富氧燃烧技术在碳捕集方面的应用
碳捕集利用与封存工程技术装备与技术服务方案(二)
碳捕集、利用与封存工程、技术装备与技术服务方案一、概述随着全球气候变化问题日益严重，减少碳排放已成为各国政府和企业的首要任务。
碳捕集、利用与封存（CCUS）技术作为一种具有潜力的解决方案，对于实现碳中和目标具有重要意义。
本方案旨在从产业结构改革的角度出发，全面探讨CCUS工程、技术装备与技术服务方案，以期为相关企业和政府提供决策支持。
二、工作原理1.碳捕集：通过各种技术手段，如燃烧后捕集、燃烧前捕集和富氧燃烧等，从工业过程、能源生产和交通运输等源头捕获二氧化碳。
2.碳利用：将捕获的二氧化碳转化为高附加值的化学品或燃料，如甲醇、甲烷、甲酸等。
3.碳封存：将捕获的二氧化碳通过地质封存、海洋封存或大气封存等方式进行长期储存，以减少其释放到大气中的可能性。
三、实施计划步骤1.需求分析：对目标行业或企业进行需求分析，确定碳捕集、利用与封存的具体需求。
2.技术选择：根据需求分析结果，选择合适的技术手段和装备。
3.项目设计：制定详细的工程设计方案，包括设备选型、工艺流程等。
4.项目实施：按照设计方案进行项目实施，包括设备采购、安装调试等。
5.项目运行与维护：对项目进行日常运行和维护，确保项目稳定运行。
四、适用范围本方案适用于钢铁、电力、化工等高碳排放行业，以及交通运输、建筑等其他领域。
通过推广CCUS技术，可有效降低这些行业的碳排放量，推动产业结构向低碳化方向转型。
五、创新要点1.技术创新：采用先进的碳捕集技术，提高捕集效率；利用新型碳利用技术，实现二氧化碳的高效转化；探索新的碳封存方法，确保长期储存的安全性。
2.模式创新：构建CCUS产业链，实现碳捕集、利用与封存的协同发展；推动政府、企业和社会资本共同参与CCUS项目，形成多元化投资格局。
3.政策创新：制定和完善相关政策法规，为CCUS技术的发展提供政策支持；建立碳排放权交易市场，推动企业主动参与CCUS项目。
六、预期效果与收益通过本方案的实施，预计可实现以下效果：1.降低碳排放量：通过碳捕集、利用与封存技术，可有效降低相关行业的碳排放量。
富氧燃烧碳捕获项目简介
应城富氧燃烧机组施工组织总设计前言项目简介35MWth富氧燃烧碳捕获关键技术、装备研发示范工程是华中科技大学的一个国家科技支撑计划项目，该项目最大特色是应用富氧燃烧和碳捕获技术。
富氧燃烧是指用比通常空气（含氧20.1%）含氧浓度高的富氧空气进行燃烧,富氧燃烧技术采用技术成熟的深冷分离法，利用液化后各组分沸点差异来精馏分离得到富氧，富氧燃烧能提高火焰温度，加快燃烧，降低火焰燃点，减少排气量，增加热量利用率，能极大的提高锅炉燃烧效率。
碳捕获与封存（Carbon Capture andStorage，简称CCS）是指将排放的二氧化碳收集起来，并用各种方法储存以避免其排放到大气中的一种技术。
CCS 技术包括二氧化碳捕集、运输以及封存三个环节，它可以使单位发电碳排放减少85%-90%。
从锅炉中排出的废气要被输入一个废气冷却装置,与此同时,清除其中的微粒以及进行除硫，之后,干净的废气即将进入捕碳阶段:在一个巨大的容器中,溶剂即将“清洗”干净的废气,并把二氧化碳置换出来。
接下来,二氧化碳和溶剂的混合物在一个独立的罐中加热,产生出一股纯粹的二氧化碳以及重新释放了溶剂,此溶剂又随之被回收到上述的清洗环节。
它采用的化学反应原理是氨与二氧化碳反应后,形成碳酸氢铵或碳铵。
在接下来的两步中,纯粹的二氧化碳将被压缩至不到其平时所占空间的1%。
最后,压缩的二氧化碳已经彻底准备好了被送到最终储存的地理场所地下、海底等。
