富氧燃燒技術(shù)內(nèi)容提要4富氧燃燒技術(shù)簡介1235富氧燃燒煤燃燒特性富氧燃燒污染物析出特性應用1富氧燃燒技術(shù)簡介1.1背景

我國能源消費中占據(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1.2富氧技術(shù)簡介

用比通常空氣含氧濃度高的富氧空氣進行燃燒，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提出美國阿貢國家實驗室(ANL)研究證明只需對常規(guī)鍋爐進行適當?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個基本步驟組成：空氣分離、O2/CO2燃燒和電力產(chǎn)生、煙氣壓縮與脫水。存在問題：（1）氧氣的生產(chǎn)設備以及CO2壓縮設備增加了電耗。（2）空氣分離產(chǎn)生的大量副產(chǎn)品氮氣還需要找到合適的處理利用途徑。（3）循環(huán)煙氣中CO2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。（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，促進了酚碳、羰基和羧基的形成。研究者對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?shù)娜紵匦?。李慶釗等研究發(fā)現(xiàn)提高O2濃度對O2/CO2

氣氛下煤粉的燃燒特性的影響主要表現(xiàn)在對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間和失重終止時間比煙煤滯后,最大失重率小于煙煤。楊海平等研究發(fā)現(xiàn)CO2對煤焦的氣化反應是吸熱反應,隨著溫度的升高,氣化反應的速率提高,對煤焦的燃盡產(chǎn)生不利影響。但李慶釗等研究發(fā)現(xiàn)在高溫條件下CO2

對煤焦的氣化反應加劇，加快了煤粒的反應速率，使得燃盡程度增加。42.2富氧燃燒動力學特性李慶釗等研究發(fā)現(xiàn)煤粉在O2/CO2

氣氛下燃燒反應的動力學參數(shù)與空氣氣氛下燃燒時有明顯不同，隨著煤質(zhì)的提高,反應活化能均明顯增加。唐強等研究發(fā)現(xiàn)煤粉燃燒反應低溫段的活化能和頻率因子較高溫段低,反應級數(shù)較小。但駱仲泱等研究發(fā)現(xiàn)CO2

的存在沒有構(gòu)成對煤焦反應動力學的影響。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行了煙煤在模擬空氣和不同O2/CO2濃度下的燃燒試驗并通過傅里葉變換紅外光譜儀對S的釋放進行測量。CroisetE等研究發(fā)現(xiàn)在O2/CO2氣氛下SO2的轉(zhuǎn)化率由空氣氣氛下的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）煤灰自脫硫影響噴鈣脫硫因素：（1）溫度（2）停留時間（3）CO2濃度劉現(xiàn)卓和陳傳敏等研究發(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理是：1）均相反應。爐內(nèi)在高CO2

氣氛下產(chǎn)生的較高濃度的CO，進而產(chǎn)生較高的COS，在煤中氧化鋁的催化作用下COS與SO2發(fā)生反應生成單質(zhì)硫：2）非均相反應。爐內(nèi)高濃度的CO2抑制了碳酸鈣的分解，導致了碳酸鈣的直接脫硫反應，使得脫硫劑不易燒結(jié)：3）分解的碳酸鈣在高CO2氣氛下，再次生成碳酸鈣，具有很好的空隙結(jié)構(gòu)，更容易脫硫。4）煙氣循環(huán)會增加SO2停留時間，提高SO2的濃度，從而提高了脫硫效率。3.3.2影響NO的析出因素1）CO2的含量↑↓2）溫度↑↑但增加緩慢3）燃料/氧氣化學當量↑↓李慶釗等于巖等研究發(fā)現(xiàn)真實煙氣循環(huán)時，O2/CO2燃燒技術(shù)中揮發(fā)分還原再循環(huán)的NOx

是NOx減少的最主要原因。在O2/CO2循環(huán)燃燒過程中，NOx

顯著降低的主要原因為：1）由于O2/CO2

循環(huán)燃燒，杜絕了空氣，這樣就消除了熱力型和快速型NOx。2）高濃度CO2氣氛下，產(chǎn)生較多的CO；在高溫下，焦炭表面CO與NO進行催化反應，將NO還原為N2：3）煙氣循環(huán)，導致NO在爐膛中的停留時間增加，增強了NO與燃料N之間以及焦炭表面NO與CO的還原反應，從而提高了脫硝效率。結(jié)論：O2/CO2

循環(huán)燃燒過程中，采用爐內(nèi)噴鈣，能夠有效達到SO2

和NOx

協(xié)同脫除。3.4污染物脫除的中試研究段倫博等研究發(fā)現(xiàn)O2/CO2氣氛下,石灰石添加對燃煤NO排放有一定的減排作用,且在試驗溫度范圍內(nèi),隨著溫度的升高,其減排作用增強。日本的Kimura于1995年在1.2MW中型試驗臺上研究了煤O2/CO2循環(huán)燃燒過程中NOx的排放特性。加拿大Croiset在0.21MW的中型試驗臺上研究了28%、35%和42%的氧氣供給濃度下NOx

和SO2

的排放特性。華科建成了國內(nèi)第1個0.3MW的中型O2/CO2循環(huán)燃燒實驗臺，進行了在