《CO2捕集技术》.ppt

CO2捕集与封存技术CO2捕集：燃烧前捕集、燃烧后捕集、富氧燃烧捕集 CO2封存：转化为无机碳酸盐、工业应用、注入海洋深处、注入地下岩层燃烧后捕集燃烧后捕集吸收分离法吸收分离法吸收分离法吸收分离法吸附分离法吸附分离法膜法膜法低温蒸馏法低温蒸馏法化学链燃烧法化学链燃烧法富氧燃烧法富氧燃烧法1精选课件第二章 CO2吸收分离技术吸收分离法：国际上采用的主要方法之一CO2吸收分离法特点：设备投入成本低、分离效果好、运行稳定、技术相对成熟已经在化工、食品行业得到广泛应用2精选课件第二章 CO2吸收分离技术2.1 CO2吸收分离原理 CO2吸收分离法：CO2在溶液中的溶解度与混合气中 其他组分的溶解度不同。COCO2 2吸收分离法吸收分离法物理吸收法物理吸收法化学吸收法化学吸收法物理物理-化学吸收法化学吸收法不循环不循环（吸收剂不再生）（吸收剂不再生）循环循环（吸收剂循环使用）（吸收剂循环使用）3精选课件2.1.1 CO2物理吸收分离原理特征：CO2、液体溶剂不发生化学反应。常用吸收剂：水、有机溶剂（不反应的非电解质）、有机溶剂水溶液。特点：1、适用CO2分压高、净化要求不高的情况。2、再生不需加热，降压、气提。3、工艺简单，操作压力高，CO2回收率低。4、气体一般需预处理（烟气脱硫脱硝）。4精选课件2.1.2 CO2化学吸收分离原理原理：气体与吸收剂活性组分反应，升温分 解释放起始组分。气体溶解度影响因素：物理溶解度、化学反应平衡常数、化学反应当量比吸收剂再生：升温，不是降压。5精选课件2.2 CO2化学吸收分离关键技术化学吸收法：气液反应脱除气相中易溶于吸收液的方法。实质：碱性吸收剂与混合气中CO2发生化学反应，形成不稳定的盐，一定条件逆向分解释放CO2再生，从而达到目的。特点：低温吸收CO2，富液高温释放，吸收剂再生。6精选课件工艺配置：不循环工艺、循环工艺。（吸收剂是否循环）不循环：工艺配置简单，净化能量消耗小，吸收剂消耗费用增加，废液吸收剂处理困难。循环：吸收剂消耗少，能耗高，工艺配置复杂。（采用较多）典型CO2化学吸收分离五大系统：吸收装置、解吸装置、能量交换装置、系统动力装置、系统辅助装置。7精选课件8精选课件2.2.1吸收剂优化选择1.溶剂吸收容量（溶解度、与温度压力关系）2.溶剂选择性3.饱和蒸汽压力（不应太大，以免溶剂损耗，溶剂沸点要高）4.沸点（高于150）5.凝固点（较低）6.密度（影响较低，选用密度较低的吸收剂）7.黏度（影响传质传热，选用黏度小的吸收剂）8.热化学稳定性腐蚀性、环境影响、毒性等等。9精选课件电厂烟气特征：烟气分压低、流量大、处理前后压降要求高。目前电厂常用吸收剂：一乙醇胺（MEA）缺点：再生能耗大、易与杂质气体反应、高温腐蚀、黏度偏大、价格偏高。新吸收剂研究方向：1.氨水:效率优于MEA，价格优势；易挥发，再生分离困难，易二次污染。2.离子液体：新型熔融盐，高CO2吸收负荷，再生简单；黏度高，易分解产生毒性。3.混合胺：一二级醇胺CO2反应效率高，三级醇胺CO2吸收负荷高。10精选课件传统化学吸收法反应设备：填料塔。优点：技术成熟，强有力的市场应用。缺点：混合、传质速率低，塔设备尺寸巨大，气液直接接触导致吸收剂夹带、沟流、鼓泡等。降低尺寸和投资的关键：1.反应设备传质强化（填料革新、应用新吸收设备）2.