于ASPEN PLUS软件,对玉米秸秆与煤的掺烧过程进行建模与模拟,研究在不同的生物质掺混比例及含水率下,锅炉运行性能以及污染物排放的变化规律。结果表明:与单独燃烧煤粉相比,随着掺烧比例的增大,生成的理论烟气量和烟气热损失增大,锅炉效率有所降低,气体污染物NO及SO2减少;随着生物质含水率的增大,NO的排放量减少,而SO2的排放量增加。     

浅析二氧化碳捕获技术应用于炼厂的可行性

温室气体减排已成为炼厂面临的严峻挑战。CO2捕获是具有大规模减排潜力的技术方案,炼厂可在继续使用廉价化石燃料的同时降低排放。目前许多炼厂已在评估从烟道气中捕获CO2的技术,探索经济可行的捕获方案,这些方案主要包括燃烧后捕获、燃烧前捕获和富氧燃烧捕获等。其中,燃烧后捕获技术相对成熟,可对大多数现有装置进行改造,仅需增加简单的后处理设备,缺点是能耗大,CO2浓度较低,难捕获,从胺溶液中释放的CO2达不到碳封存所需的压力;燃烧前捕获方案的优点是CO2浓度较高,压力高,易于回收,降低了压缩成本及负荷,缺点是这种方法主要适用于新装置,因为炼厂现有的气化装置较少,建设投资成本高且需要大量的辅助系统;富氧燃烧捕获方案的优点是烟道气中的CO2浓度非常高,分离容易;缺点是空气分离设备投资很高,冷却的循环烟道气必须保持一定温度。对3种方案评价表明,在CO2总量和浓度最高的排放源进行捕获成本最低,例如当气体中CO2浓度从12%下降到4%时,捕获成本将上升25%以上;燃烧前捕获和富氧燃烧捕获比燃烧后捕获可节约35%~40%的成本。     

Numerical simulation on pulverized coal combustion and NOx emissions in high temperature air from circulating fluidized bed

High temperature air combustion is a prospecting technology in energy saving and pollutants reduction. Numerical simulation on pulverized coal combustion and NOx emissions in high temperature air from circulating fluidized bed was presented. The down-fired combustor, taken as the calculation domain, has the diameter of 220 mm and the height of 3000 mm. 2 cases with air staging combustion are simulated. Compared the simulation results with experimental data, there is a good agreement. It is found that the combustion model and NOx formation model are applicable to simulate the pulverized coal combustion and NOx emissions in high temperature air from circulating fluidized bed. The results show that there is a uniform temperature profile along the axis of the down-fired combustor. The NOx emissions are lower than those of ordinary pulverized coal combustion, and the NOx emissions are 390 mg/m3 and 352 mg/m3 in Case 1 and Case 2, respectively. At the range of 300-600 mm below the nozzle, the NO concentration decreases, mainly resulting from some homogeneous reactions and heterogeneous reaction. NO concentration has a little increase at the position of 800 mm below the nozzle as the tertiary air supplied to the combustor at the position of 600 mm below the nozzle.     

燃煤锅炉烟气排放污染及两段清洁燃烧燃煤锅炉

文章分析了燃煤锅炉烟气排放污染现状及原因,着重介绍了两段清洁燃烧燃煤锅炉的结构及燃烧特点,为减少排放CO2等温室效应气体,降低烟尘、NOxSO2排放及烟气的黑,度提供了一条新的途径。