富氧燃烧烟气净化工艺研究进展

随着工业的快速发展,化石燃料消耗与日俱增,造成了大量温室气体CO₂的排放,全球气候变化形势不容乐观。为了减少CO₂排放,需要对高浓度CO₂进行捕获、利用与封存,而富氧燃烧技术能有效实现碳捕集,是目前最具潜力的碳减排技术之一。富氧燃烧过程中,SO_x、NO_x、Hg等污染物以及惰性气体的存在不利于碳的捕集与封存。烟气中各成分浓度会对管道运输、地质储存和提高采收率(EOR)产生影响,介绍了烟气中CO₂及各种杂质浓度的不同标准,系统综述了国内外脱硫、脱硝、脱汞和惰性气体脱除以及联合脱除技术的研究进展。脱硫部分除介绍传统脱硫技术外,重点描述了富氧燃烧烟气中CO₂气氛对SO_x脱除的影响以及加压条件下SO₂的转化与去除。发现CO₂气氛下SO₂的吸收速率相比N2气氛有所降低,且SO₂吸收过程中临界pH发生变化。脱硝部分重点描述了氧化吸收法脱硝技术以及加压条件下NO的氧化机理,并对高压下NO的氧化动力学进行阐述。随着压力的增加,NO氧化速率常数呈先下降后上升的趋势,且证明了反应器压力对液体夹带率的影响比较显著。总结了Hg脱除技术中不同烟气成分对Hg氧化的影响,HCl与Cl2起到了明显的促进作用。对活性炭进行改性,增加孔结构比表面积以及吸附剂表面的活性位点,提高Hg的脱除效率。介绍了惰性气体的净化技术,主要采用变压吸附方法来吸附和解吸附,降低了CO₂气流中惰性气体去除的成本,实现一部分惰性气体再次循环回到锅炉中,提高CO₂的捕获。重点讨论了在烟气压缩液化系统中的联合脱除技术,有效利用压缩过程条件将SO_x、NO_x、Hg分别以硫酸、硝酸、Hg(NO₃)₂形式协同去除,随着压力的增加,SO_x与NO_x去除效率提高,有利于SO₄^-2、NO₃^-、HADS和HAMS(N-S化合物)的生成,同时也导致了N2O生成量增多。证明了Hg与NO₂是气相反应,提出了高压下NO₂与Hg反应产物的不确定性。简单介绍了低温碳捕集技术,有潜力取代洗涤器和其他烟气处理方法,但目前还缺乏可行性的研究。未来需对不同压力下NO氧化速率常数的变化趋势进行解释,高压下NO_x与SO_x联合脱除的产物以及NO₂与Hg的反应产物进行分析。     

富氧燃烧烟气压缩净化及高浓度CO2制备工艺研究

富氧燃烧技术是目前最有可能大规模推广和商业应用的碳捕集与封存技术之一,其中,烟气压缩净化及CO₂提纯对于整个富氧燃烧系统至关重要。然而,目前研究多聚焦于富氧燃烧后烟气压缩净化的工艺验证,而对烟气压缩纯化各单元运行特性的研究仍不深入,特别是烟气压缩净化过程杂质污染组分的迁移转化、系统运行参数与污染物脱除效率的关联仍不明确。且现有研究对净化后烟气的深度提纯及高浓度CO₂制备的关注也相对较少,直接关系到富氧燃烧系统运行经济性。因此,针对富氧燃烧烟气净化及CO₂提纯需求,系统探究了富氧燃烧烟气压缩纯化过程SO₂、NO_x吸收脱除以及CO₂深度提纯等各子系统的运行特性,其中SO₂与NO_x脱除采用压缩-酸液吸收,CO₂深度提纯采用低温精馏。结果表明:通过烟气净化可实现SO₂脱除效率达100%,NO脱除效率达99%,同时实现纯度为99.99%的食品级液态CO₂制备。烟气净化过程中,气相反应占据主导,提高压力可缩短反应时间;当SO₂吸收塔运行压力超过0.8 MPa时,SO₂脱除效率可达100%;当NO吸收塔运行压力超过3.0 MPa时,NO排放浓度可达超低排放标准。CO₂提纯过程中,提高压力会降低液体CO₂纯度。SO₂吸收塔运行压力为1.6 MPa、NO吸收塔运行压力为3.0 MPa、CO₂提纯塔运行压力为3.8 MPa时,系统整体功耗最低,为0.37 MJ/kg。     