解决气液接触操作问题新设备：中空纤维膜反应器、超重力旋转反应器2.2.2反应设备传质强化技术11精选课件2.2.3高效低能耗富液再生技术传统化学吸收法再生工艺：能耗高美国Praxair：抗氧化吸收工艺美国DOE/NETL：CO2压缩热回收利用工艺Jassim：变压再生、再生气体分级压缩Teramoto：毛细管式超滤膜Bhaumik：减压工艺。12精选课件1.碳酸钾法 CO2+K2CO3+2H2O=2KHCO3 适用于合成氨工艺气、天然气和粗氢气回收CO2 活化热碳酸钾法：提高吸收温度、压力，同一温度下降压解吸 反应速率提高，需加入活性剂提高吸收、解吸速率并减轻腐蚀。2.Solfinol法 物理-化学法，低压：有机胺与CO2反应，高压：CO2物理溶解。缺点：溶剂易降解，价格高3.醇胺法 分子含羟基（可使蒸汽压降低增加水溶性）、胺基（使水溶液显碱性）与CO2反应机理相当复杂。吸收能力决定于其碱性强弱。2.2.4典型化学吸收技术13精选课件2.3 CO2化学吸收分离工艺设计2.3.1 收集基础资料，明确设计目标（1）基础资料收集：空间、位置、温度、压力；（2）明确任务：气体处理量、分离要求、操作温度、操作压力、物料腐蚀等。2.3.2 吸收剂种类、浓度选择（1）吸收剂选择：被处理气体的压力、温度、组成、净化要求、吸 收剂物性、价格；工艺要求：高CO2反应速率、高CO2负荷，易再生、价廉、无毒无腐蚀等等。（2）吸收剂浓度：根据腐蚀性和操作经验，一般20%-30%。14精选课件2.3.3 物料平衡计算 （1）气液平衡关系；（2）操作线方程以及最小液气比 （3）解吸过程的最小液气比2.3.4 填料吸收塔和解析塔设计 （1）填料选择。（2）塔径计算 （3）塔高计算15精选课件第三章CO2吸附分离技术16精选课件目 录 吸附分离原理吸附分离原理1 吸附分离吸附分离CO2技术技术2 吸附工艺吸附工艺317精选课件3.13.1吸附分离原理吸附分离原理 吸附分离：基于气体、液体与吸附剂活性点之间的分子间引力来实现。吸附过程中，流动的气体或液体中的一个或多个组分被吸附剂固体表面吸附，实现组分分离。（通常固定床）加热或其它方式解吸再生，循环使用。18精选课件3.13.1吸附分离原理吸附分离原理 PSA-变压吸附吸附工艺 TSA-变温吸附 PSTA-变压变温吸附合成氨、制氢、天然气净化过程含有吸附脱除CO2工艺电厂烟气特点：气体流量大，CO2分压低，出口温度高，含大量杂质气体。新技术、新工艺应用与烟气脱除CO219精选课件3.1.13.1.1吸附机理吸附机理 吸附过程：固体、液体表面吸引其他物质的分子、原子或离子富集在其表面的过程。（吸附剂、吸附质）吸附过程中：吸附与解吸同时进行，两者速度相等时，达到吸附平衡。两相充分接触，吸附质在两相中达到平衡-静态热力学平衡。流动体系中，两相相对运动，吸附质在两相中达到平衡-动态热力学平衡。20精选课件3.1.13.1.1吸附机理吸附机理吸附热力学：吸附过程所能达到的程度。-温度变化曲线吸附动力学：吸附过程的速度问题。-时间变化曲线吸附过程：吸热？放热？H=G+TS气体分子从气相吸附于固相：自发过程G0分子自由扩散转为界面吸附：自由度降低S0H0 放热反应放热反应21精选课件3.1.23.1.2吸附热力学吸附热力学吸附等温线类型及其形貌特征1.Langmuir方程（）2.BET方程（、）3.Kelvin方程（、）吸附等温线反映吸附剂表面性质、孔分布、吸附剂质之间的相互作用22精选课件一、单分子层吸附理论 Langmuir方程1.