燃煤O_2/CO_2循环燃烧过程中SO_2与NO_x协同脱除的中试研究

由于温室气体影响导致的全球变暖和气候变化日趋严重,温室气体CO2的捕集和封存作为一个缓解气候变化潜在的技术越来越引起全世界的关注。O2/CO2循环燃烧被认为是一种效率高、风险小的CO2捕集方式。该文采用高硫(2.235%)的贫煤,在0.3MW中试台架上,对O2/CO2、O2/CO2喷钙和O2/CO2循环燃烧喷钙等3种工况进行了SO2和NOx协同脱除的研究。以空气气氛下的燃烧排放作为基准。研究表明:在高CO2气氛下,喷钙脱硫的效率得以显著提高,同时NOx的脱除效率也有明显提高;在O2/CO2循环燃烧喷钙的工况下,脱硫效率达96%,脱硝效率达89%,尾部烟气中SO2、NOx排放满足国家火电厂大气污染物排放标准的要求。

基于热经济学的O_2/CO_2循环燃烧系统和MEA吸附系统的技术-经济评价

化石燃料(特别是煤炭)燃烧所产生的CO_2已经越来越受到关注,O_2/CO_2循环燃烧方式和MEA(mono ethanol amine,单乙醇胺)吸附系统是两种重要的具有CO_2减排特征的能量转换系统.本文以某电厂300 MW燃煤机组为基础,以过程仿真技术为平台,利用热经济学成本分析的方法对该机组的两种CO_2减排方式(O_2/CO_2循环燃烧方式和MEA吸附方式)进行了技术-经济评价,并比较它们的经济性能.系统评价指标选定为系统的发电成本(cost of electricity)和CO_2减排成本(CO_2 avoidance costs).分析结果显示:无论是哪一个指标,O_2/CO_2循环燃烧系统都要比MEA吸附系统小一些,O_2/CO_2循环燃烧系统更经济、更可取.

50kW循环流化床O_2/CO_2气氛下煤燃烧及污染物排放特性

在热输入功率为50 kW的循环流化床富氧燃烧综合试验台上进行徐州烟煤和龙岩无烟煤在空气、21%O2/79%CO2、30%O2/70%CO2和40%O2/60%CO2气氛下的燃烧试验,考察气氛对温度、燃烧效率和污染物排放的影响。结果表明,2种煤在不同气氛下均燃烧稳定;沿炉膛高度方向,温度先升高后降低;随着氧化介质中O2浓度的增加,温度水平上升;随着氧化介质中O2浓度的提高,燃烧效率提高;空气气氛下燃烧效率介于21%O2/79%CO2和30%O2/70%CO2气氛之间;未添加脱硫剂时,随着氧化介质中O2浓度的提高,烟煤和无烟煤燃烧SO2排放浓度提高;21%O2/79%CO2气氛下,NO排放量比空气气氛下低;随着O2浓度的升高,NO排放量升高;21%O2/79%CO2气氛CO排放量比空气气氛下大很多,但随着O2浓度的升高,CO排放量迅速下降。

循环流化床O_2/CO_2燃烧技术的最新进展

对循环流化床O2/CO2燃烧技术的研究现状进行了总结,阐述了其燃烧特性和污染物排放特性,分析了O2/CO2燃烧对循环流化床锅炉设计的影响,并从技术经济角度衡量了其成本,分析了需要解决的关键问题.指出循环流化床O2/CO2燃烧技术在其发展过程中不存在难以逾越的技术瓶颈,与其它CO2减排技术相比具有一定的经济优势,是值得重点研究的一项洁净煤燃烧技术.

O_2/CO_2气氛下循环流化床煤燃烧污染物排放的试验研究

富氧燃烧技术不仅能使分离收集CO2和处理SO2容易进行,还能减少NOX排放,是一种能够综合控制燃煤污染物排放的新型洁净燃烧技术。进行了O2/CO2气氛和O2/N2气氛下的循环流化床煤燃烧试验,重点分析了煤燃烧生成的污染物NOX、SO2的排放规律及石灰石脱硫效率,进行了循环流化床富氧燃烧系统的平衡分析并得到了相关试验的证实,为循环流化床富氧燃烧技术的工业应用做了基础和重要的准备。

