富氧燃燒技術介紹

1、富氧燃燒技術介紹富氧燃燒技術介紹目錄富氧燃燒技術概況富氧燃燒技術概況二富氧燃燒技術節(jié)能機理富氧燃燒技術節(jié)能機理三 SOx的析出特性的析出特性四五NOx的析出特性的析出特性一背景背景-能源利用現(xiàn)狀能源利用現(xiàn)狀中國能源消費總量及煤炭比重趨勢圖 一、背景一、背景我國能源利用現(xiàn)狀我國能源利用現(xiàn)狀 一、背景一、背景我國能源利用現(xiàn)狀我國能源利用現(xiàn)狀20122012年底，全國發(fā)電總裝機容量達到年底，全國發(fā)電總裝機容量達到 11.411.4億千瓦億千瓦，同比增長，同比增長 7.8% 7.8%。其中煤電共。其中煤電共 7.67.6億億千瓦，千瓦， 20132013年底，全國發(fā)電裝機容量年底，全國發(fā)電裝機容量12

2、.4712.47億千瓦億千瓦，同比增長，同比增長9.3%9.3%，首次超越美國位居世界第一。其中火電首次超越美國位居世界第一。其中火電8.68.6億千瓦。億千瓦。 可預見的未來幾十年內，煤炭仍將是我國主要的一次能源，可預見的未來幾十年內，煤炭仍將是我國主要的一次能源，這決定了在我國的電力工業(yè)中，燃煤火力發(fā)電將長期占據主這決定了在我國的電力工業(yè)中，燃煤火力發(fā)電將長期占據主導地位。導地位。 19901990年全世界二氧化碳的排放量為年全世界二氧化碳的排放量為206.88206.88億噸，到億噸，到20052005年年這一數(shù)據增加至這一數(shù)據增加至266.2266.2億噸。目前，億噸。目前，世界二氧化

3、碳排放總世界二氧化碳排放總量仍在迅速上升，中國已成為世界第一碳排放國。量仍在迅速上升，中國已成為世界第一碳排放國。 我國環(huán)境容量上限為二氧化硫我國環(huán)境容量上限為二氧化硫1620 1620 萬噸萬噸, ,氮氧化物氮氧化物1880 1880 萬噸。如不采取有效措施萬噸。如不采取有效措施, , 預計到預計到2020 2020 年年, SO, SO2 2 和和NONOx x 的排放量將分別達到的排放量將分別達到4000 4000 萬噸和萬噸和3500 3500 萬噸萬噸。 深入研究煤炭高效潔凈化利用深入研究煤炭高效潔凈化利用, , 開發(fā)高效、潔凈的燃煤發(fā)開發(fā)高效、潔凈的燃煤發(fā)電技術電技術, , 是保障

4、國民經濟持續(xù)健康快速發(fā)展和保護環(huán)境的是保障國民經濟持續(xù)健康快速發(fā)展和保護環(huán)境的迫切需要。迫切需要。 一、背景一、背景我國能源利用現(xiàn)狀我國能源利用現(xiàn)狀二、富氧燃燒技術概況1 1富氧燃燒定義富氧燃燒定義富氧燃燒對所有燃料（包括氣體、液體和固體）和工業(yè)鍋爐均適用，富氧燃燒對所有燃料（包括氣體、液體和固體）和工業(yè)鍋爐均適用，既能既能提高劣質燃料的應用范圍，又能充分發(fā)揮優(yōu)質燃料的性能提高劣質燃料的應用范圍，又能充分發(fā)揮優(yōu)質燃料的性能，廣，廣義上講凡是用空氣參與反應的均可用富氧代替。義上講凡是用空氣參與反應的均可用富氧代替。 燃燒是空氣中的氧參與燃料氧化并同時發(fā)出光和熱的過程燃燒是空氣中的氧參與燃料氧化并