基本观点：固体表面存在未饱和的原子力场，当气体与之接触时就会被吸附在固体表面，一旦表面上覆盖满一层气体分子，这种力场就得到了饱和，吸附就不再发生，因此，吸附是单分子层的。2.Langmuir2.Langmuir方程建立的方程建立的3 3个假设：个假设：开放表面，均一表面 定位吸附 针对交换吸附 每一个吸附位只容纳一个吸附质分子23精选课件3.推导过程：吸附速度与气体压力成正比，也与未吸附气体分子的空着的表面成正比，因此吸附速度Ra为：(1)脱附速度与被吸附分子所覆盖的表面积的百分数成正比，也与被吸附的分子中具备脱离表面能量的分子所占的百分数成正比：(2)其中，E即为脱离表面所需的最低能量，对于物理吸附来说，就等于吸附热。令（1）式（2）式得到Langmuir方程：(3)其中，24精选课件令则(4)(5)如果以 作图，即可求得 4.应用与局限在临界温度以下的物理吸附中，多分子层吸附远比单分子层吸附普遍。可以通过对Langmuir方程的一些修正，将其用于超临界吸附由于Langmuir方程是建立在均匀表面假设上的，而真实表面都是不均匀的，因此在实际使用中常常要对表面的不均一性进行修正。25精选课件二二.多分子层吸附理论多分子层吸附理论 BETBET方程方程1.基本观点：BET理论认为，物理吸附是由Van der Waals力引起的，由于气体分子之间同样存在Van der Waals力，因此气体分子也可以吸附在已经被吸附的分子之上，形成多分子层吸附。2.BET方程建立的几个假设：与Langmuir方程相同的假设 第一层的吸附热是常数，第二层以后各层的吸附热都相等并等同于凝聚热 吸附是无限层26精选课件 0 1 2 3(6)(7)(8)3.方程的推导气体分子在第零层上吸附形成第一层的速度等于第一层脱附形成第零层的速度：27精选课件(9)其中，对(9)式进行数学处理，即得(10)如果以 作图，即可求得 ，如果已知吸附分子的大小，即可求出比表面积。BET方程BET方程的线形形式(11)28精选课件4.BET方程对型和型等温线的解释临界温度以下气体分子在开放的固体表面发生吸附时，往往呈型和型等温线，其中型等温线比较常见。型和型等温线在形状上有所不同，区别在于C值的不同。当C值由大变小，等温线就逐渐由型过渡到型。当C1时，即E1EL时，也就是固体表面对被吸附分子的作用力大于被吸附分子之间的作用力，即第一层吸附比以后各层的吸附强烈很多，这时候，第一层接近饱和以后第二层才开始，于是，等温线在 较低区出现一个比较明显的拐点（B点）。然后，随着 的增加，开始发生多分子层吸附，随着吸附层数的增加，吸附量逐渐增加，直到吸附的压力达到气体的饱和蒸汽压，发生液化，这时，吸附量在压力不变的情况下垂直上升。这就是型等温线。29精选课件当C较小时，即ELEl时，也就是固体表面与被吸附分子之间的作用力比较弱，而被吸附的分子之间作用力比较强，这时通常得到的是型等温线。第类等温线不是很常见，最具代表性的是水蒸汽在炭黑表面的吸附，因为水分子之间能够形成很强的氢键，表面一旦吸附了部分水分子，第二层、第三层等就很容易形成。与型等温线不同的是：由于被吸附分子之间很强的作用力，往往单分子层吸附还没有完成，多分子层吸附已经开始。