富氧燃烧技术.ppt

* * * * * * * * * 富氧燃烧技术 内容提要 4 富氧燃烧技术简介 1 2 3 5 富氧燃烧煤燃烧特性 富氧燃烧污染物析出特性 应用 1 富氧燃烧技术简介 1.1 背景 我国能源消费中占据最重要的位置是煤 煤燃烧产生的有害排放物引起越来越多的重视 酸雨、臭氧层、温室效应 1.2 富氧技术简介 用比通常空气含氧浓度高的富氧空气进行燃烧，称为富氧燃烧。 O2/CO2燃烧技术/空气分离/烟气再循环 1981年Horne和Steinburg提出 美国阿贡国家实验室(ANL) 研究证明只需对常规锅炉进行适当的改造就可以采用此技术。 图1 富氧燃烧示意图 富氧燃烧技术主要由3 个基本步骤组成：空气分离、O2/ CO2 燃烧和电力产生、烟气压缩与脱水。 优点： （1）燃烧效率高；锅炉效率也提高了。 （2）燃烧产物中CO2的含量将达到95%左右，回收的费用更低。 （3）在液化处理以CO2为主的烟气时，SO2同时也被液化回收，可省去烟气脱硫设备。 （4）在O2/CO2的气氛下，NOx的生成将会减少，如果再结合低NOx燃烧技术，则有可能不用或少用脱氮设备。 （5）采用O2/CO2燃烧技术减少了烟气量，简化了烟气处理系统。燃烧温度可以由再循环的烟气量来控制。 存在问题： （1）氧气的生产设备以及CO2压缩设备增加了电耗。 （2）空气分离产生的大量副产品氮气还需要找到合适的处理利用途径。 （3）循环烟气中CO2的比热容较空气高且水蒸汽的含量也高，使燃烧推迟，需要对燃烧器进行改进研究。 （4）其他待研究的内容（如灰渣、换热、除尘）。 2 富氧燃烧煤燃烧特性 张永春等用x 射线光电子能谱(XPS)研究发现大同煤中的碳主要以芳香碳和脂肪碳的形式存在，燃烧气氛中CO2 的存在，加快了芳香碳和脂肪碳的减少，促进了酚碳、羰基和羧基的形成。 研究者对O2 /CO2 气氛下煤粉燃烧特性的研究主要包括： 着火特性、燃烧速率、燃尽特性、火焰传播速率等 2.1 富氧燃烧规律 Kimura N用小型试验台研究发现O2/CO2气氛下煤粉火焰不稳定且颜色发黑。 Kiga T在微重力燃烧试验台上进行了煤粉火焰传播速度的测试，发现O2/CO2气氛下火焰的传播速度明显低于在 O2/N2、O2/Ar 气氛下，提高O2浓度可使其有所改善。 Toshiyuki Suda等认为CO2的体积比热容较N2的高,造成O2/ CO2气氛中煤粉的火焰传播速度比相同氧含量的O2/N2气氛中下降1/3～1/5左右。 研究发现与空气气氛相同O2浓度的O2/CO2 气氛下煤粉着火及燃尽延迟，燃烧速率较低，燃尽温度高。 CO2直接取代N2不可行 影响因素： （1）O2浓度： Liu H、Klas A等研究发现将氧体积浓度提高至30%左右可获得与空气气氛下相当的燃烧特性。 李庆钊等研究发现提高O2 浓度对O2/CO2 气氛下煤粉的燃烧特性的影响主要表现在对残焦燃尽过程的改善。 （2）煤粉密度： 吴乐等研究发现在O2/CO2气氛下，随煤粉密度增加，燃尽温度升高，燃尽时间增加，煤样较难燃尽，提高氧气浓度可降低燃尽温度。 （4）温度： （3）挥发份： 段伦博等发现由于挥发分的脱除, 相同O2 浓度下煤焦的失重开始时间和失重终止时间比烟煤滞后, 最大失重率小于烟煤。 杨海平等研究发现CO2 对煤焦的气化反应是吸热反应, 随着温度的升高, 气化反应的速率提高, 对煤焦的燃尽产生不利影响。 但李庆钊等研究发现在高温条件下CO2 对煤焦的气化反应加剧，加快了煤粒的反应速率，使得燃尽程度增加。 4 2.2 富氧燃烧动力学特性 李庆钊等研究发现煤粉在O2 / CO2 气氛下燃烧反应的动力学参数与空气气氛下燃烧时有明显不同，随着煤质的提高,反应活化能均明显增加。 唐强等研究发现煤粉燃烧反应低温段的活化能和频率因子较高温段低,反应级数较小。 但骆仲泱等研究发现CO2 的存在没有构成对煤焦反应动力学的影响。 3 富氧燃烧污染物析出特性 3.1 SOx的析出特性 3.1.1 SOx的析出过程 段伦博等在常压热重分析仪上进行了烟煤在模拟空气和不同O2/CO2 浓度下的燃烧试验并通过傅里叶变换红外光谱仪对S的释放进行测量。 Croiset E等研究发现在O2 / CO2 气氛下SO2 的转化率由空气气氛下的91% 下降为约64%。 5 3.1.2 SOx的析出规律 研究发现：在O2/CO2气氛下，烟煤燃烧的SO2总生成量比在同等O2 浓度的空气气氛下小。 原因： 1）气氛中增加的CO造成的还原性气氛 2）煤灰自脱硫 3.2 喷钙脱硫特性 陈传敏等研究发现O2/CO2气氛下的硫化速度高于空气气氛。 原因： （1）高CO2浓度使石灰石燃烧反应减