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电站锅炉的富氧燃烧技术
浏览: 发布日期:2019-09-25

  当前,碳捕获和储存技术在实现全球二氧化碳减排中起着至关重要的作用。目前,二氧化碳捕获有3种技术路径:燃烧前捕捉、富氧燃烧捕捉和燃烧后捕捉。

  燃烧前捕捉主要通过IGCC来实现,其原理是通过化学反应将煤或石油残渣等富碳燃料转化为合成气(一氧化碳与氢气混合物)等燃料。由于将现有煤粉锅炉改建为IGCC电厂几乎不可能,因此IGCC技术仅适用于新电厂的建设。

  富氧燃烧技术的原理是用纯氧(而不是空气)燃烧固体燃料,由二氧化碳循环流控制燃烧。富氧燃烧产生的烟气主要由水和二氧化碳组成,采用水分离技术在后端能比较容易地捕集到二氧化碳。

  富氧燃烧技术适用于新机组,也可应用于某些改造机组。燃烧后捕捉:这种技术目前相对简便,能够适应大型燃煤和燃气机组,通过捕集装置将电厂烟气中的二氧化碳有选择地去除,▪️•★但成本过高,对电厂供电效率影响较大。

  目前,富氧燃烧的形式大致可分为:微富氧燃烧、氧气喷枪、纯氧燃烧、空-氧燃烧4大类。△微富氧燃烧是直接将氧气和空气先混合,使之呈现微富氧状态,之后再送入炉膛燃烧。氧气喷枪利用氧气喷枪在燃烧室内局部注入氧气。纯氧燃烧是利用氧气直接取代空气。空-氧燃烧是空气和氧气同时供应燃烧器燃烧。

  理论空气量少:随着富氧空气中含氧量的增加,□▼◁▼理论空气需要量减少,当含氧量从21%提高到28%时,◆▼理论空气量可降低25%左右,相应的烟气量也减少。

  火焰温度高:随着氧浓度的增加,理论火焰温度相应升高,但提升幅度逐渐减小。一般富氧浓度在26%-31%时最佳。

  加快燃烧速度:燃料在空气中和在纯氧中的燃烧速度相差甚大,几种气体燃料在空气中和纯氧中的燃烧速度对比情况见表1。故用富氧空气助燃后,▲●不仅提高燃烧强度,加快燃烧速度,同时温度提高有利于燃烧反应完全。

  降低污染排放:由于富氧燃烧烟气量减少,可降低包含CO、CO2等污染物的排放总量。此外,由于使用的空气中N2降低,▲●…△使燃烧废气中的CO、CO2、SOx、NOx浓度增加,可使CO2捕捉、排烟脱硝等废气处理更有效率。

  锅炉内部基本的过程包括锅内过程和炉内过程。炉内过程的基础物质就是空气和燃料。锅炉是以空气为燃烧介质,如果空气的成分发生变化,那么对于锅炉内部的燃烧、传热和其他过程的影响是根本性的,从而也影响了锅炉的各项性能。

  理论空气量和过量空气系数、燃烧产物和焓值、炉膛出口温度和理论燃烧温度等方面会发生变化。经初步计算,富氧30%比正常空气条件下理论燃烧温度提高超过500℃,炉膛算术平均温度提高约250℃。相应的,◇▲=○▼=△▲◆◁•炉内传热变化也很明显,在假定燃料量、热风温度、沾污等不变的情况下,炉膛吸热量增加大约26%,这是由于炉内平均温度升高,炉内辐射传热量增加。

  除了以上这些,还应注意炉内高温腐蚀、燃烧器喷口结渣、火焰稳定等方面的问题。结焦性方面,阿尔斯通在鼓泡床上进行了空气和不同氧气浓度的对比燃烧试验。

  试验发现,氧气含量50%,正常的流化风速下出现了结焦,风速增大到一定程度后,结焦现象消失。这说明对于CFB锅炉来说,富氧燃烧的流化风量不同于常规CFB锅炉。富氧燃烧对于对流受热面也存在较大影响,主要是因为烟气总热容量的降低和烟气流速的降低。对蒸汽温度也存在影响,炉膛吸热增加和对流吸热减少可能导致蒸汽温度无法维持。

  在具体结构方面,微富氧燃烧绝大多数的传统燃烧器都可采用,具有花费较少成本即拥有富氧燃烧特性的优点。但若氧浓度超过一定范围,则燃烧器可能因燃烧温度过高而损坏,或是火焰太短而不符所需。

  氧气喷枪的好处是燃烧器不容易因高温而毁损,同时此方式类似分级燃烧的概念,因此其NOx排放量相对来说较低,•☆■▲基本上仅需在原有燃烧器上增设一氧气喷枪并配合相关管线配置即可,▼▲不需大幅变更,故在装置费用上也不需花费太多。

  纯氧燃烧较多采用扩散火焰的方式,即氧气和燃料分走不同管线,在燃烧器出口处混合。纯氧燃烧具有非常低的NOx排放量及相当高的火焰温度,其缺点是燃烧器需大幅修改,且燃烧室内耐火材料可能因高温而缩短寿命。空-氧燃烧优点是可维持较高的氧浓度,提高效率,同时费用比纯氧燃烧低,火焰长度及传热分布可通过调整氧气流量来加以控制。

  总的来说,富氧燃烧改造前的单位投资要低于普通燃煤电厂。这主要是由于普通燃煤电厂需要配备相应的脱硫系统,而富氧燃烧电厂烟气CO2体积分数高达95%,在对以CO2为主的烟气进行后续处理时,SO2同时也会被回收,从而可以省去烟气脱硫设备投资。

  (摘编自《电气技术》,原文标题为“电站锅炉采用富氧燃烧技术的研究分析”,作者为姚燕强。)返回搜狐,查看更多秒速时时彩开户

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