研究表明(Jones，1951)：C C2 2是临界点。6.BET方程的局限性关于表面均一性的假设。与Langmuir方程相同，BET模型也认为吸附是定位的，这与第二层以后是液体的假设相矛盾。认为同层中的被吸附分子只受固体表面或下面已经被吸附的分子的吸引，同层中的相邻分子之间没有作用力，也是不真实的 30精选课件三三.毛细孔凝聚理论毛细孔凝聚理论 KelvinKelvin方程方程1.方程的推导液体在毛细管内会形成弯曲液面，弯曲液面的附加压力可以用Laplace方程表示(12)如果要描述一个曲面，一般用两个曲率半径因此，应为平均曲率半径，表示为：球形曲面：圆柱形曲面：，31精选课件设一单组分体系，处于气（）液（）两相平衡中。此时，气液两相的化学势相等：如果给其一个微小的波动，使得体系在等温条件下，从一个平衡态变化至另一个平衡态。则根据（12）式有：(13)(14)将（13）式带入上式得到：因此，（14）式可以写做：(15)32精选课件关于Kelvin半径(17)称为Klevin半径，在实际应用时，为了简化问题，通常取 ,此时 适用范围：Kelvin方程是从热力学公式中推导出来的，对于具有分子尺度孔径的孔并不适用（不适于微孔）。对于大孔来说，由于孔径较大，发生毛细孔凝聚时的压力十分接近饱和蒸汽压，在实验中很难测出。因此，Kelvin方程在处理中孔凝聚时是最有效的。34精选课件3.Kelvin方程对和型等温线的解释：临界温度以下，气体在中孔吸附剂上发生吸附时，首先形成单分子吸附层，对应图中的AB段，当单分子层吸附接近饱和时（达到B点），开始发生多分子层的吸附，从A点到C点，由于只发生了多分子层吸附，都可以用BET方程描述。当相对压力达到与发生毛细凝聚的Kelvin半径所对应的某一特定值，开始发生毛细孔凝聚。如果吸附剂的孔分布比较窄（中孔的大小比较均一），CD段就会比较陡，如果孔分布比较宽，吸附量随相对压力的变化就比较缓慢如CD段。当孔全部被填满时，吸附达到饱和，为DE段。对于和型等温线的区别，可以参考和型等温线。当吸附剂与吸附质之间的作用比较弱时，就会出现型等温线。35精选课件3.1.3 吸附动力学1、传质（物质浓度不均引起的质量转移）发生在流体之间，固体之间不发生2、传热（传导、对流、热辐射）传导：固体之间，一个分子向另一个分子传递震动能 对流：气体、液体通过循环流动，使温度趋于平均 热辐射：通过电磁波向外发散热量3、吸附热（吸附过程产生的热效应）反映吸附剂表面性质，吸附力的大小，吸附机理等等36精选课件4、物理吸附和化学吸附 物理吸附：范德华分子相互作用力为主；化学吸附：固体气体间电子转移、吸附质分子分裂成原子和游离基。两者区别：（1）物理吸附热小：几十；化学吸附热大：几百（2）物理吸附需一定温度和压力，类似凝聚，一般不需活化能，化学吸附是气体在固体表面形成化学键发生化学反应，需要一定的化学能（3）物理吸附可以多层吸附，选择性低；化学吸附仅为单层吸附，有一定的选择性。