管式加热炉烟气回流掺氧富氧燃烧技术研究

为实现加热炉节能增效,研究了烟气回流掺氧助燃技术对2#管式加热炉燃烧特性的影响。采用烟气回流掺氧助燃技术,可提高加热炉燃气理论燃烧温度、降低NO排放浓度、减少排烟热损失、提高加热炉热效率。在富氧空气预热温度为155℃、排烟温度为120℃的条件下,烟气回流掺氧助燃技术可使2#管式加热炉热效率提高2.09%～4.09%。当掺氧浓度为24%、排烟体积回流比为32.57%时,燃气理论燃烧温度下NO生成速率为1.26 mg·(m~3·s)~(-1),排烟热损失减少1 583.70 kJ/(1 Nm~3燃气),2#管式加热炉热效率提高3.48%。     

富氧燃烧玻璃熔窑高硼烟气处理技术进展

硼氧化物(B2O3)自玻璃熔窑烟气中排放,与空气中的水反应生成硼酸产生酸雨,对环境造成了污染.烟气中高浓度的B2O3会造成烟气露点较高,使除尘器结露、糊袋,增大工程处理难度.玻璃熔窑高硼烟气处理成为研究热点.本文针对含硼烟气源头减量技术、处理干扰因素和处理技术进行分析,综合各技术去除效果、操作的难易度及经济性,推荐余热发电、半干法除氟和除硼化物组合工艺为目前富氧燃烧玻璃熔窑高硼烟气处理工程化应用的方向.     

富氧燃烧的技改

富氧燃烧过程中因氧气含量增加,燃烧速度加快,燃烧过程得到强化,热辐射迅速增强,燃尽率得到提高,有助于提高热效率.同时空气量及烟气量均显著减少,火焰温度、火焰黑度和辐射热均随着燃烧空气中氧气比例的增加而显著提高,从而达到节能降耗减排、延长窑运行周期等目的.我公司通过对一线熟料生产线进行富氧燃烧改造,提高了回转窑煅烧的稳定...     

富氧燃烧技术的应用

介绍富氧燃烧在燃油玻璃窑炉上的应用及改进经验     

玻璃熔窑的富氧燃烧与NOX排放量关系的探讨

本文分析烟气中氮氧化物成因的基础上,阐述了富氧燃烧与烟气中氮氧化物排放量的关系 。     

富氧燃烧烟气冷凝塔钠碱法脱硫过程SO2和CO2共吸收建模与实验研究

建立SO₂与CO₂共吸收到钠基溶液中的吸收速率模型,假设该模型中SO₂的水解反应为瞬间反应;关于CO₂水解反应存在两种假设：有限动力学假设和瞬间反应假设。由这两种方法计算分别获得SO₂的吸收速率并与完全预混气液反应器中的的动态实验进行对比。采用瞬间反应假设可以预测反应速率的趋势,绝对反应速率误差仍然较大。而采用有限动力学假设的模拟值与实验值在pH>3吻合良好。CO₂对SO₂吸收速率的影响主要通过影响气相传质系数和相同pH下溶液总硫浓度产生。根据CO₂存在与否对SO₂吸收速率的影响,获得五个不同的相互作用pH的区间。pH>11.42时,SO₂/N₂吸收速率大于SO₂/CO₂,主要由于气相传质系数影响;7.8 < pH < 11.42时,SO₂/N₂的吸收速率和SO₂/CO₂吸收速率相似,主要由于气相传质系数和溶液总硫影响抵消;5.41 < pH < 7.8时,SO₂/CO₂的吸收速率相对较高,主要由于溶液总硫影响更大;2.8 < pH < 5.41时,SO₂/CO₂的吸收速率相对较低,主要由于气相传质系数影响;pH < 2.8时,SO₂/N₂和SO₂/CO₂吸收速率相似,主要受液相传质的控制。模拟同时获得不同pH下溶液中碳和硫相关离子的转化规律和SO₂吸收速率的控制步骤,为富氧燃烧冷却塔同时脱硫设备的设计和运行提供参考。     

