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1、燃煤电站C 0 2 孺集技布硼究项状及前景展望捕| ：自c 叽等i 体& i * ”女球境 T i 著彭自得c ( ) ：“皋十* 女挂$ 受到T m # 堞t r C O ，i 女* # ，目“ 也 将蕾C O ：捕集技$ i 月甘晕# i 十日T4 # i 要”# # t rC O ，# $ $ ，括帆目E 蕞技 # ec 0 ，# # 技* 富氧# 烧# $ $ m 学* # # # 折T 4 9 技S 自* 势十i# * 女H 井从* 、先进性 成# 度3 十i 自”4 * 技 t # 7 l 匕较，最t 对我目“】，* 集挂柱i 展# t 行T展9差键目# # t 站C O ；# 集
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5、 M q u l I h t l m u n h I l lK e y w o r d s ：r l f ir e d ”“ 7p a n l ；c 0 ，【4 “”H 箍严重的“温窜敝Z ”已经“起r 全世界时C O ：减排技术的关注，I - 围j 吱肝也作出承诺：要在2 0 2 0 年把单位G I ) P 二氧化碳排放艟在2 0 0 5年的基础上降低4 0 4 5 1 ，人类活动所带米的温室气体排放主要来源于能源淌费近年来，在我M 的次能源消耗结构t h 煤发所一- 比例均像持在7 0 左右，儿中燃煤发电占列总煤炭消耗总量的一半以E 电力行业( 兄托足煤电) 作为c o ，最大最集巾的排放
6、搦I 舰i | 到2 0 3 0 I ，伞球5 0 的C O ，排欣增长来自新建的燃煤火电厂片巾t 蛰是中H 和印度的火电厂1 。田此，控黹町燃煤电厂c O ，的排放足 粪碱排C O ，最重矍的也是最直接切点为r 宴现电山行业的C O ：减排1 4 标n n I 采取的措施盲：( 最大限度地提高发电效率，包括采用赳高参数的发j U 机组( 超超临界技术) 以厦联合循环技术( C C C 和P F B C ) 米发电。( 2 ) 调帮能源结构，秉川非化石燃料发电包括利o r 冉q 能源( 风能太m 能、q 物质能等) 和棱能。n m 日2 0 i 】一0 32 3 # 女* nt g ( 1 9
7、 7 7 - l * + * a r # * m * n * T * I M * m 讹目日1 n 。 R g # ( 1 9 8 ，一) # a r “【# # 自自# n 十nH l = nI 。* H ，* c m I 。o - H m 月W R ，* 。 自( I 口8 6 ) 女，* * 自 T R l # * 8 m n L nM $ # 7 讹c o ，* 口目J ”1( 3 ) 执行京都议定书实行C O ：定额排放：实行C O ：排放贸易和清洁发展机制( C D M ) 。( 4 ) 大力发展“C O ：捕集和储存技术”( C a r b o nC a p t u r ea n
8、 dS t o r a g e ，c c s ) ，即对发电过程中化石燃料燃烧产生的C O ：进行捕集，然后将C O ：压缩至超I 临界状态并将其运输到储存地点封存起来或加以利用。对于化石燃料( 煤、石油和天然气) 发电技术，在尽可能提高发电效率的基础上，C C S 是最终解决达到或接近C O ：零排放的根本方案口。 。在整个C C S 过程中，有7 5 一8 0 的运行成本是集中在C O ：捕集( 或分离) 阶段上的，因此，有必要开发低能耗的C O ：捕集技术。目前，根据C O ：分离过程在动力系统中的不同位置和循环方式，C O ：捕集技术主要被分为：燃烧前脱碳技术( P r e -c o
9、m b u s t i o n ) 、燃烧过程中C O ：捕集技术和燃烧后C 0 2 捕集技术( P o s t c o m b u s t i o n ) 。其中燃烧过程中P r e C o m b u s t i o nC O ：捕集技术主要包括富氧燃烧技术( O x y g e n f u e l )和化学链燃烧技术( C h e m i c a ll o o p i n gc o m b u s t i o n 。C L C ) 。篱。c o 。攥集技术l = = ! 三三! = 篡：篙缓1 1 燃烧前脱碳技术( I G C C )燃烧前脱碳的基本原理是在碳基原料燃烧前，采用合适的方法