37精选课件3.1.4吸附分离基本原理吸附分离机制：1、立体效应：只允许小于孔道大小的气体分子进入孔道内被吸附2、动力效应：吸附速率大的快速吸附，反之吸附慢3、平衡效应：吸附量小的先达到饱和吸附工艺主要原理：吸附工艺主要原理：1、利用吸附剂对各成分气体选择性不同来分离混合气体；2、利用吸附剂对混合气体中各组分吸附速率的不同来分离气体 吸附分离机制 吸附分离工艺38精选课件吸附分离基本原理变温吸附：在相同的压力下，气体的吸附量随温度的变化（低温吸附、高温脱附）来分离气体混合物 变电吸附：升温方式采用微功能电路变压吸附：变压吸附：利用在不同分压下吸附剂对吸附质有着不同的吸附速度、吸附容量和吸附力，并且在一定压力下能选择性地吸附被分离的混合气体的各组分的特性，通过加压除去原料气中的需分离组分，减压后脱附这些组分使吸收剂再生。39精选课件吸附分离基本原理CO2吸附剂评价标准：1、对CO2具有优良的选择性2、高吸附容量3、持续耐久的活性，易再生4、良好的机械强度和热稳定性5、吸附、脱附速度快6、价格便宜COCO2 2吸附剂种类吸附剂种类：活性炭、沸石分子筛-物理吸附剂，缺点：受水影响大，能耗大。金属氧化物、水滑石类化合物-化学吸附剂40精选课件第四章CO2膜分离、膜吸收技术41精选课件目 录 CO2膜分离原理膜分离原理1 CO2膜分离材料膜分离材料2 CO2膜分离工艺设计膜分离工艺设计342精选课件4.1 CO4.1 CO2 2膜分离原理膜分离原理 膜的概念 膜：两相之间的一个不连续区间。特征：（1）充当两相界面；（2）具有选择透过性。物质选择透过膜的能力：（1）借助外界能量，低位到高位 （2）化学位差为推动力，高位到低位43精选课件膜的发展：（全球）4.1 CO4.1 CO2 2膜分离原理膜分离原理4.1 CO4.1 CO2 2膜分离原理膜分离原理始于18世纪：水自发透过猪膀胱渗透20世纪：电渗透、微孔膜、超滤、反渗透20世纪80年代：用于气体分离膜的发展：（我国）始于1958年：离子交换膜20世纪70年代：超滤、反渗透、电渗析20世纪80年代：发展液体分离膜、开发气体膜分离44精选课件 气体膜分离：气体膜渗透过程。气体膜渗透：膜与原料气接触，在膜两侧压力差驱动下，气体分子透过膜的现象。气体膜分离原理：由于不同气体分子透过膜的渗透速率差异，速率快的在渗透侧富集，慢的在原料侧富集。1831年，首次揭示了气体膜分离的可能性。（J.V.）1866年，将空气中氧浓度由21%提高到41%，提出了溶解-扩散机理；得到结论：膜厚度增加，气体渗透速率增加，但选择性不变。（T.C.）4.1 CO4.1 CO2 2膜分离原理膜分离原理45精选课件膜结构不同 渗透情况、渗透机理不同气体通过膜的流动：（1）通过多孔膜流动 （2）通过非多孔膜流动4.1 CO4.1 CO2 2膜分离原理膜分离原理4.1 CO4.1 CO2 2膜分离原理膜分离原理COCO2 2膜分离原理：膜分离原理：各组分在压力推动下，透过膜的传递速各组分在压力推动下，透过膜的传递速率不同，达到分离的目的。（图率不同，达到分离的目的。（图4-14-1）多孔膜分离机理：利用不同气体通过膜孔的速率差来 实现，不同气体在膜两侧富集并分离。分离性能与气体种类、膜孔径相关。多孔膜传递机理：分子流、黏性流、表面扩散流等等。46精选课件1.分子流气体分子受分子平均自由程和孔径影响，分子与孔壁作用支配4.1 CO4.1 CO2 2膜分离原理膜分离原理2.黏性流气体分子流动受分子间碰撞作用支配47精选课件3.表面扩散流膜孔壁吸附分子因吸附产生浓度梯度而在表面扩散，被吸附组分扩散较快，引起渗透速率差异，达到分离目的。温度越低、孔径越小，表面扩散越明显。