5、同時發(fā)出光和熱的過程。富氧燃燒是指助燃用的氧化劑中的氧濃度高于空氣中的氧濃度富氧燃燒是指助燃用的氧化劑中的氧濃度高于空氣中的氧濃度（根據實際情況可采用局部富氧和整體富氧），直至純氧燃燒。（根據實際情況可采用局部富氧和整體富氧），直至純氧燃燒。二、富氧燃燒技術概況2 2、富氧燃燒技術富氧燃燒技術富氧燃燒技術富氧燃燒技術, ,又稱為又稱為空氣分離空氣分離/ /煙氣再循環(huán)技術煙氣再循環(huán)技術或或氧燃料燃氧燃料燃燒燒技技術術。采用煙氣再循環(huán)的方式采用煙氣再循環(huán)的方式, ,使燃燒爐內使燃燒爐內COCO2 2濃度提高濃度提高。O O2 2與煙與煙氣中氣中COCO2 2以一定比例混合以一定比例混合, ,作為燃

6、燒的氧化劑作為燃燒的氧化劑, ,使燃料燃燒可使燃料燃燒可保持燃燒溫度保持燃燒溫度, ,最終得到了與空氣燃燒方式一樣的熱能。最終得到了與空氣燃燒方式一樣的熱能。富氧燃燒技術主要由富氧燃燒技術主要由3 3 個基本步驟組成：空氣分離、個基本步驟組成：空氣分離、O O2 2/ / COCO2 2 燃燒和煙氣壓縮與脫水。燃燒和煙氣壓縮與脫水。二、富氧燃燒技術概況CO2 concentration: 95%NOx reduction: 30%-70%SO2 removal by limestone: 40%-90%Thermal efficiency increase: 3%70%的CO2其余為水70%

7、75%煙氣95%CO295%以上Enhanced Coal Bed Methane.獲取不可開采的煤層中的天然氣。CBM應用廣泛，而BCBM很少。很有前景，儲量豐富，靠近CO2產生地。但目前還未見大規(guī)模工程示范。Enhanced Oil Recovery.美國應用最為廣泛，2003年世界有84個工程應用項目。海洋是一個自然的碳匯，存儲量巨大。但CO2深海儲藏的技術還未完全掌握。COCO2 2利用方式利用方式EORBCBMOceanStorageDeep SalineAquifer二、富氧燃燒技術概況3 3、富氧燃燒技術富氧燃燒技術研究熱點研究熱點熱傳遞評價熱傳遞評價焦炭燃盡率焦炭燃盡率著火特性

8、與著火特性與火焰穩(wěn)定性火焰穩(wěn)定性氣體排放控制氣體排放控制在相同絕熱火焰溫度情況下，在相同絕熱火焰溫度情況下，輻射換熱增強，對流換熱輻射換熱增強，對流換熱減弱，需要對鍋爐部分改造或操作條件優(yōu)化減弱，需要對鍋爐部分改造或操作條件優(yōu)化，保證滿意，保證滿意的能量平衡。的能量平衡。高高COCO2 2氣氛下，氣氛下，char-COchar-CO2 2反應。低溫下（如反應。低溫下（如400400-900-900，），）可忽略，因其反應速率遠低于可忽略，因其反應速率遠低于char-Ochar-O2 2反應；反應；高溫下，碳高溫下，碳粒邊界層存在明顯的粒邊界層存在明顯的COCO產物。產物。微重力設備中進行試驗，

9、保證煤粉均相布置，防止自然微重力設備中進行試驗，保證煤粉均相布置，防止自然對流。對流。COCO2 2高熱容，導致火焰?zhèn)鞑ニ俣嚷?，著火延遲，影高熱容，導致火焰?zhèn)鞑ニ俣嚷?，著火延遲，影響火焰穩(wěn)定性。響火焰穩(wěn)定性。COCO2 2，NOxNOx，SOSO2 2，亞微米級飛灰顆粒，痕量元素，亞微米級飛灰顆粒，痕量元素二、富氧燃燒技術概況11氣氣體體排排放放控控制制COCO2 2：試驗室試驗，：試驗室試驗，煙氣中煙氣中COCO2 2濃度可達濃度可達95%95%；中試試驗，濃度；中試試驗，濃度為為80%-92%80%-92%。NOxNOx：NOxNOx排放較空氣氣氛下減少排放較空氣氣氛下減少2/32/3以上