本项目针对我国电力行业低碳发展的需求，开展基于富氧燃烧技术的燃煤锅炉大规模碳捕获技术开发和先导性工程示范，突破专用燃烧器开发、富氧燃烧锅炉设计及运行优化、专用低成本空分等关键技术的研发。
本项目利用久大应城制盐有限责任公司废弃的65t锅炉厂房，建造一台全新的35t锅炉系统。
施工内容为：锅炉本体、风烟系统、电除尘、双碱脱硫、制粉系统、工艺管道、热控及部分电气等施工；土建部分含原厂房拆除、地基处理、垫层、地梁、承台基础及相应的沟、槽等；本施工项目还包括防腐工程、接地及电缆桥架等。
能源行业碳捕集利用技术
能源行业碳捕集利用技术在全球气候变化的大背景下，减少温室气体排放成为了全人类共同面临的重大挑战。
能源行业作为碳排放的主要来源之一，其减排任务尤为艰巨。
碳捕集利用技术作为一种重要的减排手段，正逐渐引起人们的广泛关注，并在能源领域展现出巨大的潜力。
碳捕集利用技术，顾名思义，就是将能源生产过程中产生的二氧化碳进行捕获和收集，然后通过一系列的处理和转化，将其变为有用的产品或进行妥善的封存，从而达到减少碳排放的目的。
首先，让我们来了解一下碳捕集技术。
目前，常见的碳捕集方法主要包括燃烧后捕集、燃烧前捕集和富氧燃烧捕集。
燃烧后捕集技术是在燃烧过程完成后，从烟道气中分离二氧化碳。
这种方法相对成熟，适用于大多数现有的火力发电厂。
常用的分离技术有化学吸收法，比如使用胺类溶剂来吸收二氧化碳。
但这一技术也存在一些问题，比如溶剂的再生需要消耗大量的能量，增加了整个系统的运行成本。
燃烧前捕集则是在燃料燃烧之前，将其转化为氢气和二氧化碳的混合气，然后分离出二氧化碳。
这种方法通常应用于以煤气化为基础的能源系统，但技术复杂，成本较高。
富氧燃烧捕集技术是通过使用高纯度的氧气代替空气进行燃烧，从而得到高浓度的二氧化碳气流，便于后续的捕集。
不过，这需要配套的制氧设备，也会增加系统的复杂性和成本。
接下来，我们再看看碳利用技术。
碳利用的途径多种多样，其中比较有前景的包括地质利用、化工利用和生物利用。
地质利用是将二氧化碳注入地下，用于提高石油采收率、增强煤层气回收或者进行永久封存。
例如，将二氧化碳注入油田，可以降低原油的黏度，使其更容易被开采出来，同时实现了二氧化碳的封存。
化工利用则是将二氧化碳作为原料，生产化学品和材料。
比如，通过催化反应将二氧化碳转化为甲醇、甲酸等化学品，或者用于合成高分子材料。
生物利用主要是利用植物的光合作用，将二氧化碳转化为生物质。
例如，通过大规模种植能源作物，吸收二氧化碳，并将其转化为生物燃料或生物基材料。
能源行业碳捕集利用技术的发展，虽然面临着诸多挑战，但也带来了不少机遇。
燃煤电厂碳捕获与封存技术现状及其应用前景展望
燃煤电厂碳捕获与封存技术现状及其应用前景展望刘洋【摘要】现阶段及未来相当一段时间内我国能源仍将以化石燃料作为主要能源,其中燃煤电厂是CO2的一个主要集中排放源.《巴黎气候变化协定》制定了全球应对气候变化的长期目标,我国政府也作出了实行能源消费总量和强度双控制度的承诺.降低燃煤电厂CO2排放已被视为中国完成CO2减排目标的关键领域.因此研究燃煤电厂CO2的捕获与储存技术及其应用前景,探讨CO2的资源化技术方向,对控制CO2的减排、保护大气环境具有十分重要的意义.【期刊名称】《能源环境保护》【年(卷),期】2017(031)003【总页数】5页(P1-5)【关键词】燃煤电厂;碳捕获与封存;资源化【作者】刘洋【作者单位】华北电力大学能源动力与机械工程学院,北京102206【正文语种】中文【中图分类】X7012016年4月22日中国在联合国正式签署了《巴黎气候变化协定》，2016年9月3日批准了该协定。
