我国以煤为主的能源禀赋决定了煤电将会在未来一段时间内充当托底角色,燃煤发电过程中产生的CO2作为主要碳排放源,成为了“2030碳达峰、2060碳中和”愿景目标的现实约束。开发具有大规模CO2捕集功能的新型低碳燃烧技术是实现“双碳”目标的关键。其中,富氧燃烧技术采用空分系统所产生的氧气(纯度>95%)代替助燃空气,同时采用烟气再循环调节炉膛内的介质温度和传热特性,实现烟气中CO2高浓度富集,便于CO2的分离与捕集,是最具发展前景的规模化碳捕集技术。
本成果提出了一种富氧燃烧高效低成本运行关键技术与其对应示范装置。着眼于发展经济、安全和可靠的富氧燃烧技术需求,本成果重点围绕两个关键科学技术问题:
(1)基于氧/燃料双向分级的富氧燃烧火焰组织、传热调控与污染抑制原理;
(2)基于静/动态仿真的富氧燃烧系统集成优化和控制技术,组织共性技术研发和工程示范。
本成果建立了常压与加压富氧燃烧条件下的分级燃烧、传热和污染物控制理论,开发了常压富氧燃烧的分级燃烧系统,研制了加压富氧燃烧的燃烧、换热及返料等关键装备,突破了酸性气体共压缩纯化等共性关键技术,掌握了常压富氧燃烧的系统集成、优化与控制方法,并提升富氧燃烧大型化设计能力。
其中,运用富氧压缩S/N/Hg一体化脱除技术,SO2/NOx/Hg脱除率分别达到99%,93%和98%;35MWth富氧燃烧工业示范连续运行168h,锅炉燃烧效率***%,烟气中CO2浓度71-82%,NOx浓度(等效空气燃烧)110mg/Nm3。相比空气工况,富氧工况下脱汞效率(以ESP前为基准)和ESP除尘效率进一步提升。
与现有的其它碳捕集技术,包括燃烧前、燃烧后碳捕集技术,富氧燃烧碳捕集技术的改造成本更低,系统效率更高、生成成本更低、投资与碳减排成本更低。
张立麒,华中科技大学教授,国家重点研发计划项目负责人。主要从事二氧化碳减排与资源化利用、燃煤污染物生成与防治、热力系统模拟优化、交能融合技术等方面的研究工作。主持并参与了国家重点研发计划项目、国家自然科学重点基金、国家重点基础研究发展规划(973)项目等科研项目30余项。发表SCI论文90余篇,授权国家发明专利30余项。
郑楚光,煤燃烧国家重点实验室教授。多年从事“燃烧与污染防治”的理论研究和技术开发工作。曾先后获得国家自然科学奖二等奖2项,国家科技攻关和省部级科技奖励10多项。发表科学论文200余篇,另有10部著作出版。
评价单位:“科创中国”军民两用技术应用产业服务团 (中国兵工学会)
评价时间:2023-10-10
综合评价
着眼于发展经济、安全和可靠的富氧燃烧技术需求,该成果提出了一种富氧燃烧高效低成本运行关键技术与其对应示范装置,对传统烟气处理行业有一定的引领性作用,技术创新性很强,且技术较为成熟,投资回报比较可靠,目标市场处于成长阶段,市场前景十分广阔。
要积极与钢铁和建材等相关行业的企业合作,将富氧燃烧碳捕集技术应用于高炉低碳炼铁工艺以及水泥窑炉的碳捕集等方面,强化相应产品开发,加大产业链开发力度。
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