[发明专利]一种煤粉加压富氧燃烧沉降炉实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤粉燃烧沉降炉，特别涉及一种煤粉加压富氧燃烧沉降炉实验装置。

背景技术

众所周知，全球变暖是由于以CO₂为代表的温室气体大量排放造成的。有关数据显示：火力发电耗煤量占我国原煤产量的50%以上，煤粉直接燃烧产生的CO₂是我国碳排放的主要来源。因此，如何降低火力发电中CO₂的排放量对我国节能减排具有重要意义。

目前，针对燃煤电站CO₂的捕集技术主要有以下三个方面：

(1)燃烧后捕集：这种捕集方式理论上适合任何一种火力电站。首先，要采用有效的办法将CO₂从烟气中分离出来，但是，通过燃烧系统产生的烟气压力通常接近于大气压，而且CO₂的浓度较低(一般为10%～15%)，烟气中含有大量的氮气，产生的气体流量巨大，不论采用化学或物理的分离方法，均存在捕集系统庞大，工艺复杂、成本高的问题。

(2)燃烧前捕集：燃烧前捕集主要运用于整体煤气化联合循环（IGCC）系统中。由于IGCC一般为高压富氧气化(>2MPa)，产生的煤气经过水煤气变换后，主要含有H₂和CO₂，气体压力和CO₂浓度都很高。在此时对CO₂进行富集，捕集系统小、能耗低，加上在其他污染物控制以及效率上的潜力，这种路线得到了广泛关注。目前美国未来电力、日本鹰计划、澳大利亚的零排放发电和中国的绿色煤电都将采用IGCC为基础，进行燃烧前脱碳。但IGCC发电技术仍存在投资成本高、可靠性还有待提高等问题。

(3)燃烧中富集：燃烧中富集典型的技术方法就是富氧燃烧技术，富氧燃烧仍采用传统燃煤电站的技术流程，只是通过空分装置（ASU）将空气中N₂大比例去除，直接采用高浓度的氧气与再循环烟气的混合气体来替代空气，这样烟气中CO₂的浓度可以达到90%以上，可直接进行处理和封存。现在，在欧洲已有在小型电厂进行改造的富氧燃烧的项目。富氧燃烧技术不仅能使分离收集CO₂和处理SO₂容易进行，还能减少NO_X排放，是一种能够综合控制污染物排放的新型洁净燃烧技术。

综上所述，在燃煤电站的各种CO₂的捕集技术中，煤粉富氧燃烧技术更有技术优势。然而，富氧燃烧技术仍存在空气分离制氧和压缩CO₂这两个流程能耗较高的问题。煤粉加压富氧燃烧技术是在富氧燃烧技术的基础上提出来的，现有富氧燃烧技术的空气分离制氧与压缩高浓度CO₂烟气的过程均在较高压力下进行，而整个燃烧与换热过程均在常压下进行，系统压力经历升-降-升的过程，这样势必会造成能量的浪费，使得CO₂的回收成本偏高，经济性差，富氧燃烧技术在CO₂回收利用上的优越性难以体现出来。另一方面，随着对煤燃烧过程的深入研究，学者们发现通过加压燃烧能够进一步提高热效率，同时由于压力的增加缩小了煤粉颗粒尺寸，在满足动力需求的同时能够降低煤炭使用量，从而进一步降低CO₂的排放。加压富氧燃烧的概念是在全过程中均维持较高的压力，一方面避免了压力大幅度变化而导致的损失；另一方面也大大提高了烟气中水蒸气的凝结温度，使得从锅炉排烟中回收水蒸气的气化潜热成为可能，锅炉效率可提高约3-4个百分点，可以部分弥补制氧与压缩CO₂所损失的发电效率；同时，在保证煤粉高效充分燃烧的情况下，还大大简化了系统和缩小了部件尺寸。目前，加压富氧燃烧的实验研究装置压力已经达到1-2MPa，已经表现出明显的技术与经济优势，但尚处于研发与中试阶段，未投入商业化示范与应用，加压富氧燃烧的目标是要达到6-8MPa的压力，其经济性将更好。总之，与常压富氧燃烧技术相比，加压富氧燃烧技术综合发电效率更高、经济性更好，具有很好的应用前景。

目前，国内外对煤粉加压富氧燃烧技术的研究还处于实验阶段，对压力条件下的煤粉燃烧特性的研究多用加压热重分析仪设备，加压热重分析仪设备的缺点在于：1）加压热重分析仪的缺点是煤粉样品是固定的，不能研究流动状态下的煤粉燃烧情况，而煤粉锅炉中煤粉是随空气一起进入燃烧室，是流动状态的，所以用热重分析仪的实验结果与真实情况有很大误差；2）加压热重分析仪存在样品量较小、压力较低、升温速率较慢的缺点，与实际锅炉中煤粉的燃烧情况有较大区别，不能真实反映压力状态下煤粉的燃烧特性参数。