【正文】 隨燃燒條件變化而變化。故用富氧空氣助燃后，不僅使火焰變短，提高燃燒強度，加快燃燒速度，獲得較好的熱傳導(dǎo)，同時由于溫度提高了，將有利于燃燒反應(yīng)完全。 ，促進燃燒安全。富氧助燃技術(shù)因氮氣量減少，空氣量及煙氣量均顯著減少，故火焰溫度和黑度隨著燃燒空氣中氧氣比例的增加而顯著提高，進而提高火焰輻射強度和強化輻射傳熱。 富氧燃燒技術(shù)特點 富氧燃燒有很多突出的特點 ，其中優(yōu)點很明顯，下面介紹與普通空氣燃燒相比有的以下六個優(yōu)點： 輻射換熱是鍋爐換熱主要的方式之一，按氣體輻射特點，只有三原子和多原子氣體具有輻射能力，原子氣體幾乎無輻射能力。富氧燃燒產(chǎn)生的煙氣主要由水和二氧化碳組成，采用水分離技術(shù)在后端能比較容易地捕集到二氧化碳。富氧燃燒的形式大致可分為：微富氧燃燒 (Air Enrichment)、氧氣噴槍 (O2 Lancing) 、 純 氧 燃 燒 (Oxygenfuel Combustion) 及空 氧燃燒(Airoxygen/Fuel Combustion)四大類。 第 節(jié) 燃燒中二氧化碳捕集技術(shù)綜述 富氧燃燒技術(shù)原理 富氧燃燒技術(shù)就是 用比通?？諝猓ê?21%）含氧濃度高的富氧空氣進行燃燒。 （ 4） 高溫煤氣凈化設(shè)備繼續(xù)研究高溫條件下的除灰脫硫方法，它是今后簡二氧化碳捕集技術(shù)綜述 南京師范大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 化 IGCC 的系統(tǒng)并降低其比投資費用的一個重要方向。正在商業(yè)化的 T3=1430℃ 的G型機組，或許是傳統(tǒng)氣冷技術(shù)和材料所能達到的初溫的極限。依靠高溫材料和冷卻技術(shù)的改進來不斷提高 T3，仍是燃?xì)?輪機發(fā)展的主要趨勢。于 2020年開始進行中試，采用膜分離制氧技術(shù)有望將全廠投資成本減少 $75～ $100/kW，效率比常規(guī)的 IGCC 電廠提高 1～ 2個百分點，同時能使電站的熱耗率降低 211 kJ／ kWh。若能夠大型化，則將改善 IGCC 電站的效率和調(diào)峰性能。采用深冷方式空分一方面耗能比較大（約占廠用電的 10%15%），另一方面這種設(shè)備的價格高，而且起停需要若干小時，不利于調(diào)峰。不同技術(shù)融匯和滲透將使煤氣化技術(shù)有大突破，如氣化技術(shù)和流化床燃燒技術(shù)的匯合，爐內(nèi)固態(tài)脫硫和爐外氣體凈化技術(shù)的互補，使煤在氣化過程中就經(jīng)濟有效地去掉大部分硫，從而簡化或省去后置的煤氣凈化設(shè)備。目前 IGCC 電站的運行可用率在很大程度上取決于氣化爐的可用率。自 20 世紀(jì) 80 年代起，美國、歐盟和日本等國政府分別制定和實施了 IGCC 研究、發(fā)展和示范的國家計劃，投資持續(xù)增加。作為可持續(xù)發(fā)展的先進潔凈煤技術(shù)， IGCC 將是未來能源系統(tǒng)的核心技術(shù)和重要基礎(chǔ)之一。如圖 25所示，全球只有少數(shù)幾個 IGCC 電站被延期或取消，在 2020 年到 2020 年以后更多的 IGCC 電廠將實現(xiàn)商業(yè)運行。據(jù)有關(guān)部門的統(tǒng)計，全球已經(jīng)運行的 IGCC 電站有 59 座，最高發(fā)電率達到 45%，為未來的 IGCC電站建設(shè)積累了豐富的 經(jīng)驗。以先進的 H 級燃?xì)廨啓C為核心的前置 SOFC(固體氧化物燃料電池 )、后置 HAT(濕空氣透平 )循環(huán)的 IGCC 的發(fā)電效率將達到 60%～ 70%以上 。加強整體化，并采用最新 技術(shù)，提高發(fā)電效率，成為世界能源界關(guān)注的白熱點。美國路易安那州立大學(xué)正在研究利用氧化鈣吸收法分離 CO2 技術(shù) , 可在相對高的溫度下運行 , 省去其他方法因需冷卻煤氣所造成的能量損失。 