O_2/CO_2循环燃烧中NO_x的中试实验研究

O_2/CO_2循环燃烧技术不仅便于回收烟气中CO_2,还能大幅度减少SO_2和NO_x排放。在国内第一台中试规模O_2/CO_2循环燃烧台架上,对炉膛内部不同燃烧区域和尾部烟气的NO_x排放进行研究。结果表明,本实验台架燃烧一段是NO_x排放的重点提升区,Air气氛下NO_x浓度上升了109.7%,在O_2/CO_2和O_2/RFG气氛下NO_x浓度没有明显增加,分别上升23.2%和21.6%,燃烧二段NO_x浓度基本没发生变化。尾部烟气中,与Air工况相比,O_2/CO_2循环燃烧工况下脱硝率为83.41%,另外喷钙对NO_x的脱除也有不同程度的提升。

O_2/CO_2循环燃烧方式下矿物元素蒸发特性的热力学研究(英文)

运用热力学平衡计算方法(F*A*C*T)对O2/CO2循环燃烧方式下矿物元素的蒸发特性进行了研究,并采用高温热天平进行了实验验证。结果表明,各矿物元素蒸发的主要形态分别是Na(K)Cl(g),FeO(g)和SiO(g),反应气氛和温度对矿物元素蒸发形态和蒸发率有明显影响。O2/CO2循环燃烧方式下矿物元素的蒸发率均小于常规空气燃烧,尤其是还原性气氛中,当温度为2 400 K时,常规空气燃烧矿物总蒸发率为9.65%,而O2/CO2循环燃烧方式矿物元素总蒸发率仅为4.46%。实验值比计算值略高,但主要趋势相同。

旋流型O_2/CO_2煤粉燃烧器的流动及燃烧试验研究

O2/CO2循环燃烧技术可以提高烟气中的CO2浓度(90%以上),被认为是一种效率高、风险低的CO2捕集方式,易于在现有火力发电锅炉技术的基础上进行应用或改造。对旋流型O2/CO2煤粉燃烧器进行了冷态流场试验,并在0.3MW的热态试验台上进行了该燃烧器的空气气氛和O2/CO2气氛下的煤粉燃烧实验。研究结果表明,沿该燃烧器出口圆周上的速度分布比较均匀,在流场中心有回流区形成,回流区的相对长度L=1.38～1.70,相对宽度为B=0.39～0.53,扩张角β=36°～50°。该燃烧器形成的流场能够较好地满足煤粉在空气条件、O2/CO2气氛条件下着火燃烧的需要。煤粉在O2/CO2气氛,O2浓度为23%时,其着火性能优于常规空气,且燃烧后的烟气中CO2浓度可以达到90%以上。

循环流化床锅炉富氧燃烧与CO_2捕集发电机组运行能耗影响因素分析

在干、湿烟气再循环方式下,建立采用空气启动方式的富氧燃烧循环流化床锅炉助燃气体动态计算模型和烟气成分动态变化计算模型。基于实际气体的P-R状态方程,采用偏离函数法建立空气分离单元和CO_2压缩纯化单元运行能耗计算模型。在此基础上,对循环流化床锅炉富氧燃烧与CO_2捕集发电机组的运行能耗影响因素进行定量分析计算,得到氧气纯度、氧气浓度、过量氧气系数、锅炉漏风系数及不同烟气再循环方式对发电机组运行能耗的影响。

O_2/N_2、O_2/CO_2和O_2/CO_2/NO气氛下煤粉燃烧NO_x排放特性

利用滴管炉研究了O2/N2、O2/CO2和O2/CO2/NO气氛下煤燃烧过程中NOx的排放特性。实验结果表明,在O2/N2和O2/CO2气氛下,高温或高O2浓度均使NO排放量增加。O2/CO2气氛下NO排放量比O2/N2气氛下NO排放量低大约30%-40%。在O2/CO2/NO气氛下,温度不同时,O2浓度变化对NO排放量的影响规律不同,对循环NO降解的影响规律也不同。高温不利于循环NO降解。随停留时间的延长NO排放量出现两个峰值。