《巴黎气候变化协定》旨在控制主要由碳排放而导致的气温升高，设立了将全球平均气温升幅控制在2℃以内的长期目标，并为将气温升幅控制在1.5℃ 以内而努力，对2020年后全球应对气候变化的行动作出了框架性安排。
按照协定中国明确了CO2排放2030年左右达到峰值并努力尽早达峰等一系列行动目标，到2030年单位国内生产总值CO2排放将比2005年下降60%到65%并将行动目标纳入国家整体发展议程。
中国“十三五”规划纲要确定，未来五年单位国内生产总值CO2排放量下降18%，实行能源消费总量和强度双控制度，实施近零碳排放区示范工程，建设全国碳排放权交易市场，大幅增加森林碳汇，以兑现在《巴黎气候变化协定》中所做的承诺。
燃煤电厂是CO2的一个主要集中排放源，目前全球燃煤产生的CO2是90亿吨/年，占CO2排放总量的30%左右，大约占全球人类活动排放CO2的24%，而在中国这一比例高达40%，因此降低燃煤电厂碳排放已被视为中国完成碳减排目标的关键领域。
钢铁行业如何实现碳捕集利用和储存
钢铁行业如何实现碳捕集利用和储存在全球应对气候变化的大背景下，减少碳排放已成为当务之急。
钢铁行业作为能源消耗和碳排放的大户，面临着巨大的减排压力。
碳捕集利用和储存（CCUS）技术被认为是实现钢铁行业深度减排的关键途径之一。
钢铁生产过程中碳排放主要来源于两个方面：一是化石燃料的燃烧，如炼焦、烧结、高炉炼铁等工序；二是化学反应过程中的碳排放，如高炉炼铁过程中产生的二氧化碳。
要实现钢铁行业的碳捕集利用和储存，需要从多个环节入手。
首先，在能源替代方面，加大对清洁能源的使用比例是一个重要方向。
例如，利用太阳能、风能、水能等可再生能源来替代传统的煤炭、石油等化石能源，从而减少碳排放。
同时，积极推进氢能在钢铁生产中的应用也是一个有前景的选择。
氢能作为一种清洁的能源，在炼铁、炼钢等环节具有潜在的应用价值。
但目前氢能的制取、储存和运输成本较高，需要进一步的技术突破和政策支持。
其次，提高能源利用效率也是降低碳排放的关键。
通过优化生产工艺、采用先进的节能设备和技术，可以有效地减少能源消耗，从而降低碳排放。
例如，采用高效的余热回收技术，将生产过程中产生的余热进行回收利用，用于发电、供暖等；改进高炉炼铁工艺，提高炉料的透气性和还原效率，降低燃料消耗；采用先进的轧钢技术，减少轧制过程中的能量损失。
在碳捕集环节，目前主要有三种技术路线：燃烧后捕集、燃烧前捕集和富氧燃烧捕集。
燃烧后捕集是在燃烧过程完成后，从烟道气中捕集二氧化碳。
这种方法适用于大多数现有的钢铁厂，但捕集成本相对较高。
燃烧前捕集则是在燃料燃烧前将其转化为富含氢气和一氧化碳的合成气，然后将二氧化碳分离出来。
这种方法的效率较高，但需要对现有工艺进行较大的改造。
富氧燃烧捕集是通过使用高浓度的氧气进行燃烧，从而提高二氧化碳的浓度，便于捕集。
然而，富氧燃烧技术需要解决氧气制取和供应的问题。
对于捕集到的二氧化碳，如何进行有效的利用和储存是实现 CCUS技术价值的关键。
在利用方面，二氧化碳可以用于化工生产、食品饮料行业、强化石油开采等领域。
富氧燃烧碳捕集关键技术
富氧燃烧碳捕集关键技术富氧燃烧碳捕集（Oxy-fuel Combustion Carbon Capture，OFCCC）是一种用于减少二氧化碳（CO2）排放的技术，它结合了富氧燃烧和碳捕集两种关键技术。
以下是这两个关键技术的简要说明：1. 富氧燃烧技术：富氧燃烧是一种改进的燃烧技术，其中使用富含氧气的气氛代替空气作为燃烧过程的氧源。
在传统的空气燃烧中，氮占空气的大部分体积，导致产生大量氮氧化物和CO2，使二氧化碳捕集变得更为困难。
而在富氧燃烧中，氮的含量显著降低，几乎所有气体都是氧和燃料的混合物，使得产生的烟气主要包含水蒸气和二氧化碳。
