富氧燃燒技術(shù)

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1、富氧燃燒技術(shù)內(nèi)容提要4富氧燃燒技術(shù)簡(jiǎn)介1235富氧燃燒煤燃燒特性富氧燃燒污染物析出特性應(yīng)用1富氧燃燒技術(shù)簡(jiǎn)介1.1背景我國(guó)能源消費(fèi)中占據(jù)最重要的位置是煤煤燃燒產(chǎn)生的有害排放物引起越來越多的重視酸雨、臭氧層、溫室效應(yīng)1.2富氧技術(shù)簡(jiǎn)介用比通?？諝夂鯘舛雀叩母谎蹩諝膺M(jìn)行燃燒，稱為富氧燃燒。O2/CO2燃燒技術(shù)/空氣分離/煙氣再循環(huán)1981年Horne和Steinburg提出美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ANL)研究證明只需對(duì)常規(guī)鍋爐進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑炀涂梢圆捎么思夹g(shù)。圖1富氧燃燒示意圖富氧燃燒技術(shù)主要由3個(gè)基本步驟組成：空氣分離、O2/CO2燃燒和電力產(chǎn)生、煙

2、氣壓縮與脫水。優(yōu)點(diǎn)：（1）燃燒效率高；鍋爐效率也提高了。（2）燃燒產(chǎn)物中CO2的含量將達(dá)到95%左右，回收的費(fèi)用更低。（3）在液化處理以CO2為主的煙氣時(shí)，SO2同時(shí)也被液化回收，可省去煙氣脫硫設(shè)備。（4）在O2/CO2的氣氛下，NOx的生成將會(huì)減少，如果再結(jié)合低NOx燃燒技術(shù)，則有可能不用或少用脫氮設(shè)備。（5）采用O2/CO2燃燒技術(shù)減少了煙氣量，簡(jiǎn)化了煙氣處理系統(tǒng)。燃燒溫度可以由再循環(huán)的煙氣量來控制。存在問題：（1）氧氣的生產(chǎn)設(shè)備以及CO2壓縮設(shè)備增加了電耗。（2）空氣分離產(chǎn)生的大量副產(chǎn)品氮?dú)膺€需要找到合適的處理利用途徑。（3）循環(huán)煙氣中C

3、O2的比熱容較空氣高且水蒸汽的含量也高，使燃燒推遲，需要對(duì)燃燒器進(jìn)行改進(jìn)研究。（4）其他待研究的內(nèi)容（如灰渣、換熱、除塵）。2富氧燃燒煤燃燒特性張永春等用x射線光電子能譜(XPS)研究發(fā)現(xiàn)大同煤中的碳主要以芳香碳和脂肪碳的形式存在，燃燒氣氛中CO2的存在，加快了芳香碳和脂肪碳的減少，促進(jìn)了酚碳、羰基和羧基的形成。研究者對(duì)O2/CO2氣氛下煤粉燃燒特性的研究主要包括：著火特性、燃燒速率、燃盡特性、火焰?zhèn)鞑ニ俾实?.1富氧燃燒規(guī)律KimuraN用小型試驗(yàn)臺(tái)研究發(fā)現(xiàn)O2/CO2氣氛下煤粉火焰不穩(wěn)定且顏色發(fā)黑。KigaT在微重力燃燒試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了煤粉火

4、焰?zhèn)鞑ニ俣鹊臏y(cè)試，發(fā)現(xiàn)O2/CO2氣氛下火焰的傳播速度明顯低于在O2/N2、O2/Ar氣氛下，提高O2濃度可使其有所改善。ToshiyukiSuda等認(rèn)為CO2的體積比熱容較N2的高,造成O2/CO2氣氛中煤粉的火焰?zhèn)鞑ニ俣缺认嗤鹾康腛2/N2氣氛中下降1/3～1/5左右。研究發(fā)現(xiàn)與空氣氣氛相同O2濃度的O2/CO2氣氛下煤粉著火及燃盡延遲，燃燒速率較低，燃盡溫度高。CO2直接取代N2不可行影響因素：（1）O2濃度：LiuH、KlasA等研究發(fā)現(xiàn)將氧體積濃度提高至30%左右可獲得與空氣氣氛下相當(dāng)?shù)娜紵匦浴＠顟c釗等研究發(fā)現(xiàn)提高O2濃度對(duì)O2