降低分離和吸收過程中的能耗。目前降低燃燒前分離 CO2 能耗主 要從 2 方面考慮。缺點是增加燃料氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)環(huán)節(jié)后 , 總的燃料氣冷煤氣效率降低了 6%7%。因此，兩段爐產(chǎn)生的粗煤氣的質(zhì)量是比較好的。另一種設(shè)計是，有兩個煤氣出口，除了在干燥區(qū)上部的出口外，另一個 則在氣化區(qū)的頂部，煤氣產(chǎn)量的一半從這個出口離開氣化爐。同時高溫煤氣穿過煤層時產(chǎn)生的劇烈干餾會使煤發(fā)生爆裂，產(chǎn)生大量煤塵，并隨粗煤氣一起帶出氣化爐。 固定床氣化爐有兩種煤氣出口集團的設(shè)計。通常，煤從氣化爐的頂部加入，而氣化劑（氧或空氣和水蒸氣）則從爐子 的下部供入，因而氣固間是逆向流動的。由于流化床氣化爐內(nèi)的反應(yīng)溫度一般控制在 850－ 1000℃，因此，它產(chǎn)生的焦油、烴、酚、苯和萘等大分子有機物基本上都能被裂解為簡單的雙原子或三原子氣體，煤氣的主要成本是 CO 和 H2， CH4的含二氧化碳捕集技術(shù)綜述 南京師范大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 量一般少于 2%。 2）流化床氣化爐 流化床氣化爐可以充分利用床內(nèi)氣固兩相間的高強度的傳熱和傳質(zhì)，使整個床層內(nèi)溫度分布均勻，混合條件好，有利 于氣化反應(yīng)的進行。 煤粉灰中的以飛灰的形式隨熱煤氣，幫煤氣須經(jīng)除塵、洗滌脫硫處理，成為清潔的煤氣，再送往燃燒室。由于是高溫氣化，在產(chǎn)生的粗煤氣中不可能含有很多碳?xì)浠衔?、煤焦油和酚類物質(zhì)，煤氣的主要成分是 CO、 HCO2 和水蒸氣，離開氣化爐的熱煤氣溫度在 12001400℃，往往高于灰的軟化溫度。 1）噴流床氣化爐 噴流床是目前 IGCC 各示范工程中采用最多的一種氣化爐。 IGCC 電廠具有發(fā)電效率高、燃料適應(yīng)性廣優(yōu)越的環(huán)保特性可實現(xiàn) CO2近零排放和多聯(lián)產(chǎn)等優(yōu)點使其具有越來越強的競爭力。由于停機時間長，目前世界示范 IGCC 電廠的可用率在 70% ~ 85% 。首 先，氣化裝置只能在負(fù)荷范圍 50% ~100%運行 (采用 Texaco 氣化爐為 60% ~ 100% )，造成了 IGCC 電站的變負(fù) 荷范圍窄；其次， IGCC 電站 的變負(fù)荷速率不可以太高，一般認(rèn)為調(diào)解負(fù)荷率為 3% /m in 左右 (常規(guī)燃煤電廠 8% /m in) ；再次， IGCC 啟動時間長，熱啟動需要 1. 5 h ~ 2 d, 冷啟動大概需 要 2 ~ 3 d； 最后，受燃?xì)廨啓C部分負(fù)荷 效率低的影響， IGCC 部分負(fù)荷時效率降低大。 (2)操作靈活性低和變負(fù)荷性能差。此外， 如果增加 CO2 回收捕捉裝置，則每千瓦的造價約上升 30% 。比常規(guī)燃煤電廠的投資的造價高 20% 以上。 二氧化碳捕集技術(shù)綜述 南京師范大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 圖 23 燃機凈化與脫碳部分系統(tǒng)流程 圖 脫硫脫碳單元采用物理脫除法 ， 其優(yōu)勢在于 :能很好的脫除大量的酸性氣體 ； 能選擇性分部吸收 H2S 和 CO2； 運行環(huán)境為常溫、變壓、節(jié)能性好 ； 吸收的同時可進行脫水 ， 并且能夠溶解非酸性有機硫化物 ； 無毒 ， 無腐蝕 ， 不降解 ； 操作費用低 ， 節(jié)約成本 。 而后變換氣進入一系列換熱器與脫碳后的燃料氣進行換熱 、 冷卻 ， 繼續(xù)利用高溫氣體的顯熱 。 圖 22 氣化部分系統(tǒng) 流程圖 燃?xì)?