2. 碳捕集技术：碳捕集是指从工业排放源中捕获和提取二氧化碳，防止其进入大气并造成温室效应。
常见的碳捕集技术包括物理吸附、化学吸附、膜分离等。
在富氧燃烧碳捕集中，常用的方法是通过后燃烧过程中的气体分离和净化，将CO2从其他气体中分离出来。
这通常涉及使用各种吸附剂或溶剂，以吸附或吸收CO2。
富氧燃烧碳捕集关键技术的挑战和发展：能源效率： 富氧燃烧可能会降低能源系统的效率，因为提供纯氧通常需要额外的能量。
因此，技术的发展需要克服这一挑战，以确保能源系统的整体效益。
设备成本： 富氧燃烧和碳捕集设备的建设和维护成本相对较高。
技术的成熟和规模化可以帮助降低这些成本，使其更具吸引力。
二氧化碳的后处理： 将捕集到的二氧化碳进行储存或利用是一个重要的问题。
开发高效、安全和经济的二氧化碳后处理技术是富氧燃烧碳捕集的另一个关键方面。
系统集成： 将富氧燃烧和碳捕集集成到现有能源系统中是一个复杂的工程问题。
需要综合考虑系统的各个方面，确保其在实际工业应用中的可行性和有效性。
富氧燃烧碳捕集技术在减缓气候变化和实现清洁能源转型方面具有潜在的重要性，然而，要实现其广泛应用，仍需不断的技术创新和工程实践。
燃煤电厂碳捕集、利用与封存技术路线选择
燃煤电厂碳捕集、利用与封存技术路线选择一、本文概述随着全球气候变化问题日益严峻，减少温室气体排放成为国际社会关注的焦点。
作为全球最大的碳排放源之一，燃煤电厂的碳排放控制和减排显得尤为重要。
近年来，燃煤电厂碳捕集、利用与封存（CCUS）技术作为一种有效降低碳排放的手段，受到了广泛关注。
本文旨在探讨燃煤电厂碳捕集、利用与封存技术的不同路线，分析其技术特点、经济性、环境影响等方面，以期为我国燃煤电厂碳减排提供科学合理的决策依据。
本文首先介绍了燃煤电厂碳捕集、利用与封存技术的基本原理和关键技术环节，包括碳捕集技术、碳运输技术、碳利用技术和碳封存技术。
本文详细分析了各种碳捕集技术路线的优缺点，如化学吸收法、物理吸收法、膜分离法等，并对比了各种技术的适用范围、成熟度和经济性。
本文还探讨了碳捕集后二氧化碳的利用途径，如 Enhanced Oil Recovery（EOR）、化工合成、生物固定等，并分析了各种利用途径的经济性和环境影响。
在分析碳捕集、利用技术的基础上，本文进一步探讨了碳封存技术路线的选择，包括地质封存、海洋封存和矿物碳化封存等。
本文分析了各种封存技术的可行性、安全性和环境影响，并探讨了碳封存项目的风险管理。
本文结合我国燃煤电厂的实际情况，提出了适合我国国情的燃煤电厂碳捕集、利用与封存技术路线选择建议，以期为我国燃煤电厂碳减排提供参考。
本文的研究成果对于推动我国燃煤电厂低碳发展、实现能源结构优化具有重要意义。
二、燃煤电厂碳排放现状及影响燃煤电厂作为能源供应的主要来源之一，在全球范围内发挥着重要作用。
其产生的二氧化碳（CO2）排放也是全球温室气体排放的主要来源。
据统计，全球约40的CO2排放来自燃煤电厂。
在我国，煤炭作为主要能源，燃煤电厂的碳排放量占据了全国碳排放总量的近一半。
这一现状不仅加剧了全球气候变化的危机，也对环境、经济和社会造成了深远影响。
燃煤电厂排放的CO2是造成全球气候变暖的主要原因之一。
碳捕集技术的研究与应用前景
碳捕集技术的研究与应用前景在全球气候变化的大背景下，减少温室气体排放已成为当务之急。
而碳捕集技术作为一项重要的应对策略，正受到越来越多的关注和研究。
碳捕集技术，简单来说，就是将二氧化碳从工业生产、能源利用等过程中分离出来，然后进行储存或利用，以减少其向大气中的排放。
这一技术的发展对于缓解气候变化、实现碳中和目标具有重要意义。
目前，碳捕集技术主要包括燃烧后捕集、燃烧前捕集和富氧燃烧捕集等几种方式。