4.1 CO4.1 CO2 2膜分离原理膜分离原理4.毛细管凝聚机理凝聚性气体在孔内产生毛细管凝聚，阻碍非冷凝气体渗透，凝聚性气体组分流出孔后蒸发，达到分离目的。48精选课件5.分子筛筛分机理比较理想的分离历程膜孔径介于不同分子直径之间，直径小的分子可以通过膜孔，大的被挡住，具有筛分效果，实现气体分离。4.1 CO4.1 CO2 2膜分离原理膜分离原理非多孔膜传递机理：溶解-扩散机理、双吸附-双迁移机理溶解-扩散机理为主，四部组成。各种渗透系数与膜材料性质、气体性质以及气体温度、压力、浓度等有关。49精选课件处理大量含CO2废气时：要求高选择性、高渗透率、膜寿命、保养以及成本等。高效的膜分离材料品种缺乏，正在不断研究发展 膜材料、膜组件及优化、膜技术膜分离技术核心：膜材料膜材料：高分子材料、无机材料。4.2 CO4.2 CO2 2膜分离材料膜分离材料50精选课件高分子材料：4.2 CO4.2 CO2 2膜分离材料膜分离材料1、聚砜机械性能优良，耐热性好，耐微生物降解，价廉易得；聚砜膜：膜薄，孔隙率高，微孔规则2、聚酰亚胺良好的强度，化学稳定性，耐高温，透气选择性好膜：CO2透过性差，（化学改性、合成新PI）3、有机硅膜材料耐热、不易燃、无机和有机结构、热稳定性、化学稳定性膜：透过性好、分子间作用力弱，扩散速率快51精选课件高分子材料：4.2 CO4.2 CO2 2膜分离材料膜分离材料4、含氟聚乙胺气体渗透性差，气体扩散选择性强金属、金属氧化物、陶瓷、分子筛在耐高温、耐腐蚀方面优势明显；缺点是气体选择性差无机材料：混合膜材料：高分化合物为分离层；无机膜为支撑层52精选课件气体分离膜材料评价：4.2 CO4.2 CO2 2膜分离材料膜分离材料1.溶解度系数：表示聚合物对气体的溶解能力高沸点、易液化的气体易在膜中溶解气体透过不同膜：取决于气体在膜中的扩散系数膜对不同气体透过时：取决于气体对膜的溶解系数2.渗透系数：表示气体通过膜的难易程度3.扩散系数：表示分子运动在膜中的传递能力 跟分子直径有关，随分子增大而减少53精选课件气体分离膜材料评价：4.2 CO4.2 CO2 2膜分离材料膜分离材料4.分离系数：表示膜的分离选择性能高沸点、易液化的气体易在膜中溶解54精选课件膜分离器：4.3 CO4.3 CO2 2膜分离工艺设计膜分离工艺设计1.平板式制造方便、装填密度低介于平板跟中空纤维式之间2.螺旋卷式(图4-4)3.中空纤维式（图4-5）装填密度很高，无需支撑体，气体通过时压力很大55精选课件第五章富氧燃烧技术56精选课件目 录 富氧燃烧技术的基本原理与类型富氧燃烧技术的基本原理与类型1 空气分离制氧技术空气分离制氧技术2 煤粉锅炉富氧燃烧技术煤粉锅炉富氧燃烧技术3 循环流化床锅炉富氧燃烧技术循环流化床锅炉富氧燃烧技术457精选课件5.1 5.1 富氧燃烧技术基本原理与类型富氧燃烧技术基本原理与类型富氧燃烧技术背景富氧燃烧技术的提出-O2/CO2烟气再循环技术 以燃煤电站捕集CO2为目标-20世纪80年代 较高纯度氧气代替燃烧空气 部分烟气再循环 CO2浓度达90%以上，烟气可直接冷却压缩 CO2集中排放源：火力发电锅炉常规空气燃烧锅炉CO2浓度为15%左右CO2浓度低，分离成本高58精选课件4.1 CO4.1 CO2 2膜分离原理膜分离原理富氧燃烧技术基本原理O2/CO2燃烧方式原理示意图5.1 