凈化與脫碳部分的系統(tǒng)流程圖如圖 23 所示 ： 經(jīng)過除塵的粗煤氣進入煤氣冷卻器與蒸汽換熱冷卻至 480e， 回收部分熱量后進入 2 級的 CO Shift 變換裝置 。 粗煤氣進入煤氣顯熱回收裝置的一系列熱交換器中被冷卻 ， 產(chǎn)生不同壓力的蒸汽進入余熱鍋爐蒸汽系統(tǒng) 。 二氧化碳捕集技術(shù)綜述 南京師范大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 圖 21 IGCC 的工藝過程原理圖 氣化部分的系統(tǒng)流程圖如圖 22 所示 ： 原煤經(jīng)過破碎篩分處理后進入水煤漿氣化爐 ， 空分系統(tǒng)分離出的氮氣排空 。在包含了 IGCC 多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的 IGCC系統(tǒng)中，還包括合成氣變換單元、化工品合成單元 ，也稱為合成島。燃機島主要設(shè)備為燃?xì)廨啓C。氣化島產(chǎn)生潔凈的煤基合成氣 ，其主要設(shè)各包括氣化爐、空氣分離單元、 灰渣和黑水處理單元、合成氣顯熱回收元、除塵單元和脫硫單元。 第一部分的主要設(shè)備有氣化爐、空分裝置、煤氣凈化設(shè)備（包括硫的回收裝置），第二部分的主要設(shè)備有燃?xì)廨啓C發(fā)電系統(tǒng)、余熱鍋爐、蒸汽輪機發(fā)電系統(tǒng)。 二氧化碳捕集技術(shù)綜述 南京師范大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 第二章 燃燒前二氧化碳分離技術(shù)和燃燒中二氧化碳捕集技術(shù) 第 節(jié) 燃燒前二氧化碳分離技術(shù) IGCC 技術(shù) 1．概念 IGCC（ Integrated Gasification Combined Cycle）整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，是將煤氣化技術(shù)和高效的聯(lián)合循環(huán)相結(jié)合的先進動力系統(tǒng)。 我國的二氧化碳排量位居世界第二，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，與可再生能源使用方面的限制，二氧化碳排量還會增加，對于二氧化碳排放后處理問題必須予以高度重視。這標(biāo)志著二氧化碳?xì)怏w減排技術(shù)首次在中國燃煤發(fā)電領(lǐng)域得到應(yīng)用。 事實上，中國的二氧化碳捕集和封存并沒有僅僅停留在理論研究上，一些企業(yè)還在實踐上進行了嘗試。但是近年來 中國在 CCS的研究上做了很多的工作，從 2020 年開始政府就參加了相關(guān)的領(lǐng)導(dǎo)人論壇。 目前中國的二氧化碳捕集和封存整體上還處于實驗室階段，而且大都采用燃燒后捕集的方式。中國碳捕集的技術(shù)還處于起步階段。波蘭在歐洲能源論壇上表示，已提出 CCS 舉措，將在 2020 年實施二個 CCS 設(shè)施。 （ 4）波蘭 波蘭經(jīng)濟部 2020 年 3月 21 日宣布，至少使建設(shè) 2 套發(fā)電裝置將采用碳捕集與封存（ CCS）技術(shù)。這個名為 Pleasant Prairie 電廠是 CCS 示范工程。 （ 3）美國 美國電力的一半來自燃煤，每年要向大氣排放 CO2達 15 億 t?？梢苿訖z測器能 夠每小時處理 5000 立方米煤燃燒過的煙氣，并且可以從一處移到另一處。但這個時間表很可能改變，因為最近美國、英國和加拿大的項目被取消。 CCS技術(shù)或許能為許多國家提供改善能源安全的機會，即允許他們繼續(xù)燃燒大量煤炭，幫助諸如中國這樣的國家削減二氧化碳排放。 （ 2）歐盟 歐 盟在斯洛文尼亞人任期期間已經(jīng)達成碳俘獲和儲存協(xié)議。在 3年多的試驗期中， 10萬多噸二氧化碳將被儲藏在地下，相當(dāng)于該廠排放量的 10%15%。 