Gas-phase oxidation of NO at high pressure relevant to sour gas compression purification process for oxy-fuel combustion flue gas

The removal of NO from oxy-fuel combustion is typically incorporated in sour gas compression purification process. This process involves the oxidation of NO to NO_2 at a high pressure of 1–3 MPa, followed by absorption of NO_2 by water. In this pressure range, the NO conversion rates calculated using the existing kinetic constants are often higher than those obtained experimentally. This study aimed to achieve the regression of kinetic parameters of NO oxidation based on the existing experimental results and theoretical models.Based on three existing NO oxidation mechanisms, first, the expressions for NO conversion against residence time were derived. By minimizing the mean-square errors of NO conversion ratio, the optimum kinetic rate constants were obtained. Without considering the reverse reaction for NO oxidation, similar mean-square errors for NO conversion ratio were calculated. Considering the reverse reaction for NO oxidation based on the termolecular reaction mechanism, the minimum mean-square error for NO conversion ratio was obtained. Thus, the optimum NO oxidation rate in the pressure range 0.1–3 MPa can be expressed as follows:-d[NO]/dt=d[NO_2]/dt=0.0026[NO]~2[O_2]-0.0034[NO_2]~2 Detailed elementary reactions for N_2/NO/NO_2/O_2 system were established to simulate the NO oxidation rate. A sensitivity analysis showed that the critical elementary reaction is 2 NO + O_2? 2 NO_2. However, the simulated NO conversions at a high pressure of 10–30 bar are still higher than the experimental values and similar to those obtained from the models without considering the reverse reaction for NO oxidation.     

富氧燃烧中气体辐射模型对燃烧与换热数值模拟的影响

富氧燃烧过程中,由于使用再循环烟气代替空气中N₂作为稀释剂,烟气中存在大量CO₂和H₂O。CO₂和H₂O作为非极性三原子分子,具有N₂没有的辐射能力,导致富氧燃烧中气体辐射特性发生变化。在数值模拟过程中,气体辐射模型是一个重要的子模型。前人提出多种修改后适用于富氧燃烧的气体辐射模型,但不同气体辐射模型在不同富氧燃烧工况数值模拟中的影响尚未有统一研究。为了研究不同炉型下,气体燃烧和煤粉燃烧中气体辐射模型对燃烧换热模拟结果的影响,通过编程,将一种考虑CO影响的气体辐射模型以及文献中的6种典型气体辐射模型耦合入数值模拟计算。结果表明,在气体富氧燃烧中,气体辐射模型影响了火焰结构。同时,燃烧温度分布有所变化,不同模型结果之间差别最高可到500 K。气体与壁面之间的辐射换热受到影响。气体辐射模型对炉膛中心火焰区域影响较大,而对非火焰区域影响较小。在煤粉富氧燃烧过程中,当有效辐射层厚度在0.3 m左右时,如在100 kW下行炉中,气体辐射模型对煤粉燃烧数值模拟结果几乎没有影响。这可能是由于颗粒辐射在辐射换热计算中占主导地位。而当有效辐射层厚度在16 m左右时,如1000 MW塔式炉中,气体辐射模型对炉内切圆燃烧火焰温度以及组分浓度影响较大,温度差别可到100 K左右。而气体辐射模型对炉膛中心模拟结果没有影响。     