10、以上：熱力型：熱力型NOxNOx減少，減少，循環(huán)煙氣中循環(huán)煙氣中NOxNOx的還原。的還原。SOSO2 2：試驗表明，：試驗表明，排放量減少，濃度增大，排放量減少，濃度增大，S S轉化率轉化率91%91%64%64%。亞微米級顆粒：難熔氧化物氣化，導致數(shù)量明顯增加亞微米級顆粒：難熔氧化物氣化，導致數(shù)量明顯增加；高濃；高濃度度COCO2 2改變氧化物中改變氧化物中CO/COCO/CO2 2比例，影響氣化。比例，影響氣化。痕量元素：氣相中，汞、硒、砷含量較空氣下高。痕量元素：氣相中，汞、硒、砷含量較空氣下高。二、富氧燃燒技術概況一、富氧燃燒技術概況4 4、富氧燃燒技術研究進展富氧燃燒技術研究進展富

11、氧燃燒的概念在富氧燃燒的概念在19811981年由年由HomeHome和和SteinburgSteinburg首次提出首次提出, ,并得到美并得到美國阿貢國家實驗室的驗證。國阿貢國家實驗室的驗證。研究表明常規(guī)鍋爐進行適當?shù)母脑旒囱芯勘砻鞒Ｒ?guī)鍋爐進行適當?shù)母脑旒纯刹捎么思夹g?？刹捎么思夹g。隨著隨著人們對全球氣候變化與溫室效應的認識人們對全球氣候變化與溫室效應的認識, ,這項技術的研究與這項技術的研究與應用也得到了極大的重視和發(fā)展。美國、日本、加拿大、英國、應用也得到了極大的重視和發(fā)展。美國、日本、加拿大、英國、德國、荷蘭、法國、瑞典、挪威、俄羅斯等國家都德國、荷蘭、法國、瑞典、挪威、俄羅斯等國家

12、都開開展了富氧燃展了富氧燃燒技術試驗及技術經濟性研究燒技術試驗及技術經濟性研究。國內浙江大學、華中科技大學、東南大學、華北電力大學和清華國內浙江大學、華中科技大學、東南大學、華北電力大學和清華大學等高校的研究人員近年來也開展了對該項技術的積極研究，大學等高校的研究人員近年來也開展了對該項技術的積極研究，已逐漸在各領域廣泛推廣應用。已逐漸在各領域廣泛推廣應用。二、富氧燃燒技術概況5 5、富氧燃燒技術的應用及優(yōu)勢富氧燃燒技術的應用及優(yōu)勢（1 1）燃燒效率高；鍋爐效率也提高了。）燃燒效率高；鍋爐效率也提高了。當前最容易為工業(yè)界所接受的當前最容易為工業(yè)界所接受的co2減排技術減排技術（2 2）燃燒產物

13、中）燃燒產物中COCO2 2的含量將達到的含量將達到95%95%左右，回收的費用更低。左右，回收的費用更低。（3 3）在液化處理以）在液化處理以COCO2 2為主的煙氣時，為主的煙氣時，SOSO2 2同時也被液化回收，同時也被液化回收，可省去煙氣脫硫設備?？墒∪煔饷摿蛟O備。（4 4）在）在O O2 2/CO/CO2 2的氣氛下，的氣氛下，SOSOx x、NOxNOx的生成將會減少，如果再結的生成將會減少，如果再結合低合低NOxNOx燃燒技術，則有可能不用或少用脫氮設備。燃燒技術，則有可能不用或少用脫氮設備。（5 5）采用）采用O O2 2/CO/CO2 2燃燒技術減少了煙氣量，簡化了煙氣處理