10、将化学能从碳中转移出来，然后将碳与携带能量的其他物质分离，从而达到脱碳的目的。I G C C 是最典型的可以进行燃烧前脱碳的系统，同时也被认为是最具潜力的发电系统。I G C C 是一种先进的动力系统，主要由气化系统和联合循环系统组成。其中气化系统又可分为空分设备、气化设备、合成气净化部分、水煤气变换及C O ：分离部分；联合循环系统主要由燃气轮机、余热锅炉和蒸汽轮机等部分构成。C O ：捕集的系统流程图如图1所示。图1燃烧前脱碳技术流程示意图具体的工艺流程为：燃料首先进入气化炉气化，生产出合成气，合成气的主要成份是C O 和H ：，然后再将合成气进行重整，使煤气变为C O ：和H ：，将燃料
11、化学能转移到H ：中，然后再对C O ：和H ：进行分离。燃料的能量全部以H ：为载能体，在燃气轮机燃烧室中燃烧，形成准零排放系统。一般I G C C 系统的气化炉都采用富氧或纯氧技术，所需分离气体体积大幅度变小、C O ：体积分数显著变大，同时还可以联合脱除其他酸性气体( 如H ：S ) ，从而大大降低投资和运行费用，使I G C C 成为未来电力行业发电技术的优选。美国的未来电力、中国的绿色煤电、E t 本的鹰计划以及澳大利亚的零排放发电等技术均计划采用I G C C 作为基础，进行燃烧前的脱碳。21 2 燃烧后C O ，捕集技术燃烧后脱碳是针对燃料燃烧后烟气中C O ：的分离路线，包括化
12、学吸收法、膜分离法、低温蒸馏法等旧j ，目前最适合燃煤电厂脱碳的是化学吸收法0 | 。其实质将在2 1 节中介绍。流程示意图如图2 所示。该方法的优点是只需在现有电厂污染物脱除装置下游增加C O ：捕获装置即可，不需要对原来的系统进行较大改动，因此适应于现有几乎所有燃煤电厂，是未来短期内针对已有设备的具有较大潜力的技术。缺点是常用化学溶液再生能耗较大，由于作为燃料氧化剂的空气中含有大量N ：，致使烟气体积流量很大，捕集系统庞大，带来投资巨大。烟气中C O ：浓度低( 8 一1 6 ) ，并且燃烧在常压下进行，分离出的C O ：需要耗费大量的压缩功j ! 行输送这衅不利因素造成了H f j i
13、虽然有比较成熟的燃烧后捕集方法， H 足由于经济性较芷很难实际应州于燃煤电r 的现状c o t l 3 一i 5 l目2 燃烧目脱碳技术流# i 意目913 富氧燃烧技术在常规煤粉炉燃烧打式下烟气中的c 0 ：体积含量较低( 仅为1 0 1 4 ) ，使得c 0 ：分离过程复杂、成率很高。因此，如何提高燃烧产物中的C O ：浓度是降低c o ，捕集能耗的关键。富氧燃烧技水( 卫被称为o ：C O ：燃烧技术或空气分离烟气再循环撞珠) 是制对燃煤电厂特点所发展的C O ，减排技术，其原理如翻3 所示。设技术利用空气分离获得的高纯瓴和部分冉循环烟气的混合物代替空气与燃料组缎燃烧，从j f l 提高
14、r 排烟中的c o ，维度。通过循环烟4 t 米调节燃烧温度同时循环烟气叉替代空O I l 的N ，束捞带热量以保证锅炉的传热和锅炉热教率。富氧燃烧技术是一种既能直接获得高浓度C O ：，义能鲸台控制燃煤污染物排放的新一代煤粉燃烧技术，有巨大的发展潜山。由于该技术硅基于被广泛接受的煤粉燃烧技术I J 发展起来的，具柏确定的价格和风险容易得到1 ：业界的支持，日前富氧燃烧的彤式 数可分为：孛气增氧燃烧、吹钮燃烧、垒氧燃烧乍一氧燃烧四大类。不论是上述哪种方式，寓钮燃烧与传统率气助燃燃烧方式相比都存在以下 # 点“：( 1 ) 在O ，C O ：气氛下为r 获得j 空气k 氟相似的绝热火焰温度，气氛
15、中氧浓度需提高3 0 ，同时为了保砭燃烧，烟C 巾的O ：过量系觳为3 一5 。( 2 ) 脱水后，烟气中的c 0 ：体积分数町“达到9 5 以1 町水必进行烟气分离而A 接液化回收C O ：，( 3 ) 与空气气j ；【相比，O ：C O ：燃烧技术中烟气的多狰：循环使得炉内存在着较高的s 0 ：浓度( 是空气燃烧2 3 倍) 更适于炉内高温脱硫这有助于提高脱硫墩牢；同时，一方面由于烟4 0 I ，没育N ：1 i i 【没有热力型O 。生成，另方面烟气多次循环使得燃料型N O 。披芷 一步还原从而导致N O 排放大大降低：此外，鞍高的0 ，浓度【】f 能会促进煤中的求向轼化汞转化可降低燃煤电站的求排放( 4 ) 住0 ：C O ：燃烧过程中，大比例的烟气循环使得锚炉的排娴量可降低约8 0 左右( 即富氧燃烧方式的烟气世仅为常规燃烧 止的1 5 左右) ，这使得锅炉排烟热损失太大j 或小锅炉效率得以提高。( 5 ) 高浓度c 0 和H ：O 的打在使得烟气；有较高的比热和辐射系数锅炉炉膛内辐射换热效果比空气气氛燃烧明盐增强富氧燃烧技术的慨念是H o m e 和S t e i n b u r g 十1 9 8