面向烟气NOx净化与回收的新型吸附工艺

合理高效的吸附工艺是决定吸附法净化和回收烟气中NO_x工业可行性的关键工艺环节。提出一种通过外部补充气体实现固定床循环体空间内多次循环解吸NO_x的新型吸附工艺（GVTSA）。基于该工艺,采用Na-ZSM-5分子筛作为吸附剂,以某钢厂烧结机脱硫后烟气为原料（组分）进行了NO_x吸附回收实验研究。结果表明,GVTSA工艺相较传统吸附工艺（TSA工艺、VSA工艺）可获取更高的NO_x回收量,在优选条件下（220℃,-50 kPa）,NO_x回收率达到90%,解吸气中NO₂浓度由原料气的36 mg·m^-3提升到2%以上,NO_x循环吸附量可达0.10 mmol·g^-1,16次吸脱附循环稳定。研究结果可为烟气NO_x治理与资源化工业应用提供参考。     

Modeling and simulation of an oxy-fuel combustion boiler system with flue gas recirculation

In this paper, a mathematical model of an oxy-fuel combustion boiler system with flue gas recirculation is investigated. The reduction of CO₂ emission from coal-fired power plants is an important research issue in alleviating the global warming. The entire dynamics are decomposed in two main parts; fire-side dynamics and water-side dynamics. The fire-side dynamics consist of the mass and energy balance equations in the furnace (combustion process) and the flue gas dynamics represented by the mass balance equations of five gases (O₂, CO₂, SO₂, H₂O and NO₂). The water-side dynamics include a drum pressure equation and a steam temperature equation. To validate the developed models, the real experimental data in Karakas, Koumanakos, et al. (2007) are used. To investigate the local behavior near an operating point, a linearization method at its steady-state condition is pursued. The time responses of the entire dynamics using step inputs (the oxygen mass flow rate, the coal mass flow rate, the primary air mass flow rate, etc.) are also discussed.     

密闭电石炉烟气净化除尘技术研究

本文介绍了密闭电石炉高温烟气含尘情况,高温烟气净化除尘技术方案、工艺流程,对实际运行中的问题进行分析研究.密闭电石炉炉气的回收和综合利用,已签约CDM项目.     

Catalytic purification of flue gas from civil-used stove

Effects of the method of burning and addition of catalysts in the chimney of civil-used stove on emission of air pollutants were studied. Alumina-supported copper and manganese oxides and palladium catalysts were used to purify the flue gas emitted from the civil-used stoves. The results show that, in upper burning case, both Cu–Mn–O/Al₂O₃ and Pd/CuO/Al₂O₃ catalysts can decrease the ratio of CO/CO₂ to <0.01, and remove SO₂ and volatile organic chemicals (VOC) from the flue gas to some extent. Deactivation of the catalyst results from the accumulation of sulfate groups on catalyst support. The life of the catalyst can be extended by adding a honeycomb of lime before the catalyst.     

O2/CO2气氛中水蒸气预混CH4燃烧特性与烟气余热梯级利用方案

对O2/CO2气氛中甲烷预混水蒸气燃烧特性及主要污染物生成进行了数值模拟研究,在加湿燃烧的基础上提出一种全新的清洁燃烧方式,即在保证甲烷流量一定时,通过改变入口处水蒸气的质量分数,研究水蒸气预混比Rf(0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4和0.5)对燃烧流场、燃烧组分和污染物浓度的影响。结果表明,随Rf增大,燃烧反应速率上升、燃烧效率提高且污染物排放量降低。模拟所得甲烷预混水蒸气的最优气氛为81%CH4/19%H2O,提出了一种高效节能的O2/CO2气氛下水蒸气预混CH4燃烧与烟气余热梯级利用方案。