5.1 富氧燃烧技术基本原理与类型富氧燃烧技术基本原理与类型59精选课件富氧燃烧技术特点5.1 5.1 富氧燃烧技术基本原理与类型富氧燃烧技术基本原理与类型60精选课件4.1 CO4.1 CO2 2膜分离原理膜分离原理5.1 5.1 富氧燃烧技术基本原理与类型富氧燃烧技术基本原理与类型61精选课件5.1 5.1 富氧燃烧技术基本原理与类型富氧燃烧技术基本原理与类型62精选课件5.1 5.1 富氧燃烧技术基本原理与类型富氧燃烧技术基本原理与类型63精选课件5.1 5.1 富氧燃烧技术基本原理与类型富氧燃烧技术基本原理与类型富氧燃烧技术主要类型按燃烧装置分（1）煤粉锅炉富氧燃烧技术）煤粉锅炉富氧燃烧技术 氧气纯度90%以上，再循环烟气比例70%左右，烟气中CO2含量90%以上。（2）循环流化床锅炉富氧燃烧技术 氧气纯度95%以上，烟气中CO2含量90%以上。（3）增压富氧流化床燃烧锅炉技术）增压富氧流化床燃烧锅炉技术 烟气测压力6-7MPa，氧气纯度95%以上，烟气中CO2含量90%以上（4）氧气与空气混燃的富氧燃烧技术）氧气与空气混燃的富氧燃烧技术 氧气含量40%左右，无烟气再循环，烟气中CO2含量40%左右64精选课件富氧燃烧技术主要类型按实施对象分（1 1）对现役锅炉改造）对现役锅炉改造5.1 5.1 富氧燃烧技术基本原理与类型富氧燃烧技术基本原理与类型（2 2）新设计锅炉设备）新设计锅炉设备按空气燃烧设计运行的锅炉进行富氧燃烧技术改造，对锅炉设备及蒸汽循环系统影响不大，电耗增加。改进燃烧，优化辐射，受热面布置，提高受热面高温性能，优化锅炉设计65精选课件5.1 5.1 富氧燃烧技术基本原理与类型富氧燃烧技术基本原理与类型富氧燃烧技术经济性分析一方面：一方面：部分烟气循环，排烟体积减小，排烟损失减小，锅炉效率提高。另一方面：另一方面：空气分离制氧、CO2压缩需要消耗大量电能。整体燃煤发电机组经济性下降。整体燃煤发电机组经济性下降。举例分析：图5-266精选课件5.2 5.2 空气分离制氧技术空气分离制氧技术67精选课件5.2 5.2 空气分离制氧技术空气分离制氧技术富氧制备方法68精选课件5.2 5.2 空气分离制氧技术空气分离制氧技术69精选课件5.2 5.2 空气分离制氧技术空气分离制氧技术70精选课件5.2 5.2 空气分离制氧技术空气分离制氧技术71精选课件5.2 5.2 空气分离制氧技术空气分离制氧技术72精选课件5.3 5.3 煤粉锅炉富氧燃烧技术煤粉锅炉富氧燃烧技术系统介绍系统介绍空气分离制备氧气、再循环烟气、煤粉一起进入炉膛燃烧、辐射换热、对流换热除尘、烟气循环（70%）、浓度90%的CO2净化压缩73精选课件5.3 5.3 煤粉锅炉富氧燃烧技术煤粉锅炉富氧燃烧技术煤粉在O2/CO2气氛下的燃烧特性煤粉在空气、富氧中燃烧反应动力学特性差别很大煤粉在CO2气氛下挥发分释放特性与在N2中类似煤粉在O2/CO2气氛下，CO2的存在不明显改变煤焦的反应动力学特性，高温/低O2浓度时，焦炭具有较高活性，原因：C-CO2气化反应。煤粉在O2/CO2气氛下，随着气氛中氧含量的增加，煤粉气流的着火、燃烧与燃尽均大大改进，煤焦着火点提前，燃烧时间缩短。