5、/CO2氣氛下煤粉的燃燒特性的影響主要表現(xiàn)在對(duì)殘焦燃盡過程的改善。（2）煤粉密度：吳樂等研究發(fā)現(xiàn)在O2/CO2氣氛下，隨煤粉密度增加，燃盡溫度升高，燃盡時(shí)間增加，煤樣較難燃盡，提高氧氣濃度可降低燃盡溫度。（4）溫度：（3）揮發(fā)份：段倫博等發(fā)現(xiàn)由于揮發(fā)分的脫除,相同O2濃度下煤焦的失重開始時(shí)間和失重終止時(shí)間比煙煤滯后,最大失重率小于煙煤。楊海平等研究發(fā)現(xiàn)CO2對(duì)煤焦的氣化反應(yīng)是吸熱反應(yīng),隨著溫度的升高,氣化反應(yīng)的速率提高,對(duì)煤焦的燃盡產(chǎn)生不利影響。但李慶釗等研究發(fā)現(xiàn)在高溫條件下CO2對(duì)煤焦的氣化反應(yīng)加劇，加快了煤粒的反應(yīng)速率，使得燃盡程度增加。4

6、2.2富氧燃燒動(dòng)力學(xué)特性李慶釗等研究發(fā)現(xiàn)煤粉在O2/CO2氣氛下燃燒反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)與空氣氣氛下燃燒時(shí)有明顯不同，隨著煤質(zhì)的提高,反應(yīng)活化能均明顯增加。唐強(qiáng)等研究發(fā)現(xiàn)煤粉燃燒反應(yīng)低溫段的活化能和頻率因子較高溫段低,反應(yīng)級(jí)數(shù)較小。但駱仲泱等研究發(fā)現(xiàn)CO2的存在沒有構(gòu)成對(duì)煤焦反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的影響。3富氧燃燒污染物析出特性3.1SOx的析出特性3.1.1SOx的析出過程段倫博等在常壓熱重分析儀上進(jìn)行了煙煤在模擬空氣和不同O2/CO2濃度下的燃燒試驗(yàn)并通過傅里葉變換紅外光譜儀對(duì)S的釋放進(jìn)行測(cè)量。CroisetE等研究發(fā)現(xiàn)在O2/CO2氣氛下SO2的轉(zhuǎn)化率由

7、空氣氣氛下的91%下降為約64%。53.1.2SOx的析出規(guī)律研究發(fā)現(xiàn)：在O2/CO2氣氛下，煙煤燃燒的SO2總生成量比在同等O2濃度的空氣氣氛下小。原因：1）氣氛中增加的CO造成的還原性氣氛2）煤灰自脫硫3.2噴鈣脫硫特性陳傳敏等研究發(fā)現(xiàn)O2/CO2氣氛下的硫化速度高于空氣氣氛。原因：（1）高CO2濃度使石灰石燃燒反應(yīng)減慢（2）在CaO/CaCO3界面上CO2的產(chǎn)生使CaSO4產(chǎn)物層擴(kuò)散阻力降低研究發(fā)現(xiàn)O2/CO2氣氛下CaO孔結(jié)構(gòu)受燒結(jié)影響的程度要比空氣氣氛下輕微。6影響噴鈣脫硫因素：（1）溫度（2）停留時(shí)間（3）CO2濃度劉現(xiàn)卓和陳傳敏等

8、研究發(fā)現(xiàn)CaO的比孔容積和比表面積均隨著氣氛中CO2濃度的增加而下降。爐內(nèi)噴鈣能夠具有高脫硫效率的機(jī)理是：1）均相反應(yīng)。爐內(nèi)在高CO2氣氛下產(chǎn)生的較高