燃烧后捕集是在燃烧过程完成后，从烟道气中分离二氧化碳。
这种方法适用于现有的大多数发电厂和工业设施，但面临着成本较高、能耗较大等挑战。
例如，化学吸收法是燃烧后捕集常用的技术之一，通过让烟道气与化学吸收剂接触，吸收剂选择性地吸收二氧化碳，然后通过加热等方式将二氧化碳释放出来。
然而，吸收剂的再生过程需要消耗大量的能量。
燃烧前捕集则是在燃料燃烧之前，将其转化为氢气和二氧化碳，然后分离二氧化碳。
这种方法通常与整体煤气化联合循环（IGCC）发电技术相结合，具有较高的捕集效率，但技术复杂度和成本也相对较高。
富氧燃烧捕集是通过使用纯氧或富氧空气进行燃烧，从而产生高浓度的二氧化碳尾气，便于后续的捕集。
不过，这需要对燃烧系统进行大规模改造，并且氧气的制备也需要消耗不少能源。
尽管碳捕集技术在实际应用中还面临着诸多困难和挑战，但它的潜力和前景依然十分广阔。
从能源领域来看，碳捕集技术可以应用于传统的火力发电厂。
通过对现有电厂进行改造，安装碳捕集设备，能够在一定程度上减少其碳排放。
这对于那些在短期内无法完全被可再生能源替代的火力发电来说，是一种可行的过渡方案。
在工业生产中，钢铁、水泥、化工等行业都是二氧化碳的排放大户。
采用碳捕集技术，可以降低这些行业的碳排放强度，促进其向绿色低碳转型。
例如，钢铁行业中的高炉煤气和转炉煤气中含有大量的二氧化碳，通过合适的捕集技术，可以将其回收利用。
除了减少排放，捕集到的二氧化碳还可以有多种用途。
一方面，二氧化碳可以被注入地下，用于提高石油采收率（EOR）。
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富氧燃烧技术在碳捕集方面的应用Oxyfuel combustion for CO2 capture technology全球气候变暖已经越来越严重，工业排放的二氧化碳被认为是导致气候变暖的“主犯”。
面对日益紧迫的环境问题，CCS技术不仅能将二氧化碳封存于地下或海底．而且还能实现二氧化碳“变废为宝”，被看作是最具发展前景的解决方案之一。
CCS技术是指将二氧化碳从相关排放燃烧源捕获并分离出来，输送到油气田、海洋等地点进行长期(几千年)封存，从而阻止或显著减少温室气体排放，以减轻对地球气候的影响。
这是一项新兴的、具有大规模减排潜力的技术，有望实现化石能源的二氧化碳近零排放。
该技术将工业生产过程中产生的二氧化碳捕集并安全地储存于特定的地质结构中。
目前，处于研究阶段、工业试验或工业化应用的封存场所主要有深度含盐水层、枯竭或开采到后期的油气田、不可采的贫瘠煤层和海洋。
目前全球每年排放的二氧化碳在300x108t以上，其中约有40％来自发电厂，23％来自运输行业．22％来自水泥厂、钢厂和炼油厂。
碳捕集技术最早应用于炼油、化工等行业，这些行业排放的二氧化碳浓度高、压力大，捕集成本并不高。
而燃煤电厂排放的二氧化碳则恰好相反，捕集能耗和成本较高．现阶段的碳捕集技术尚无法完全解决这一问题。
目前主流的碳捕集工艺按操作时间可分为3类——燃烧前捕集、富氧燃烧捕集(燃烧中捕集)和燃烧后捕集。
三者各有优势，却又各有技术难题尚待解决，日前呈并行发展之势。
燃烧前捕集实现起来最为复杂，而燃烧后只能捕集到排出二氧化碳的10％，既不经济，也不节能。
最有发展前景的是燃烧中捕集。
燃烧前捕集技术以煤气化联合循环(IGCC)技术为基础，先将煤炭气化成清洁气体能源，从而把二氧化碳在燃烧前就分离开来，不进入燃烧过程。
而且二氧化碳的浓度和压力会因此提高，分离起来较为方便，是目前运行成本最低廉的捕集技术，其前景为学术界所看好。
问题在于．传统电厂无法应用这项技术，而是需要重新建造专门的IGCC电站，其建造成本是现有传统发电厂的2倍以上。
