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富氧燃燒器

與用普通空氣燃燒相比,富氧燃燒有以下優點:
1.高火焰溫度和黑度。
輻射換熱是鍋爐換熱主要的方式之一,按氣體輻射特點,只有三原子和多原子氣體具有輻射能力,原子氣體幾乎無輻射能力。所以在常規空氣助燃的情況下,無輻射能力的氮氣所占比例很高,因此煙氣的黑度很低,影響了煙氣對鍋爐輻射換熱面的傳熱。富氧助燃技術因氮氣量減少,空氣量及煙氣量均顯著減少,故火焰溫度和黑度隨著燃燒空氣中氧氣比例的增加而顯著提高,進而提高火焰輻射強度和強化輻射傳熱。一般富氧濃度在26%~3l%時最佳。
2.加快燃燒速度,促進燃燒安全。
燃料在空氣中和在純氧中的燃燒速度相差甚大,如氫氣在純氧中的燃燒速度是在空氣中的4.2倍,天然氣則達到10.7倍左右。故用富氧空氣助燃后,不僅使火焰變短,提高燃燒強度,加快燃燒速度,獲得較好的熱傳導,同時由于溫度提高了,將有利于燃燒反應完全。
3.降低燃料的燃點溫度和減少燃盡時間。
燃料的燃點溫度隨燃燒條件變化而變化。燃料的燃點溫度不是一個常數,如CO在空氣中為609℃,在純氧中僅388℃,所以用富氧助燃能提高火焰強度、增加釋放熱量等。
4.減少燃燒后的煙氣量,減小鍋爐體積。
隨著富氧空氣中含氧量的增加,理論空氣需要量減少,煙氣量減少。采用純氧燃燒時煙氣量減少近80%,故可以采用體積更小的鍋爐和輔助設備,減少工程造價。
5.減少污染物排放。
富氧燃燒煙氣量減少,使燃燒廢氣中的污染物濃度增加,可使廢氣處理更有效率。同時N2減少可減少熱力型NOx生成量。
6.有利于CO2的捕獲。
目前CO2捕獲主要有3種技術路徑:燃燒前捕捉、富氧燃燒捕捉和燃燒后捕捉。燃燒前捕捉主要通過IGCC來實現,其原理是通過化學反應將煤或石油殘渣等富碳燃料轉化為合成氣,由于將現有煤粉鍋爐改建為IGCC電廠幾乎不可能,因此IGCC技術僅適用于新電廠的建設。富氧燃燒捕捉:富氧燃燒技術的原理是用純氧燃燒同體燃料,由二氧化碳循環流控制燃燒。富氧燃燒產生的煙氣主要由水和二氧化碳組成,采用水分離技術在后端能比較容易地捕集到二氧化碳。富氧燃燒技術適用于新機組,也可應用于某些改造機組。燃燒后捕捉:這種技術目前相對簡便,能夠適應大型燃煤和燃氣機組,通過捕集裝置將電廠煙氣中的二氧化碳有選擇地去除。因此,富氧燃燒是很有前途的CO2分離方法。
但同時富氧燃燒還面臨很多問題:
1. 運行方面
由于富氧燃燒,爐膛溫度很高,需要采取措施(如煙氣再循環)降低爐膛溫度。
需要進一步了解富氧燃燒點火,火焰穩定性,耐腐蝕,傳熱的問題。
2. 污染物控制方面
由于燃燒環境變化,將改變污染物的形成,因此需要更多相關研究。
污染物的變化將影響現有污染物控制裝置。
在CO2捕捉與封存之前需要對其他污染物進行脫除。
3. CCS的成本問題
超臨界和超超臨界機組采用CCS,會使電廠效率降低11%-12%。
氧氣的分離和凈化需要消耗大量的能量。
在限制碳排放的國際大背景下,如何更高效、穩定和持續地利用有限的能源,是世界各國一直努力研究的課題。總結富氧燃燒的優缺點,鑒于富氧燃燒降低污染、節約能源及二氧化碳捕集等效益,只要能進一步降低富氧燃燒的成本和相關技術的成熟性,在環境污染問題和溫室效應日益嚴重的未來,富氧燃燒必然會有很好的發展前景。
近年來,富氧燃燒已成為各國積極研究發展之項目之一,根據中油公司研究,富氧燃燒技術未來研發重點如下:
1、加熱爐與燃燒器的設計開發
使用富氧燃燒所產生的溫度極高,需要大量回流煙道器以降低溫度避免損害爐體,但也因此增加了操作成本。目前國外公司已著手研發高性能鍋爐,希望耐熱溫度可達1500℃,無需回流煙道氣,并提高發電效率。
2、氧氣產生
目前氧氣分離技術之成本仍高,不利應用。
3、高濃度CO2煙道氣回流及壓縮
4、工廠整體熱整合操作及安全
3D预测汇总 截至2009年11月,全球CCS試行與設計包括捕集、封存、捕集及封存共192件,主要分布于北美洲、歐洲以及澳洲。然而,國內目前尚處于技術研發及封存潛能評估階段,富氧燃燒技術研究成果相當有限。由于研究經費龐大,單一單位執行不易,未來還有賴政府主導以整合各單位技術及資源,以收事半功倍之效。

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