科创中国

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90.68%，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。

本成果不仅可应用于火力发电厂，也可应用于钢铁厂、水泥厂等大型CO2排放源的碳排放控制，实现高碳能源的低碳利用，前景较为广阔。

本项目的部分关键成果，已在电力行业和空分行业实现了单体或成套技术推广应用。如兼顾型富氧燃烧器已被合作企业东方电气集团东方锅炉股份有限公司成功应用于多个电厂的燃烧器改造项目；烟冷器技术已成功应该用于多个低低温余热利用项目；四川空分设备（集团）有限责任公司将新型径向流纯化器应用于常规深冷空分，近三年新增产值10.5亿元；已将新型三塔空分成果投入市场。

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。

柳朝晖，华中科技大学教授、国家万人计划领军人才。主要从事化石能源清洁低碳燃烧理论与技术、湍流两相反应流体力学、能源动力系统和装置仿真优化等方向研究。主持国家重点研发计划、科技支撑计划、973、863、国家自然科学基金等项目/课题20余项，国内外企业委托项目10余项。已撰写专著2部，发表论文240余篇，授权发明专利30余项。

 易宝军，副教授，开展农业废弃物的热转化机理研究、生物质热转化装备的设计与开发、节能技术等相关工作。近年来主持或参与多项国家重点研发计划、国家自然科学基金、农业部行业专项、省重点研发计划、湖北省自然科学基金等十余项。发表SCI学术论文20余篇，获国家授权发明专利十余项。

本成果主要包括35MWth富氧燃烧示范试验，该装置是当前全球四套富氧燃烧示范装置中唯一运行的装置，项目执行期间一直国内相关行业的高度关注，国家能源、广东能源、、江西电建、中石化、中国建材、吉利、哈尔滨锅炉、中钢武汉安环院等均来校或35MWth基地开展技术交流。

研发团队正在与多家发电企业合作，拟在现有成果基础上进行工业化放大，致力于富氧燃烧技术在200-600MWe规模电厂上的应用，致力于实现中国富氧燃烧CO2大规模减排及资源化利用，预估市场规模在百亿级别。

此外，本成果不仅可应用于火力发电厂，也可应用于钢铁厂、水泥厂等大型CO2排放源的碳排放控制，实现高碳能源的低碳利用。项目团队正在与钢铁和建材行业领军企业开展合作，如武钢、中钢天澄、华新水泥等，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。

计划与火力发电厂、钢铁厂、水泥厂等大型CO2排放源的碳排放单位合作，通过技术转让、技术许可、合作开发、技术服务等方式，将富氧燃烧碳捕集技术应用于富氧燃烧CO2减排、高炉低碳炼铁工艺以及水泥窑炉的碳捕集等方面，推动成果的落地转化。