該項目根據(jù)澳大利亞和日本政府間的協(xié)議把日本的氧燃燒技術(shù)和澳大利亞潛在的 CCS 儲藏地結(jié)合起來進行。 第 節(jié) CCS 技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 世界上有很多的 CCS 項目正在運行中，其中較有代表性的有三個，即挪威國家石油公司在北海的 Sleipne 項目、阿爾及利亞的 In Salah 項目和加拿大Weyburn 項目等。CO2大點源包括大型化石燃料或生物能源設(shè)施、主要 二氧化碳 排放型工業(yè)、天然氣生產(chǎn)、合成燃料工廠以及基于化石燃料的制 氫 工廠。 CO2的捕獲可用于大點源。 二氧化碳捕集技術(shù)綜述 南京師范大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 CCS 是穩(wěn)定大氣溫室氣體濃度的減緩行動組合中的一種選擇方案，具有減少整體減緩成本以及增加實現(xiàn)溫室氣體減排靈活性的潛力。 CCS 技術(shù)是指通過碳捕捉技術(shù)，將工業(yè)和有關(guān)能源產(chǎn)業(yè)所生產(chǎn)的二氧化碳分離出來，再通過碳儲存手段，將其輸送并封存到海底或地下等與大氣隔絕的地方 。理論上說，這與今后的大幅減少溫室氣體排放量關(guān)系不大（盡管耗資更多）。我們控制 2020 年的排放量，是為了抑制全球溫度屆時升高 2 攝氏度（下圖亮 紅色表示）。 聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署最新一份報告顯示，氣候問題極不樂觀，目前的溫室氣體排放量約為50億噸，已超過 2020 年 20%。即使各國兌現(xiàn)承諾，嚴(yán)格排放控制和管理，也只有不到一半的國家能發(fā)揮作用，幫助實現(xiàn)控制全球氣溫上升 2 度的目標(biāo)（圖標(biāo) Case B）。聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署一直以來關(guān)注此事，評估碳排放量減少的影響。由于技術(shù)進步和生產(chǎn)效率提高 ， 單位糧食、肉類和牛奶排放的溫室氣體都有較大幅度降低。 2020 年農(nóng)業(yè) GDP 排放的溫室氣體 為 kg/元 ， 糧食排放的溫室氣體為 kg/kg。 按來源分析 ,以農(nóng)業(yè)方面為例， 在 2020 年排放的溫室氣體中 ， 水稻種植排放 14 萬 t， 占 9%。 2020 年 ， 中國農(nóng)業(yè)總計排放溫室氣體 158 萬 t CO2當(dāng)量 ,比 1980 年增長 %,年均增長 %。不同的溫室氣體對溫室效應(yīng)的增溫效果是不同的， 而二氧化碳的增溫效果比其他氣體都強 。 溫室 氣體 不僅僅只有二氧化碳一種，還有其他的氣體包括：氟氯烴、甲烷、低空臭氧、水蒸氣和氮氧化物氣體。預(yù)計到 2050 年前后，將達到 450— 550ppmv 之間。溫室效應(yīng)是由于大量的燃燒煤炭、石油、天然氣放出來的二氧化碳進入大氣造成的，二氧化碳具有吸熱和隔熱的功能。 then describes the development process of carbon dioxide before bustion, bustion and postbustion technology as well as the present situation, the main highlight after bustion capture include adsorption method, absorption method, ionic liquid absorption method, carbon dioxide hydrate separation, membrane separation and membra