关键词:煤粉锅炉 煤粉运动 气固两相流体系 影响因素
一、研究背景:
全球气候变化是最近几十年热点能源问题,而气候变化的主要体现是温室效应。为减少温室气体的排放对气候变化的影响,世界上主要国家都针对温室气体减排制定了相应计划。世界上现有的燃煤电厂每年释放约30亿吨当量的碳。煤炭在我国能源结构中占主导地位,随着国民经济发展,未来一段时间我国用电需求量仍会面临较大的增长空间。单个燃煤电力机组每天的二氧化碳排放量在几千到上万吨量级,是主要的固定二氧化碳排放源。为完成国内生产总值二氧化碳排放比下降的目标,一方面要发展可再生能源,另一方面,需要研究站我国发电行业主导地位的煤电温室气体的减排。[1]
燃煤电厂实现对生产的二氧化碳进行捕集,主要通过以下三种方式实现:(1)烟气收集,通过特定的吸附剂,实现对烟气的吸附或吸收,从而将二氧化碳从烟气中分离,其中,又可分为物理吸附,化学吸收和生物吸收等几种类型,烟气吸收设备庞大,成本高,燃烧后产生的二氧化硫和氮氧化物与吸收剂反应不能进行再生从而导致吸收剂的降解,它的捕集量远小于电站锅炉的排放量,适合部分烟气的二氧化碳捕捉和回收利用。(2)富氧燃烧,富氧燃烧技术是利用空气分离技术制得纯氧,将纯氧和部分循环烟气通入锅炉燃烧,以获得高浓度的二氧化碳,易于捕捉,其捕捉成本相对较低,但由于氧化剂不同,与现代传统锅炉相比,其结构设计预计会有很大不同,因为实际使用时传热需要的氧的浓度高于空气中的百分之二十一水平,因此此技术称为富氧燃烧,二氧化碳通过烟气循环法方式获得,又称为/循环燃烧。(3)燃烧前捕捉,燃烧前捕捉的基本流程是在IGCC流程里,在汽化炉后添加一变换反应器,将合成气中的一氧化碳和水蒸气在催化剂的作用下,合成二氧化碳和氢气,将二氧化碳分离捕捉,氢气通入燃气轮机燃烧或作他用。 [2]
就目前三种技术而言,都成本巨大,横向对比之间无巨大优势,且受劳工价格、运行稳定性等因素影响很大。其中,富氧燃烧技术因其有望于用于实现对现有大量燃煤电站的二氧化碳捕捉和封存改造收到了广泛的关注。
二、富氧燃烧技术简介:
富氧燃烧技术,即/燃烧技术,是采用空气分离获得纯氧和一部分循环烟气构成的富氧气体,代替空气作为煤粉燃烧时的氧化剂,以提高烟气中摩尔分数,烟气经压缩纯化处理后,使得的回收变得简单而经济,由此也称为空气分离/烟气再循环技术,被认为是减少火电厂二氧化碳排放的最好方法之一。[3]
与传统空气燃烧技术相比,富氧燃烧在锅炉入口处需要附加的空气分离装置制取氧气,在锅炉的后部使用了简单化的烟气处理过程 ,该技术还具有以下优势:
- 能够更加方便,低成本地从排烟中大规模回收二氧化碳
- 富氧条件下三原子气体的浓度增加,烟气的辐射换热增强,燃烧效率被提高。
- 二氧化硫 二氧化氮大幅度减少
- 简化降低了烟气处理系统的尺寸
- 排烟损失降低,锅炉效率提高
- 可以通过再循环烟气调节炉内的燃烧温度,使运行及煤种选择上更有灵活性[4]
三、国内外研究现状:
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