文献综述(或调研报告):
国内外研究现状:
我国政府已经承诺:到2020 年中国单位国内生产总值CO2排放比2005年下降40%-45%。人类活动产生的温室气体排放主要来源于能源消费,我国一次能源消费中化石燃料占92.5%,其中煤炭占69.5%。发展化石燃料温室气体控制技术尤其是燃煤CO2减排技术对我国为保护全球气候做贡献、 实现温室气体减排承诺和发展低碳经济具有重要意义。
流化床增压富氧燃烧因实现能量梯级利用、回收水蒸气汽化潜热、杜绝漏风实现高纯度 CO2 捕集等优点被认为是具有技术经济优势的新一代富氧燃烧技术,对其研究刚刚起步。富氧燃烧技术自1981年由 Horne和 Steinburg提出以来,引起了人们的广泛关注。自 1982 年美国率先开展富氧燃烧方式的研究之后,世界各国如日本、加拿大、英国、荷兰、法国及瑞典等都投入巨资,对富氧燃烧的各个方面进行了研究。
增压富氧燃烧就是在这样的背景下提出来的,它是一种基于常压富氧燃烧的新型高效燃烧技术,即从空分制氧、煤燃烧与锅炉换热,直到烟气压缩捕集CO2的全过程均维持在高压下完成。由于系统全过程整体增压,锅炉热效率和汽轮机的输出功率得到了提高,减少了CO2冷却压缩液化的电能消耗,在一定程度上抵消了系统增压所增加的功率消耗;同时增压富氧燃烧大大提高了烟气中水蒸汽的凝结温度,增加了从锅炉排烟中回收的热量,提高了机组的整体发电效率。早的专利由Malavasi等申报。目前,增压富氧燃烧的研究刚刚起步。加拿大矿产和能源研究中心(CANMET)、 Babcock 电力、意大利ITEA、美国麻省理工学院、波兰煤化工过程研究所、挪威能源过程研究所和荷兰的Delft大学等单位分别提出了自己的增压富氧燃烧系统。。麻省理工学院计算结果表明,如果将富氧燃烧压力从常压提高至佳操作压力(1.1MPa),电站净效率将提高3%。挪威能源过程研究所以一个净输出774MW的电站为基准,由于杜绝漏风,辅机耗电将由224MW降低至214MW,加之烟气水蒸气潜热的回收,电站净效率提高1.7%。
在流化床燃烧方式下实施富氧燃烧,将可实现全部烟气的湿循环,将进一步提高循环效率。流化床增压富氧燃烧技术结合了流化床洁净煤燃烧技术和增压富氧燃烧技术的优点,是一种崭新的燃煤电站CO2捕集技术。国内华北电力大学阎维平教授课题组在国内率先进行了增压流化床富氧燃烧的实验研究,就热态条件下压力对床料流化速 度的影响进行了分析,得到了高温高压流化床小流化速度的关联式。 东南大学从六五攻关到九五攻关进行了20余年增压流化床技术的研发,在固体物料的添加与排放和反应器设计等诸多方面积累了许多成熟而宝贵的知识和经验,能为实验的进行提供宝贵的支持。
发展
迄今为止,对于POFC系统的优化已有许多研究。 Hong等人分析了ENEL的ISOTHERM加压氧化燃烧系统,发现在10bar的工作压力附近可以实现最大效率。在大气压力下燃烧时,净效率比在10bar下增加近3%。 Gopan等人引入了具有燃料分级和低烟气再循环率的分段加压氧燃烧(SPOC)系统。热系统的模拟结果显示,最佳压力在16bar左右,相比常规大气氧燃烧,SPOC工艺将净效率提高了6%。
然而,另一方面,对POFC的实验研究很少。只有关于包括加压热重分析仪(PTGA)和流化床上的煤燃烧有过报道。 Wang等人对PTGA进行煤燃烧实验,结果表明压力对煤点火模式的影响。随着压力的增加,大气压下的异质点火在低压和中压下转变为均质点火,然后在高压下重新成为异质点火。 Lasek等人利用实验室规模的连续进料流化床研究了压力对污染物排放的影响,发现在氧燃烧过程中NO,N2O,SO2排放在较高压力下降低。
参考文献
