加壓富氧條件下煤粉燃燒燃盡特性及CO2分離流程研究

《加壓富氧條件下煤粉燃燒燃盡特性及CO2分離流程研究》是依託北京交通大學，由何伯述擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：加壓富氧條件下煤粉燃燒燃盡特性及CO2分離流程研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：何伯述
• 依託單位：北京交通大學

項目摘要

加壓富氧燃燒技術是在常壓富氧燃燒技術的基礎上提出的一種新型富氧燃燒技術。與常壓富氧燃燒技術相比，加壓富氧燃燒技術既避免了系統內壓力大幅度變化而導致的損失，也大大提高了煙氣中水蒸氣的凝結溫度，使得從鍋爐排煙中回收水蒸氣的氣化潛熱成為可能，鍋爐效率可提高約3-4個百分點，具有很好的經濟性和套用前景。本項目主要通過理論分析及數值模擬手段，結合在熱重分析儀及小型加壓富氧燃燒實驗系統中的實驗研究，探索煤粉在不同壓力、不同O2/CO2比例氣氛下，煤粉的熱解、燃燒、燃盡特性與主要污染物SO2及NOx的生成排放特性，在此基礎上定量分析典型電站鍋爐爐內煤粉加壓富氧燃燒的輻射和對流換熱特徵以及煙氣的氣體成分構成與燃燒條件的關係，進而試圖確定有利的電站煤粉鍋爐加壓富氧燃燒條件，並完善與最佳化典型燃煤電站高CO2濃度煙氣中CO2的分離流程和捕集工藝，為傳統化石能源的大規模低碳利用探索新的途徑。

結題摘要

近年來，煤粉的富氧燃燒技術越來越受到國內外學者的關注。燃煤電站採用富氧燃燒技術後，煙氣中CO2的濃度可以達到90%以上，可直接進行壓縮固定，因此，富氧燃燒技術被認為是目前最有希望實現火電站CO2近零排放的技術之一。但是，現有的富氧燃燒技術空分系統和煙氣壓縮系統均在高壓下進行，而富氧燃燒系統在常壓下進行，必然會造成系統能量損失，經濟性不高。加壓富氧燃燒技術是在富氧燃燒技術的基礎上提出的，一方面，由於高壓下水蒸氣的凝結溫度升高，從煙氣中回收的潛熱可以用來凝結換熱，降低了再熱系統的熱負荷，從而可以部分彌補系統高壓運行損失的循環效率；另一方面，由於加壓富氧燃燒運行壓力較高，在煙氣壓縮環節只需較低的能耗便可實現CO2的液化。國內外相關研究表明，煤粉加壓富氧燃燒系統相對常壓系統具有更高的循環效率。本項目採用基礎理論、數值模擬和具體試驗相結合的方法，深入研究加壓富氧條件下煤粉的燃燒燃盡特性以及煙氣中的CO2分離與壓縮流程。基礎理論方面，基於K分布模型，對富氧氣氛下的輻射換熱進行了研究，構建了包括CO2、H2O和CO 三種氣體的全光譜資料庫模型。數值模擬方面，利用ASPEN PLUS 軟體，對煤粉加壓富氧燃燒系統進行了全流程模擬，包括不同壓力條件下的煙氣成分以及各個系統的能耗分析。實驗方面，套用固定床實驗台，分析了不同壓力條件下，煤粉富氧燃燒的煙氣成分；利用高壓TGA設備，研究了0.1MPa、1 MPa、2 MPa、3 MPa、4 MPa、5 MPa六種工況下煤粉的燃燒燃盡特性，包括著火溫度、燃盡溫度以及綜合燃燒指數等。結果顯示，隨著壓力的升高，有利於煤粉的燃燒與燃盡，3 MPa時煤粉的綜合燃燒指數達到最大值，而過高的壓力反而不利於煤粉的著火與燃盡。通過以上研究成果，可以進一步完善煤粉加壓富氧燃燒課題的研究，為煤炭資源的低碳利用提供新的方法與路徑。