CO_(2)和H_(2)O气化反应对富氧气氛煤热解和焦炭燃烧影响进展

富氧燃烧技术作为一种具有广阔前景的燃煤电站CO_(2)减排技术,对实现可持续发展的能源目标具有重要意义。由于CO_(2)和H_(2)O物理性质和气化反应的影响,煤在富氧气氛中的转化过程可能明显异于空气气氛。通过分析已有文献发现,CO_(2)对煤热解过程中挥发分的析出率和焦炭的物理结构和化学性质有一定影响,但较少学者关注CO_(2)和H_(2)O混合气体物性的作用。在煤或焦炭燃烧过程中,CO_(2)的高比热和低氧扩散速率对燃烧反应有明显抑制作用,但可能是由于H_(2)O浓度差异的原因,目前对CO_(2)和H_(2)O混合气体物性在燃烧过程中的影响机制还有争议,尤其是缺少加压下的数据。对于气化反应的影响,目前研究表明,CO_(2)单气化和CO_(2)/H_(2)O共气化提高了煤热解时挥发分轻质气体的产率,但焦炭产率却有所降低,而压力增加强化了这一影响。此外,气化作用下的煤焦可能由于表面积增加而提高了反应活性,其表面官能团结构也因气化而发生改变。关于煤或焦炭燃烧反应,目前普遍认为CO_(2)气化在温度较高和氧气浓度较低时可促进燃料碳消耗,H_(2)O的加入则进一步加速了这一过程。随着环境压力的升高,CO_(2)气化反应在燃料碳消耗中占比逐渐增大,但对于加压下CO_(2)/H_(2)O共气化的影响鲜有涉及。本研究总结了富氧气氛中CO_(2)和H_(2)O气化作用下的煤热解和焦炭燃烧行为,为今后富氧燃烧技术的发展提供了理论参考。

O_2/CO_2气氛下煤焦燃烧实验研究

在热重分析仪上进行了不同气氛下徐州烟煤及其煤焦的燃烧实验,分析了O2浓度、CO2浓度和颗粒粒径等参数对其燃烧特性的影响;并对其进行了燃烧动力学分析。结果表明,气氛对煤和煤焦开始脱挥发分的时间影响不明显,但对其燃烧速率和燃尽时间影响很大;高浓度CO2使煤焦的燃尽时间延长。气氛没有改变煤焦的燃烧反应动力学机理。O2浓度提高、CO2浓度降低和煤粉细化均可改善燃料的燃烧特性,但对煤焦的改善程度比对烟煤的小。扫描电镜(SEM)结果显示,同等O2浓度下O/CO气氛较空气气氛煤灰表面孔隙结构更丰富。

不同粒径煤粉在O_2/CO_2气氛下的燃烧特性

用TG研究了不同粒径煤粉在空气和O2/CO2气氛下的燃烧特性,对比分析了两种气氛下不同粒径对煤粉特征温度和特征指数的影响情况.结果表明,O2/CO2气氛下,粒径对煤粉燃烧的影响要大于空气气氛,且挥发分含量越高的煤种其影响越大.相比空气气氛,O2/CO2气氛下煤粉的燃烧特性随粒径变化会呈现较大的波动性,且随着煤种挥发分含量的增加,小粒径段煤粉的波动性增强.可以通过提高氧浓度来减少燃烧波动的影响.

O_2/CO_2气氛下煤燃烧SO_2/NO析出特性

在水平管式炉上研究了O2浓度、CO2浓度、温度及石灰石添加等各参数对O2/CO2气氛下徐州烟煤和龙岩无烟煤燃烧过程中SO2/NO排放特性的影响。结果发现,O2/CO2气氛下,烟煤和无烟煤燃烧SO2/NO的析出规律与空气气氛下不同,同等O2浓度下析出量比空气气氛下小。O2/CO2气氛下,随着O2浓度的提高,烟煤和无烟煤SO2/NO排放量均增大;随着CO2浓度的升高,SO2/NO排放量均减小。O2/CO2气氛下,石灰石添加对SO2排放的抑制作用低于空气气氛下;石灰石添加对NO的排放有一定减排作用。对煤灰的元素分析显示O2/CO2燃烧对SO2的抑制主要是由于煤灰的自固硫能力增强,而对NO的减排作用则是促进燃料N向其他含N气体的转换。

O_2/CO_2燃烧技术及其污染物生成与控制

O2/CO2燃烧方式更适合于煤的燃烧,经干燥脱水后烟气中CO2的浓度可达95%以上。该技术不仅便于回收烟气中CO2,还能大幅度地减少SO2和NOx排放,实现污染物的一体化的协同脱除,是一种清洁、高效的燃煤发电技术。介绍了O2/CO2燃烧技术及其发展历程,回顾了近10年来该技术在燃烧与传热特性、污染物生成与控制的理论和实验研究的进展,在此基础上提出了这一技术领域中尚待解决的问题,展望了今后的研究方向。

