加压富氧条件下煤粉燃烧燃尽特性及CO2分离流程研究

近年来，煤粉的富氧燃烧技术越来越受到国内外学者的关注。燃煤电站采用富氧燃烧技术后，烟气中CO2的浓度可以达到90%以上，可直接进行压缩固定，因此，富氧燃烧技术被认为是目前最有希望实现火电站CO2近零排放的技术之一。但是，现有的富氧燃烧技术空分系统和烟气压缩系统均在高压下进行，而富氧燃烧系统在常压下进行，必然会造成系统能量损失，经济性不高。加压富氧燃烧技术是在富氧燃烧技术的基础上提出的，一方面，由于高压下水蒸气的凝结温度升高，从烟气中回收的潜热可以用来凝结换热，降低了再热系统的热负荷，从而可以部分弥补系统高压运行损失的循环效率；另一方面，由于加压富氧燃烧运行压力较高，在烟气压缩环节只需较低的能耗便可实现CO2的液化。国内外相关研究表明，煤粉加压富氧燃烧系统相对常压系统具有更高的循环效率。本项目采用基础理论、数值模拟和具体试验相结合的方法，深入研究加压富氧条件下煤粉的燃烧燃尽特性以及烟气中的CO2分离与压缩流程。基础理论方面，基于K分布模型，对富氧气氛下的辐射换热进行了研究，构建了包括CO2、H2O和CO 三种气体的全光谱数据库模型。数值模拟方面，利用ASPEN PLUS 软件，对煤粉加压富氧燃烧系统进行了全流程模拟，包括不同压力条件下的烟气成分以及各个系统的能耗分析。实验方面，应用固定床实验台，分析了不同压力条件下，煤粉富氧燃烧的烟气成分；利用高压TGA设备，研究了0.1MPa、1 MPa、2 MPa、3 MPa、4 MPa、5 MPa六种工况下煤粉的燃烧燃尽特性，包括着火温度、燃尽温度以及综合燃烧指数等。结果显示，随着压力的升高，有利于煤粉的燃烧与燃尽，3 MPa时煤粉的综合燃烧指数达到最大值，而过高的压力反而不利于煤粉的着火与燃尽。通过以上研究成果，可以进一步完善煤粉加压富氧燃烧课题的研究，为煤炭资源的低碳利用提供新的方法与路径。

加压富氧燃烧技术是在常压富氧燃烧技术的基础上提出的一种新型富氧燃烧技术。与常压富氧燃烧技术相比，加压富氧燃烧技术既避免了系统内压力大幅度变化而导致的损失，也大大提高了烟气中水蒸气的凝结温度，使得从锅炉排烟中回收水蒸气的气化潜热成为可能，锅炉效率可提高约3-4个百分点，具有很好的经济性和应用前景。本项目主要通过理论分析及数值模拟手段，结合在热重分析仪及小型加压富氧燃烧实验系统中的实验研究，探索煤粉在不同压力、不同O2/CO2比例气氛下，煤粉的热解、燃烧、燃尽特性与主要污染物SO2及NOx的生成排放特性，在此基础上定量分析典型电站锅炉炉内煤粉加压富氧燃烧的辐射和对流换热特征以及烟气的气体成分构成与燃烧条件的关系，进而试图确定有利的电站煤粉锅炉加压富氧燃烧条件，并完善与优化典型燃煤电站高CO2浓度烟气中CO2的分离流程和捕集工艺，为传统化石能源的大规模低碳利用探索新的途径。

文献 采用认重-质谱联用仪对稻杆、玉米杆和玉米芯3种生物质的燃烧特性进行了研究，讨论了氧量对其燃烧特性的影响，提出采用相对失重速率来描述其燃烧特性指数。结果表明：氧量对燃烧模式有一定的影响。稻杆和玉米芯燃尽温度受氧量影响明显，而玉米杆则相反。对于同一种生物质，随着氧量的增加，综合燃烧特性指数增大，各气体析出温度范围减小，析出终温增大，氧量对3种生物质主要燃烧气体产物析出的影响程度依次为：稻杆>玉米芯>玉米杆。3种生物质的燃烧过程采用2段1级反应模型来很好地描述，在不同氧量条件下，3种生物质的燃烧活化能E与指前因子A存在动力学补偿效应。2100433B

本书是在著者多年研究成果的基础上撰写而成的专著。它曾多次用于博土生、硕士生和本科生的培养与锅炉工程师的培训上。

书中结合实际，重在理论探索，内容不仅涉及煤粉的物理化学结构、着火过程和燃尽动力学，而且阐述燃烧射流的基本规律和煤粉燃烧过程的物理模拟及数值计算；综述了我国煤粉燃烧器的应用成果，深入分析了回流和高浓度煤粉使火焰稳定和燃烧强化的机理，介绍了直流煤粉燃烧器的设计和运行的主要问题；叙述

富氧燃烧技术最早应用于煤粉锅炉，但由于煤粉锅炉应用富氧燃烧时存在着烟气再循环量太大、功耗大、经济性不好的因素，研究重点放在了循环流化床锅炉上。

富氧燃烧现状

关于富氧燃烧的研究，绝大部分集中于煤粉炉的研究，且关键技术都经过大规模试验，趋于成熟。 关于循环流化床富氧燃烧技术的研究，国外也是刚刚走出实验室阶段，而在我国，仅限于实验室阶段。

富氧燃烧优势

1、煤粉炉富氧燃烧，为控制炉内燃烧温度，需要大量的烟气进行再循环(70-80%)。

2、循环流化床由于再循环烟气中含有大量的固体颗粒，可非常有效的对炉温进行控制，从而使其制造和运行费用大大降低；(对210MWeCFB富氧燃烧模式下，锅炉岛的体积约为空气燃烧模式下的一半）。

3、可结合进循环流化床的其它技术优点；

4、可同时对SOx有效的脱除；