燃烧后捕集可以直接应用于传统电厂，这一技术路线对传统电厂烟气中的二氧化碳进行捕集，投入相对较少。
这项技术分支较多．可以分为化学吸收法、物理吸附法、膜分离法、化学链分离法等等。
其中，化学吸收法被认为市场前景最好，受厂商重视程度也最高，但设备运行的能耗和成本较高。
事实上，由于传统电厂排放的二氧化碳浓度低、压力小，无论采用哪种捕集技术，能耗和成本都难以降低。
如果说燃烧前捕集技术的建设成本高、运行成本低，那么燃烧后捕集技术则是建设成本低、运行成本高。
富氧燃烧捕集技术试图综合前两种技术的优点，做到既可以在传统电厂中应用，排出的二氧化碳的浓度和压力也较高。
由于该技术主要着力在燃烧过程中，也被看作是燃烧中捕集技术。
与传统电厂直接用空气助燃的燃烧技术不同．富氧燃烧是用纯度非常高的氧气助燃．同时在锅炉内加压，使排出的二氧化碳在浓度和压力上与IGCC差不多，再用燃烧后捕集技术进行捕集，从而降低前期投入和捕集成本。
但看似完美无缺的解决方案，却有一个巨大的技术难题——制氧成本太高。
这也使得富氧燃烧捕集技术在经济性上并没有太大优势。
富氧燃烧系统是用纯氧或富氧代替空气作为化石燃料燃烧的介质。
燃烧产物主要是CO2和水蒸气，另外还有多余的氧气以保证燃烧完全，以及燃料中所有组成成分的氧化产物、燃料或泄漏进入系统的空气中的惰性成分等。
经过冷却水蒸汽冷凝后，烟气中CO2含量在80％～98％之间。
这样高浓度的CO2经过压缩、干燥和进一步的净化可进入管道进行存储。
CO2在高密度超临界下通过管道运输，其中的惰性气体含量需要降低至较低值以避免增加CO2的临界压力而可能造成管道中的两相流，其中的酸性气体成分也需要去除。
此外CO2需要经过干燥以防止在管道中出现水凝结和腐蚀，并允许使用常规的炭钢材料。
在富氧燃烧系统中，由于CO2浓度较高，因此捕获分离的成本较低，但是供给的富氧成本较高。
目前氧气的生产主要通过空气分离方法，包括使用聚合膜、变压吸附和低温蒸馏。
（PS：从“富氧膜”制富氧的基本原理可知，在膜两侧一般要有几千万帕斯卡的压差，否则，产氧量太低。
而这些压能是很难回收的，除非能制造出性能更优异的富氧膜。
变压吸附法的吸、脱附周期可以短至1分钟。
所以，前者必然是限于吸附分离少量的杂质成份。
若要制取氧气，则只能使用后者薄膜分离法的单级分离系数只有2左右，所以只适于制造30％左右的富氧。
若要高浓度富氧，则必须多级串联，则其能耗也势必更大，将无实用价值。
PSA则不然，它可以制取高浓度富氧，浓度甚至可达99％。
）相比于其他CCS技术，富氧燃烧独有的优点：富氧燃烧传热效果增强,提高热量利用率。
由于富氧空气的助燃,其中惰性气体成分减少,炉内气体CO2和H2O的含量增高,导致气体辐射率升高,增加了燃烧反应的反应物浓度和活化分子的有效碰撞次数,因此导致传热效果增强,提高理论燃烧温度,烟气的辐射能力增强,即相同的受热面积,传热量增多。
如果将碳粒的燃烧反应当作一级反应,而且认为反应在碳粒外表面进行,即不考虑内部表面的反应,则可用参加化学反应的氧的消耗速度W1来表示燃烧的化学反应速度,即W1=KC f kg/m2·s另一方面,燃烧反应速度也可以用氧向碳粒表面的扩散速度表示,即W2=β(C0-C f)式中Cf—碳粒表面上氧的浓度, kg/m2;C0—周围介质中氧的浓度, kg/m2;K—化学反应速度常数;β—扩散速度常数。
当燃烧过程稳定时,氧气扩散到碳粒表面的扩散速度和碳粒表面上氧气的消耗速度,即化学反应速度是相等的,即W1=W2=W此时碳粒表面上氧的供应和消耗达到了平衡,因而碳粒表面上的氧浓度Cf是稳定不变的。