O_2/CO_2气氛煤焦的燃烧及其孔隙结构变化

采用热力工况与实际煤粉炉相近的沉降炉实验装置,制备了不同环境气氛下(O2/N2及O2/CO2气氛)、不同燃尽率的煤焦试样,并采用低温氮吸附仪和扫描电子显微镜测定了其孔隙结构和表面形貌。结果表明,在相同的操作条件下,相同O2浓度的O2/CO2气氛下煤焦的燃烧速率较慢、燃尽率较低,各试样的孔比表面积和比孔容积均较小。两种气氛下燃尽过程孔结构参数(SBET和VBJH)均呈减小趋势,且在孔径变化较明显的区域内(<5 nm)在CO2气氛下煤焦的孔径分布较小且与煤种相关。SEM图像显示CO2气氛下的煤焦表面致密,孔隙较少,其定性结果与N2吸附法的定量测量结果吻合较好。

煤粉O_2/CO_2燃烧时PM_(2.5)及其Fe、S的生成特性

沉降炉实验研究了煤粉O2/CO2燃烧时PM2.5的生成特性和主要成灰元素中危害较大的Fe、S元素生成特性。实验用DT烟煤、NMG褐煤和XLT褐煤,实验温度1300℃,在O2/CO2=1∶9,1∶4,3∶7和O2/N2=1∶4气氛下燃烧。低压撞击器（DLPI）按不同粒径大小从0.03-9.8μm共分为13级,分别收集燃烧后的PM10。实验结果表明,O2/CO2燃烧生成的颗粒物均成三模态分布,分别存在于0.15μm附近、1.58μm附近和3μm以上;相比O2/N2,O2/CO2燃烧可有效减少PM2.5的生成,O2/CO2燃烧适当降低氧含量也可有效减少PM2.5的生成;O2/CO2燃烧方式有效地降低了PM2.5中Fe、S元素的生成浓度;Fe、S在PM2.5中总浓度均较大,超细模态和中间模态颗粒物中S的浓度均较大,中间模态中S的总浓度甚至可能大于超细模态,Fe主要存在于中间模态颗粒物中;不同煤种生成的PM2.5中S的浓度随燃烧方式和氧含量的变化呈现不同的规律。

O_2/CO_2气氛下煤粉燃烧热重分析及动力学特性

在综合热分析仪上进行了3种煤粉在O2/N2及O2/CO2气氛下的非等温燃烧试验,研究了不同气氛下煤粉燃烧特性参数的变化,并计算出各工况下的动力学参数。结果表明:在相同O2浓度下,煤粉在O2/N2和O2/CO2气氛下燃烧特性有所不同,用CO2代替N2后煤粉着火温度和燃尽温度均升高,燃烧时间延长,综合燃烧特性指数下降;O2/CO2气氛下,增加O2浓度后,燃烧热重曲线向低温区域移动,着火提前,燃尽温度降低,燃烧时间缩短,综合燃烧指数明显提高,燃烧性能得到改善;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;不同工况下,煤粉2个阶段的反应活化能和频率因子之间存在动力学补偿效应。

O_2/CO_2气氛下无烟煤及烟煤燃烧NO释放特性对比试验研究

研究了一种烟煤和一种无烟煤在氧气体积浓度21%～100%的O2/CO2气氛下的水平管式炉中1073K时的NO生成特性。结果表明O2/CO2气氛下的NO的生成量小于空气条件下的一半。在焦炭表面生成的CO是减少NO生成的主要原因。O2/CO2下燃料N向NO的转化率随氧气的浓度增加上升,并在较高氧气浓度时持平。NO的析出过程受煤种的影响。烟煤在挥发分析出阶段有一定的NO伴随大量CO析出而生成,而无烟煤则没有。无烟煤的NO转化率比烟煤高。

O_2/CO_2气氛下煤燃烧产物的热力学分析

利用ASEPN PLUS软件平台对O2/CO2气氛下煤的燃烧产物进行了热力学模拟计算,计算中对煤在O2/CO2气氛下和空气中的燃烧产物进行了对比,研究在O2/CO2气氛下燃烧温度、过量氧系数φ对煤燃烧产物的影响。结果表明,煤在O2/CO2气氛下燃烧,形成的NOx量远低于空气气氛中的生成量;随温度和φ增大,NOx量增大;温度对SO2和SO3量的生成影响很小;当φ<1时,随φ增大SO2的量增大,当φ>1时,φ变化对SO2量影响不大;随φ增大,SO3有微量增长。计算表明应用ASPEN PLUS模拟煤的富氧燃烧是可行的。