【所屬領(lǐng)域】
能源環(huán)保
【研究背景】
我國(guó)以煤為主的能源稟賦決定了煤電將會(huì)在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)充當(dāng)托底角色，燃煤發(fā)電過(guò)程中產(chǎn)生的CO2作為主要碳排放源，成為了“2030碳達(dá)峰、2060碳中和”愿景目標(biāo)的現(xiàn)實(shí)約束。開發(fā)具有大規(guī)模CO2捕集功能的新型低碳燃燒技術(shù)是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵。其中，富氧燃燒技術(shù)采用空分系統(tǒng)所產(chǎn)生的氧氣(純度>95%)代替助燃空氣，同時(shí)采用煙氣再循環(huán)調(diào)節(jié)爐膛內(nèi)的介質(zhì)溫度和傳熱特性，實(shí)現(xiàn)煙氣中CO2高濃度富集，便于CO2的分離與捕集，是最具發(fā)展前景的規(guī)模化碳捕集技術(shù)。
【成果介紹】
本成果提出了一種富氧燃燒高效低成本運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)與其對(duì)應(yīng)示范裝置。著眼于發(fā)展經(jīng)濟(jì)、安全和可靠的富氧燃燒技術(shù)需求，本成果重點(diǎn)圍繞兩個(gè)關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問(wèn)題：
(1)基于氧/燃料雙向分級(jí)的富氧燃燒火焰組織、傳熱調(diào)控與污染抑制原理；
(2)基于靜/動(dòng)態(tài)仿真的富氧燃燒系統(tǒng)集成優(yōu)化和控制技術(shù)，組織共性技術(shù)研發(fā)和工程示范。
本成果建立了常壓與加壓富氧燃燒條件下的分級(jí)燃燒、傳熱和污染物控制理論，開發(fā)了常壓富氧燃燒的分級(jí)燃燒系統(tǒng)，研制了加壓富氧燃燒的燃燒、換熱及返料等關(guān)鍵裝備，突破了酸性氣體共壓縮純化等共性關(guān)鍵技術(shù)，掌握了常壓富氧燃燒的系統(tǒng)集成、優(yōu)化與控制方法，并提升富氧燃燒大型化設(shè)計(jì)能力。
其中，運(yùn)用富氧壓縮S/N/Hg一體化脫除技術(shù)，SO2/NOx/Hg脫除率分別達(dá)到99%，93%和98%；35MWth富氧燃燒工業(yè)示范連續(xù)運(yùn)行168h，鍋爐燃燒效率90.68%，煙氣中CO2濃度71-82%，NOx濃度（等效空氣燃燒）110mg/Nm3。相比空氣工況，富氧工況下脫汞效率（以ESP前為基準(zhǔn)）和ESP除塵效率進(jìn)一步提升。
圖1 應(yīng)城35MWth富氧燃燒工業(yè)示范裝置平面圖
圖2 應(yīng)城35MWth富氧燃燒工業(yè)示范系統(tǒng)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行
【技術(shù)優(yōu)勢(shì)】
與現(xiàn)有的其它碳捕集技術(shù)，包括燃燒前、燃燒后碳捕集技術(shù)，富氧燃燒碳捕集技術(shù)的改造成本更低，系統(tǒng)效率更高、生成成本更低、投資與碳減排成本更低。
【資質(zhì)榮譽(yù)】
獲日內(nèi)瓦國(guó)際發(fā)明展金獎(jiǎng)(2017)、國(guó)際自動(dòng)化學(xué)會(huì)電力工業(yè)設(shè)施獎(jiǎng)(2017)、湖北省技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)(2018)。
【技術(shù)指標(biāo)】
【技術(shù)成熟度】
本項(xiàng)目成果研究目前已完成35MWth富氧燃燒工業(yè)示范以及350MWe超臨界富氧燃燒鍋爐設(shè)計(jì)方案。
【應(yīng)用場(chǎng)景】
本項(xiàng)目的部分關(guān)鍵成果，已在電力行業(yè)和空分行業(yè)實(shí)現(xiàn)了單體或成套技術(shù)推廣應(yīng)用。如兼顧型富氧燃燒器已被合作企業(yè)東方電氣集團(tuán)東方鍋爐股份有限公司成功應(yīng)用于多個(gè)電廠的燃燒器改造項(xiàng)目；煙冷器技術(shù)已成功應(yīng)該用于多個(gè)低低溫余熱利用項(xiàng)目；四川空分設(shè)備（集團(tuán)）有限責(zé)任公司將新型徑向流純化器應(yīng)用于常規(guī)深冷空分，近三年新增產(chǎn)值10.5億元；已將新型三塔空分成果投入市場(chǎng)。
【市場(chǎng)前景】
本成果主要包括35MWth富氧燃燒示范試驗(yàn)，該裝置是當(dāng)前全球四套富氧燃燒示范裝置中唯一運(yùn)行的裝置，項(xiàng)目執(zhí)行期間一直國(guó)內(nèi)相關(guān)行業(yè)的高度關(guān)注，國(guó)家能源、廣東能源、、江西電建、中石化、中國(guó)建材、吉利、哈爾濱鍋爐、中鋼武漢安環(huán)院等均來(lái)校或35MWth基地開展技術(shù)交流。
研發(fā)團(tuán)隊(duì)正在與多家發(fā)電企業(yè)合作，擬在現(xiàn)有成果基礎(chǔ)上進(jìn)行工業(yè)化放大，致力于富氧燃燒技術(shù)在200-600MWe規(guī)模電廠上的應(yīng)用，致力于實(shí)現(xiàn)中國(guó)富氧燃燒CO2大規(guī)模減排及資源化利用，預(yù)估市場(chǎng)規(guī)模在百億級(jí)別。
此外，本成果不僅可應(yīng)用于火力發(fā)電廠，也可應(yīng)用于鋼鐵廠、水泥廠等大型CO2排放源的碳排放控制，實(shí)現(xiàn)高碳能源的低碳利用。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)正在與鋼鐵和建材行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)開展合作，如武鋼、中鋼天澄、華新水泥等，將富氧燃燒碳捕集技術(shù)應(yīng)用于高爐低碳煉鐵工藝以及水泥窯爐的碳捕集。
【知識(shí)產(chǎn)權(quán)】
本成果已授權(quán)30余項(xiàng)中國(guó)發(fā)明專利。
【合作方式】
專利許可、專利轉(zhuǎn)讓、作價(jià)投資、技術(shù)開發(fā)、面談等。
【聯(lián)系方式】
CG23015
