氧燃料燃燒

氧燃料燃燒（oxy-fuel combustion）是一種新型的燃燒技術，其基本原理是將空氣中的氧氣分離出來作為氧化劑與循環煙氣一同送入爐中燃燒，循環煙氣的主要成分為CO2,因此爐中氣體主要為O2和CO2氣體，這?與傳統空氣燃燒過程中爐內以N2為主的燃燒氣氛不同。鍋爐尾部排除煙氣CO2濃度很高，可達95%便於CO2的直接捕獲，是控制溫室性氣體排放的非常有前景的技術。

基本介紹

• 中文名：氧燃料燃燒
• 外文名：oxy-fuel combustion

簡介

氧燃料燃燒（oxy-fuel combustion）是一種新型的燃燒技術，其基本原理是將空氣中的氧氣分離出來作為氧化劑與循環煙氣一同送入爐中燃燒，循環煙氣的主要成分為CO2,因此爐中氣體主要為O2和CO2氣體，這?與傳統空氣燃燒過程中爐內以N2為主的燃燒氣氛不同。鍋爐尾部排除煙氣CO2濃度很高，可達95%便於CO2的直接捕獲，是控制溫室性氣體排放的非常有前景的技術。

氧燃料燃燒基本原理

研究單位

國內外對氧燃料燃燒技術的研究已經開展了多年，取得了一定的進展，美國等技術先進國家已經建立了富氧燃燒示範性電站，國內的研究也已經開展了多年。其中國內東南大學、華中科技大學、清華大學、西安交通大學在該領域的研究處於領先地位，其中東南大學在該方面的研究較為系統並建立了小型工業化模型，趙長遂、盛昌棟、段鈺鋒等從事該領域研究多年取得了一些列成果。

與傳統空氣燃燒方式的差異

1、為了得到相似的絕熱火焰溫度,燃燒器中氧氣的濃度相對較高,在大約60%的煙氣循環下,輸入的氧氣濃度大約為30%左右,遠高於空氣條件下的21%。

2、鍋爐中高濃度的二氧化碳和水蒸氣導致了更高的氣體輻射率,在燃燒器中氧氣濃度小於30%的時候,在氧/燃料燃燒中鍋爐內才有相似的福射熱傳遞。

3、煙氣再循環之後,通過鍋爐的氣體流量減少了 80%。

4、因為二氧化碳的分子量為44,而氮氣只有28,所以煙氣的密度增加了

5、循環煙氣分為乾式循環和濕式循環,如果沒有去除循環中的水蒸氣而直接循環,那么腐燭性的含硫氣體會比空氣燃燒方式下有著更高的濃度。

4設備

空分設備(ASU)

在改進現有煤粉電廠時,首先要做的是用空分設備分離出供燃燒所需的氧氣。目前來說,能夠滿足所需體積和純度的空分技術是基於低溫蒸館上的。空氣被壓縮,冷卻,清潔之後引入到蒸饋塔分離成富氧流和富氮流。低溫空氣分離是高耗能的技術,如果想要達到95%的氧氣濃度則需要消耗0.24kWh/kg的能量。儘管氧燃料燃燒技術需要的空氣純度為85%-98%,這是低於工業的需求99.5%-99.6%,但是這些低溫蒸館過程卻消耗超過總功率輸出的15%。

二氧化碳淨化設備(CPU)

二氧化碳淨化設備包括氣體清潔設備,包括去除水分,顆粒物,和其他在煙氣中的污染物。氧燃料燃燒技術是非常適於改造的,傳統空氣燃燒設備中的選擇性催化還原(SCR),靜電除塵器(ESP),煙道脫硫裝置(FGD)等設備都可以繼續留用來脫出氮氧化物,顆粒物和煙道里的SOx。這些污染物的控制裝置也同樣適於與燃燒後用胺吸收法捕集相結合。無法冷凝的不純雜質,例如氧氣,在運輸過程中可能會引起氣燭損壞和腐燭,這些都會很大程度地影響到二氧化碳儲存的安全性。因此,除了去除酸性氣體如SOx和NOx,同時非冷凝氣體N₂,O₂也應該得到淨化。所以這一部分就必須包括級間冷卻的多級壓縮單元來分離出惰性氣體。

煙氣再循環系統(FGR）

再循環煙氣是用來替代氮氣,和調整燃燒溫度的。考慮到系統整體效率和操作可行性,煙氣可分成乾式和濕式兩種在省煤器尾部的不同位置處循環。在研究氧/燃料燃燒技術的早期,二氧化碳的純度並不是最關心的,脫硫脫稍設備也被認為不是必須的。因此,所有的煙氣都是從ESP後以乾式和濕式的形式出來。之後,Dillon等人建議煙氣一次流在不同位置循環用來運輸煤粉,煙氣二次流則用於改善能源效率。煙氣一次流必須乾燥,並再加熱到250-300℃來去除煤粉中的水分,二次流則用來在更高溫度處循環,並不需要乾燥來去除由於冷卻和再加熱而帶來的熱力學上的損失。而現在,由於管道運輸和儲存的要求對二氧化碳濃度有了更荀刻的要求。由於煙氣多次循環會導致二氧化硫的濃度高於傳統空氣燃燒方式下的2到3倍,所以對於中硫煤或者高硫煤來說，煙氣一次流必須至少部分脫硫,來避免造成磨煤機和煙氣管道中的腐燭。

加壓系統

這是近年來提出的,目的是通過補償煙氣中的潛在熱能來改善能源效率。壓力增加,煙氣體積減小,這樣促使了更小的裝置和在相同的輸出功率下減少資本成本。很多研究也報導了這個方面的技術經濟可行性,認為壓力增加能改善整體效率。