由上式得:C0=W/K+W/β=1/K+1/β令Kn=1/(1/K+1/β),Kn称为折算反应速度常数,则式变为:W=K n C0从此式可以看出碳粒的燃烧速率与氧浓度的关系。
富氧燃烧经过烟气再循环后,烟气体积减少80%左右,炉内气体流量减少,使得燃料在炉内有更长的停留时间,燃烧的更加充分。
同时火焰温度随着氧气浓度的提高而提高,温度的提高也有助于燃烧反应完全,降低机械不完全燃烧损失,达到节能的效果。
富氧燃烧的关键问题：3. 1富氧燃烧的燃烧器开发锅炉设计最关键技术之一是煤粉燃烧器的设计,合理、优化地设计煤粉燃烧器,以保证锅炉安全、经济、可靠运行。
要达到合理、优化地设计煤粉燃烧器必须准确地掌握煤粉气流着火特性。
燃烧器对电站锅炉的燃烧、污染物排放、热效率以及负荷是至关重要的,全尺寸实验对燃烧器研发是至关重要的,一方面这是获取实验数据的重要手段,以用来开发和验证不同建模工具;另一方面需获得全尺寸燃烧器的运行经验(例如:开/停机、火焰稳定性、效率、传热、积灰和结焦等)。
3. 2需要锅炉全尺寸运行经验目前已有大量的实验室运行经验,例如英国E. ON,RWE,Doosan Babcock公司正在进行的中等规模的试验;欧洲IVD, IFRF, Chalmers和世界其他地区(如美国能源部)使得大型工业规模的试验将成为可能。
还有Vattenfall黑泵30MWt的测试设备和Doosan Babcock 40MWtOxyCoal清洁燃烧器的燃烧试验设备示范项目正在实施中。
但要获取丰富的全尺寸运行经验,达到更好的设计和性能并进行商业化运行,仍需要进一步的研发。
3. 3烟气再循环量的确定质量平衡计算作为坚实的基础锅炉运行主要的控制是烟气中的氧含量,磨煤机的要求决定了一次再循环烟气的特性。
最佳再循环烟气量的关键影响因素,燃烧器和锅炉设计漏风和来自煤种助燃气体的水分含量、助燃气体(氧化剂)温度等方面。
目前试验阶段已取得的最佳烟气循环结果如表1所示。
3. 4制氧的挑战对于大规模的使用氧气,氧气的来源及制造成本是一个重要的问题,目前,工业制造氧气的方法大致分为深冷法,变压吸附法(PSA)和膜法富氧技术。
在文中讨论氧气的价格是比较困难的,因为氧气的价格受到许多因素的影响,例如设备利用率,初投资,折旧,耗能和地理位置等。
目前,低温空气分离是一项比较可行的大规模制氧技术,而且是比较成熟的技术,相比较能够节约25%的能量消耗,但对于商业化运行,能耗仍然较大,供应商正在进行内部研发,希望把能耗从目前的200 kWh/t 降低到2012年的160 kWh/t。
3. 5N2和CO2处理单元的挑战富氧燃烧技术过程中产物N2和CO2处理单元对工业气体公司可能成为一项非常有竞争力的业务,但目前面临的挑战是:———运输和储存过程中对于电厂CO2的质量要求。
———富氧燃烧、燃烧前和燃烧后捕集都需要CO2压缩技术,需要空分设备供应商和运营商拥有了丰富的大规模气体压缩经验。
———储存的地点问题,可将压缩富氧燃烧产生的CO2储存于石油和天然气井中、深层的盐湖岩层中或者储存于不可开采的煤层中,所以CO2运输的基础设施是实现CO2捕捉技术的关键组成部分。
CO2封存的安全问题也是很关键的,需要更详细进行地区分析以确认和评价该地区实际的储存适宜性,并对CO2封存地进行有效的监控,最终达到零泄漏的目标。
目前已有的CO2压缩、管道运输及存储经验的国家如下:———美国从Beulah、Dakota气化厂捕获的CO2经压缩,运输320公里,然后注入到地下1. 5公里的已枯竭的Weyburn油气田。
———欧洲的CO2SINK项目将CO2压缩并注入德国Ketzin盐水层。
———澳大利亚从天然气中分离的CO2被压缩并注入到地下2. 25公里的已枯竭的盆地气田。