當前，碳捕獲和儲存技術在實現全球二氧化碳減排中起著至關重要的作用。目前，二氧化碳捕獲有3種技術路徑：燃燒前捕捉、富氧燃燒捕捉和燃燒后捕捉。

燃燒前捕捉主要通過IGCC來實現，其原理是通過化學反應將煤或石油殘渣等富碳燃料轉化為合成氣(一氧化碳與氫氣混合物)等燃料。由于將現有煤粉鍋爐改建為IGCC電廠幾乎不可能，因此IGCC技術僅適用于新電廠的建設。

富氧燃燒技術的原理是用純氧(而不是空氣)燃燒固體燃料，由二氧化碳循環(huán)流控制燃燒。富氧燃燒產生的煙氣主要由水和二氧化碳組成，采用水分離技術在后端能比較容易地捕集到二氧化碳。

富氧燃燒技術適用于新機組，也可應用于某些改造機組。燃燒后捕捉：這種技術目前相對簡便，能夠適應大型燃煤和燃氣機組，通過捕集裝置將電廠煙氣中的二氧化碳有選擇地去除，但成本過高，對電廠供電效率影響較大。

富氧燃燒的分類及基本特點

目前，富氧燃燒的形式大致可分為：微富氧燃燒、氧氣噴槍、純氧燃燒、空-氧燃燒4大類。微富氧燃燒是直接將氧氣和空氣先混合，使之呈現微富氧狀態(tài)，之后再送入爐膛燃燒。氧氣噴槍利用氧氣噴槍在燃燒室內局部注入氧氣。純氧燃燒是利用氧氣直接取代空氣?？?氧燃燒是空氣和氧氣同時供應燃燒器燃燒。

不論是上述哪種方式，富氧燃燒與普通燃燒相比都存在以下特點：

1. 理論空氣量少：隨著富氧空氣中含氧量的增加，理論空氣需要量減少，當含氧量從21%提高到28%時，理論空氣量可降低25%左右，相應的煙氣量也減少。
2. 火焰溫度高：隨著氧濃度的增加，理論火焰溫度相應升高，但提升幅度逐漸減小。一般富氧濃度在26%-31%時最佳。
3. 加快燃燒速度：燃料在空氣中和在純氧中的燃燒速度相差甚大，幾種氣體燃料在空氣中和純氧中的燃燒速度對比情況見表1。故用富氧空氣助燃后，不僅提高燃燒強度，加快燃燒速度，同時溫度提高有利于燃燒反應完全。
4. 降低污染排放：由于富氧燃燒煙氣量減少，可降低包含CO、CO₂等污染物的排放總量。此外，由于使用的空氣中N2降低，使燃燒廢氣中的CO、CO₂、SOx、NOx濃度增加，可使CO₂捕捉、排煙脫硝等廢氣處理更有效率。

富氧燃燒對電站鍋爐性能及結構的影響

鍋爐內部基本的過程包括鍋內過程和爐內過程。爐內過程的基礎物質就是空氣和燃料。鍋爐是以空氣為燃燒介質，如果空氣的成分發(fā)生變化，那么對于鍋爐內部的燃燒、傳熱和其他過程的影響是根本性的，從而也影響了鍋爐的各項性能。

理論空氣量和過量空氣系數、燃燒產物和焓值、爐膛出口溫度和理論燃燒溫度等方面會發(fā)生變化。經初步計算，富氧30%比正?？諝鈼l件下理論燃燒溫度提高超過500℃，爐膛算術平均溫度提高約250℃。相應的，爐內傳熱變化也很明顯，在假定燃料量、熱風溫度、沾污等不變的情況下，爐膛吸熱量增加大約26%，這是由于爐內平均溫度升高，爐內輻射傳熱量增加。

除了以上這些，還應注意爐內高溫腐蝕、燃燒器噴口結渣、火焰穩(wěn)定等方面的問題。結焦性方面，阿爾斯通在鼓泡床上進行了空氣和不同氧氣濃度的對比燃燒試驗。

試驗發(fā)現，氧氣含量50%，正常的流化風速下出現了結焦，風速增大到一定程度后，結焦現象消失。這說明對于CFB鍋爐來說，富氧燃燒的流化風量不同于常規(guī)CFB鍋爐。富氧燃燒對于對流受熱面也存在較大影響，主要是因為煙氣總熱容量的降低和煙氣流速的降低。對蒸汽溫度也存在影響，爐膛吸熱增加和對流吸熱減少可能導致蒸汽溫度無法維持。

在具體結構方面，微富氧燃燒絕大多數的傳統燃燒器都可采用，具有花費較少成本即擁有富氧燃燒特性的優(yōu)點。但若氧濃度超過一定范圍，則燃燒器可能因燃燒溫度過高而損壞，或是火焰太短而不符所需。

氧氣噴槍的好處是燃燒器不容易因高溫而毀損，同時此方式類似分級燃燒的概念，因此其NOx排放量相對來說較低，基本上僅需在原有燃燒器上增設一氧氣噴槍并配合相關管線配置即可，不需大幅變更，故在裝置費用上也不需花費太多。

純氧燃燒較多采用擴散火焰的方式，即氧氣和燃料分走不同管線，在燃燒器出口處混合。純氧燃燒具有非常低的NOx排放量及相當高的火焰溫度，其缺點是燃燒器需大幅修改，且燃燒室內耐火材料可能因高溫而縮短壽命。空-氧燃燒優(yōu)點是可維持較高的氧濃度，提高效率，同時費用比純氧燃燒低，火焰長度及傳熱分布可通過調整氧氣流量來加以控制。

總的來說，富氧燃燒改造前的單位投資要低于普通燃煤電廠。這主要是由于普通燃煤電廠需要配備相應的脫硫系統，而富氧燃燒電廠煙氣CO₂體積分數高達95%，在對以CO₂為主的煙氣進行后續(xù)處理時，SO₂同時也會被回收，從而可以省去煙氣脫硫設備投資。

（摘編自《電氣技術》，原文標題為“電站鍋爐采用富氧燃燒技術的研究分析”，作者為姚燕強。）