74精选课件5.3 5.3 煤粉锅炉富氧燃烧技术煤粉锅炉富氧燃烧技术煤粉在O2/CO2气氛下的污染物排放特性1、SO2与SO3的生成与排放特性空气气氛燃烧时：80%多的燃料硫转化为SO2，未转化部分归功于灰分中碱性氧化物的固硫作用，4%左右SO2会转化为为SO3。O2/CO2气氛下燃烧时，SO2生成量有所降低，但是SO3生成量增加，原因可能是局部氧气浓度过高，增加了SO2的氧化比例。由于烟气再循环，排烟量为空气燃烧时的由于烟气再循环，排烟量为空气燃烧时的1/3，排烟中的，排烟中的SO2浓度却增加了，约浓度却增加了，约为空气燃烧时的为空气燃烧时的3倍，酸蒸汽凝结温度提高，锅炉尾部低温受热面腐蚀问题更突倍，酸蒸汽凝结温度提高，锅炉尾部低温受热面腐蚀问题更突出。出。75精选课件5.3 5.3 煤粉锅炉富氧燃烧技术煤粉锅炉富氧燃烧技术煤粉在O2/CO2气氛下的污染物排放特性2、NOx的生成与排放特性O2/CO2气氛下燃烧时，NOx生成量有所降低，原因（1）不存在N2，热力型NOx生成量很少；（2）C-CO2反应生成CO，促进了NO的还原。煤中氮含量0.5-2.5%，烟气中NOx中70-80%来自于燃料型NOx，燃烧过程中燃料型NOx生成与还原同时存在，并不是燃料中的氮全部转化为NOx。76精选课件5.3 5.3 煤粉锅炉富氧燃烧技术煤粉锅炉富氧燃烧技术煤粉在O2/CO2气氛下的污染物排放特性2、NOx的生成与排放特性NOx转化率影响因素主要是烟气中的氧量：生成速率与氧气浓度的平方成正比富氧燃烧时，局部与总体氧浓度均高于空气燃烧，NOx生成量增加；同时C-CO2气化反应生成CO，可以还原NOx，竞争反应，最终结果NOx生成量降低。最终应以燃烧效率为主，而不是刻意追求低NOx燃烧。富氧燃烧NOx排放总量降低，但由于排烟量减小，排烟中NOx浓度时增大的。77精选课件5.3 5.3 煤粉锅炉富氧燃烧技术煤粉锅炉富氧燃烧技术富氧煤粉燃烧器的设计特点富氧煤粉燃烧器的设计特点实验研究多为小规模实验台，还没有大型全尺寸的富氧燃烧电站投入运行，因此可供参考的数据很少。组织燃烧方式跟空气燃烧类似，结构也基本相同，一次风/二次风（图5-7）1、锅炉炉膛特点 空气燃烧时：低NOx燃烧，需要适当降温，足够停留时间，因此容积热负荷较小，炉膛较大；富氧燃烧时：不需特意满足低NOx燃烧要求，炉膛可小些，容积热负荷大于空气燃烧时。富氧燃烧锅炉漏风会降低锅炉热效率、增加风机耗电而且会引入较多的N2增加排烟功耗，密封要求高于空气燃烧锅炉富氧煤粉锅炉设计与传热特点富氧煤粉锅炉设计与传热特点78精选课件5.3 5.3 煤粉锅炉富氧燃烧技术煤粉锅炉富氧燃烧技术2、富氧燃烧锅炉辐射与对流换热特点 （1）辐射换热 由于三原子气体份额较大，炉膛总辐射量大于空气燃烧时，图5-8。CO2辐射率的增加在低温区较突出（25%以上），高温区增量不大（小于5%）；H2O的辐射量较稳定（20%）。（2）对流换热 烟气中CO2浓度较高，导致烟气密度、比热容及导热系数均增加，黏度降低。对流换热系数较空气气氛下增大 富氧燃烧总烟气量是减少的，因此对流换热相对于空气燃烧时减少的，而炉膛辐射换热量较空气是增加的。79精选课件5.3 5.3 煤粉锅炉富氧燃烧技术煤粉锅炉富氧燃烧技术（3）锅炉尾部烟气处理 与空气燃烧区别较大，对于新设计的富氧燃烧锅炉，取消烟气脱氮脱硫设备，一起并入到CO2净化与压缩过程中去，硫化物/氮化物有资源化利用的可能性。80精选课件