14、系統(tǒng)。燃燒技術減少了煙氣量，簡化了煙氣處理系統(tǒng)。燃燒溫度可以由再循環(huán)的煙氣量來控制。燃燒溫度可以由再循環(huán)的煙氣量來控制。二、富氧燃燒技術概況 6 6、富氧燃燒的瓶頸問題、富氧燃燒的瓶頸問題存在問題：存在問題： （1 1）氧氣的生產設備以及）氧氣的生產設備以及COCO2 2壓縮設備增加了電耗。壓縮設備增加了電耗。（2 2）空氣分離產生的大量副產品氮氣還需要找到合適的）空氣分離產生的大量副產品氮氣還需要找到合適的處理利用途徑。處理利用途徑。（3 3）循環(huán)煙氣中）循環(huán)煙氣中CO2CO2的比熱容較空氣高且水蒸汽的含量也高，的比熱容較空氣高且水蒸汽的含量也高，使燃燒推遲，需要對燃燒器進行改進研究。使燃燒

15、推遲，需要對燃燒器進行改進研究。（4 4）其他待研究的內容（如灰渣、換熱、除塵）。）其他待研究的內容（如灰渣、換熱、除塵）。三、富氧燃燒技術節(jié)能機理火焰溫度火焰溫度燃燒速度燃燒速度燃燒特性燃燒特性12燃點溫度燃點溫度4煙氣量煙氣量3三、富氧燃燒技術節(jié)能機理1 1、提高火焰溫度、提高火焰溫度城市煤氣理論火焰溫度與氧濃度關系圖常規(guī)燃燒中的空氣中僅有常規(guī)燃燒中的空氣中僅有21%21%的氧氣參與燃的氧氣參與燃燒過程燒過程, ,而近而近79%79%的氮氣不僅不參與燃燒而且的氮氣不僅不參與燃燒而且還嚴重阻礙燃燒的進行。一是會嚴重阻礙燃還嚴重阻礙燃燒的進行。一是會嚴重阻礙燃料和氧氣分子之間的接觸碰撞的機會料

16、和氧氣分子之間的接觸碰撞的機會, ,使燃使燃燒速率降低燒速率降低; ;二是氮氣還會在高溫的條件下二是氮氣還會在高溫的條件下與氧氣發(fā)生化合反應吸收大量的熱量并從燃與氧氣發(fā)生化合反應吸收大量的熱量并從燃燒反應中吸收熱量燒反應中吸收熱量, ,降低理論燃燒溫度降低理論燃燒溫度, ,作為作為煙氣排出煙氣排出, ,造成能源浪費造成能源浪費三、富氧燃燒技術節(jié)能機理不同燃料及富氧率燃燒溫度估算對比三、富氧燃燒技術節(jié)能機理2 2、加快燃燒速度，促進煤粉燃燒完全、加快燃燒速度，促進煤粉燃燒完全 同一種燃料在空氣和純氧中的燃燒速度相差甚大同一種燃料在空氣和純氧中的燃燒速度相差甚大, ,如氫氣在空氣中的如氫氣在空氣中

17、的層流火焰?zhèn)鞑ニ俣茸畲鬄閷恿骰鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣茸畲鬄?80 cm/s280 cm/s, ,在純氧中則為在純氧中則為1175 cm/s1175 cm/s, ,是在空氣是在空氣中的中的4.24.2倍倍, ,天然氣則高達天然氣則高達10.710.7倍倍; ;釋放出同樣的熱量釋放出同樣的熱量, ,燃燒速度快的燃料燃燒速度快的燃料( (如乙塊如乙塊) )其火焰小而密實其火焰小而密實, ,而燃燒速度慢的燃料而燃燒速度慢的燃料( (如天然氣如天然氣) )其火焰是大火其火焰是大火焰層焰層。燃燒燃燒速度加快的原因。燃燒燃燒速度加快的原因, ,基本上都是由于加入基本上都是由于加入氧氣后火焰溫度得氧氣后火焰溫度得到了提高

