[發(fā)明專利]一種煤粉加壓富氧燃燒沉降爐實(shí)驗(yàn)裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310009938.5
• 申請日: 2013-01-10
• 公開（公告）號: CN103076361A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何伯述;裴曉輝;嚴(yán)林博;李旭升;姚放;王超俊;梁化鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類號: G01N25/26
• 分類號: G01N25/26;G01N25/12
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 王德楨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種煤粉燃燒沉降爐，特別涉及一種煤粉加壓富氧燃燒沉降爐實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

眾所周知，全球變暖是由于以CO₂為代表的溫室氣體大量排放造成的。有關(guān)數(shù)據(jù)顯示：火力發(fā)電耗煤量占我國原煤產(chǎn)量的50%以上，煤粉直接燃燒產(chǎn)生的CO₂是我國碳排放的主要來源。因此，如何降低火力發(fā)電中CO₂的排放量對我國節(jié)能減排具有重要意義。

目前，針對燃煤電站CO₂的捕集技術(shù)主要有以下三個方面：

(1)燃燒后捕集：這種捕集方式理論上適合任何一種火力電站。首先，要采用有效的辦法將CO₂從煙氣中分離出來，但是，通過燃燒系統(tǒng)產(chǎn)生的煙氣壓力通常接近于大氣壓，而且CO₂的濃度較低(一般為10%～15%)，煙氣中含有大量的氮?dú)猓a(chǎn)生的氣體流量巨大，不論采用化學(xué)或物理的分離方法，均存在捕集系統(tǒng)龐大，工藝復(fù)雜、成本高的問題。

(2)燃燒前捕集：燃燒前捕集主要運(yùn)用于整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）系統(tǒng)中。由于IGCC一般為高壓富氧氣化(>2MPa)，產(chǎn)生的煤氣經(jīng)過水煤氣變換后，主要含有H₂和CO₂，氣體壓力和CO₂濃度都很高。在此時對CO₂進(jìn)行富集，捕集系統(tǒng)小、能耗低，加上在其他污染物控制以及效率上的潛力，這種路線得到了廣泛關(guān)注。目前美國未來電力、日本鷹計(jì)劃、澳大利亞的零排放發(fā)電和中國的綠色煤電都將采用IGCC為基礎(chǔ)，進(jìn)行燃燒前脫碳。但I(xiàn)GCC發(fā)電技術(shù)仍存在投資成本高、可靠性還有待提高等問題。

(3)燃燒中富集：燃燒中富集典型的技術(shù)方法就是富氧燃燒技術(shù)，富氧燃燒仍采用傳統(tǒng)燃煤電站的技術(shù)流程，只是通過空分裝置（ASU）將空氣中N₂大比例去除，直接采用高濃度的氧氣與再循環(huán)煙氣的混合氣體來替代空氣，這樣煙氣中CO₂的濃度可以達(dá)到90%以上，可直接進(jìn)行處理和封存。現(xiàn)在，在歐洲已有在小型電廠進(jìn)行改造的富氧燃燒的項(xiàng)目。富氧燃燒技術(shù)不僅能使分離收集CO₂和處理SO₂容易進(jìn)行，還能減少NO_X排放，是一種能夠綜合控制污染物排放的新型潔凈燃燒技術(shù)。

綜上所述，在燃煤電站的各種CO₂的捕集技術(shù)中，煤粉富氧燃燒技術(shù)更有技術(shù)優(yōu)勢。然而，富氧燃燒技術(shù)仍存在空氣分離制氧和壓縮CO₂這兩個流程能耗較高的問題。煤粉加壓富氧燃燒技術(shù)是在富氧燃燒技術(shù)的基礎(chǔ)上提出來的，現(xiàn)有富氧燃燒技術(shù)的空氣分離制氧與壓縮高濃度CO₂煙氣的過程均在較高壓力下進(jìn)行，而整個燃燒與換熱過程均在常壓下進(jìn)行，系統(tǒng)壓力經(jīng)歷升-降-升的過程，這樣勢必會造成能量的浪費(fèi)，使得CO₂的回收成本偏高，經(jīng)濟(jì)性差，富氧燃燒技術(shù)在CO₂回收利用上的優(yōu)越性難以體現(xiàn)出來。另一方面，隨著對煤燃燒過程的深入研究，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)通過加壓燃燒能夠進(jìn)一步提高熱效率，同時由于壓力的增加縮小了煤粉顆粒尺寸，在滿足動力需求的同時能夠降低煤炭使用量，從而進(jìn)一步降低CO₂的排放。加壓富氧燃燒的概念是在全過程中均維持較高的壓力，一方面避免了壓力大幅度變化而導(dǎo)致的損失；另一方面也大大提高了煙氣中水蒸氣的凝結(jié)溫度，使得從鍋爐排煙中回收水蒸氣的氣化潛熱成為可能，鍋爐效率可提高約3-4個百分點(diǎn)，可以部分彌補(bǔ)制氧與壓縮CO₂所損失的發(fā)電效率；同時，在保證煤粉高效充分燃燒的情況下，還大大簡化了系統(tǒng)和縮小了部件尺寸。目前，加壓富氧燃燒的實(shí)驗(yàn)研究裝置壓力已經(jīng)達(dá)到1-2MPa，已經(jīng)表現(xiàn)出明顯的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，但尚處于研發(fā)與中試階段，未投入商業(yè)化示范與應(yīng)用，加壓富氧燃燒的目標(biāo)是要達(dá)到6-8MPa的壓力，其經(jīng)濟(jì)性將更好。總之，與常壓富氧燃燒技術(shù)相比，加壓富氧燃燒技術(shù)綜合發(fā)電效率更高、經(jīng)濟(jì)性更好，具有很好的應(yīng)用前景。

目前，國內(nèi)外對煤粉加壓富氧燃燒技術(shù)的研究還處于實(shí)驗(yàn)階段，對壓力條件下的煤粉燃燒特性的研究多用加壓熱重分析儀設(shè)備，加壓熱重分析儀設(shè)備的缺點(diǎn)在于：1）加壓熱重分析儀的缺點(diǎn)是煤粉樣品是固定的，不能研究流動狀態(tài)下的煤粉燃燒情況，而煤粉鍋爐中煤粉是隨空氣一起進(jìn)入燃燒室，是流動狀態(tài)的，所以用熱重分析儀的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與真實(shí)情況有很大誤差；2）加壓熱重分析儀存在樣品量較小、壓力較低、升溫速率較慢的缺點(diǎn)，與實(shí)際鍋爐中煤粉的燃燒情況有較大區(qū)別，不能真實(shí)反映壓力狀態(tài)下煤粉的燃燒特性參數(shù)。