18、到了提高。三、富氧燃燒技術節(jié)能機理3 3、降低過量空氣系數(shù)，減少燃燒后煙氣量、降低過量空氣系數(shù)，減少燃燒后煙氣量使用含氧量為使用含氧量為27%27%的富氧空氣燃燒與氧濃度為的富氧空氣燃燒與氧濃度為21%21%的空氣的空氣燃燒比較燃燒比較, ,過量空氣系數(shù)過量空氣系數(shù)=1=1時時, ,則煙氣體積減少則煙氣體積減少20%,20%,排煙熱損失也相應減少而節(jié)能。排煙熱損失也相應減少而節(jié)能。煙氣量的減少會提高煙氣量的減少會提高COCO2 2、SOSO2 2、NONOX X等氣體的體積濃度，等氣體的體積濃度，這就有利于它們的回收利用，減少它們對環(huán)境的污染。這就有利于它們的回收利用，減少它們對環(huán)境的污染。三

19、、富氧燃燒技術節(jié)能機理4 4、降低燃料燃點溫度，燃盡時間降低、降低燃料燃點溫度，燃盡時間降低燃料的燃料的燃點溫度燃點溫度隨燃燒條件變化而變化。燃料的燃點溫度隨燃燒條件變化而變化。燃料的燃點溫度不是一個不是一個常數(shù)。常數(shù)。如市政垃圾的燃點很高如市政垃圾的燃點很高, ,普通空氣助燃下不易燃燒。將富氧燃燒技普通空氣助燃下不易燃燒。將富氧燃燒技術應用于垃圾焚燒爐中術應用于垃圾焚燒爐中, ,能收到可觀的經濟和環(huán)保效益。能收到可觀的經濟和環(huán)保效益。四、四、SOx的析出特性的析出特性從已有的實驗中，發(fā)現(xiàn)在高從已有的實驗中，發(fā)現(xiàn)在高O O2 2/CO/CO2 2煙氣循環(huán)方式下煙氣循環(huán)方式下SOxSOx的排放量

20、的排放量比空氣助燃要低，比空氣助燃要低，燃料中的硫轉化為燃料中的硫轉化為SOSO2 2的比率分別是的比率分別是6464（O O2 2/CO/CO2 2) )、9292（AIRAIR）研究發(fā)現(xiàn)：在研究發(fā)現(xiàn)：在O O2 2/CO/CO2 2氣氛下，煙煤燃燒的氣氛下，煙煤燃燒的SOSO2 2總生成量比在同總生成量比在同等等O O2 2 濃度的空氣氣氛下小。濃度的空氣氣氛下小。四、四、SOx的析出特性的析出特性2 2）一部分的硫被固定到灰中一部分的硫被固定到灰中。1 1）均相反應。爐內在高）均相反應。爐內在高COCO2 2 氣氛下產生的較高濃度的氣氛下產生的較高濃度的COCO，進而，進而產生較高的產生較高的COSCOS，在煤中氧化鋁的催化作用下，在煤中氧化鋁的催化作用下COS COS 與與SOSO2 2 發(fā)生反發(fā)生反應生成單質硫：應生成單質硫：有研究表明在有研究表明在O O2 2/CO/CO2 2方式下，采用爐內脫硫可以方式下，采用爐內脫硫可以提高脫硫效率提高脫硫效率4 4到到8 8倍。倍。四、四、SOx的析出特性的析出特性3 3）煙氣循環(huán)會增加）煙氣循環(huán)會增加SOSO2 2 停留時間，提高停留時間，提高SOSO2 2的濃度，從而提高了脫硫效率。的濃度，從而提高了脫硫效率。1 1）非均相