當(dāng)前，碳捕獲和儲存技術(shù)在實(shí)現(xiàn)全球二氧化碳減排中起著至關(guān)重要的作用。目前，二氧化碳捕獲有3種技術(shù)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(shí)現(xiàn)，其原理是通過化學(xué)反應(yīng)將煤或石油殘?jiān)雀惶既剂限D(zhuǎn)化為合成氣(一氧化碳與氫氣混合物)等燃料。由于將現(xiàn)有煤粉鍋爐改建為IGCC電廠幾乎不可能，因此IGCC技術(shù)僅適用于新電廠的建設(shè)。

富氧燃燒技術(shù)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(chǎn)生的煙氣主要由水和二氧化碳組成，采用水分離技術(shù)在后端能比較容易地捕集到二氧化碳。

富氧燃燒技術(shù)適用于新機(jī)組，也可應(yīng)用于某些改造機(jī)組。燃燒后捕捉：這種技術(shù)目前相對簡便，能夠適應(yīng)大型燃煤和燃?xì)鈾C(jī)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(diǎn)

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(xiàn)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(nèi)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(shí)供應(yīng)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(diǎn)：

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(dāng)含氧量從21%提高到28%時(shí)，理論空氣量可降低25%左右，相應(yīng)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(yīng)升高，但提升幅度逐漸減小。一般富氧濃度在26%-31%時(shí)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(qiáng)度，加快燃燒速度，同時(shí)溫度提高有利于燃燒反應(yīng)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(jié)構(gòu)的影響

鍋爐內(nèi)部基本的過程包括鍋內(nèi)過程和爐內(nèi)過程。爐內(nèi)過程的基礎(chǔ)物質(zhì)就是空氣和燃料。鍋爐是以空氣為燃燒介質(zhì)，如果空氣的成分發(fā)生變化，那么對于鍋爐內(nèi)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(xiàng)性能。

理論空氣量和過量空氣系數(shù)、燃燒產(chǎn)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(jīng)初步計(jì)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(shù)平均溫度提高約250℃。相應(yīng)的，爐內(nèi)傳熱變化也很明顯，在假定燃料量、熱風(fēng)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(nèi)平均溫度升高，爐內(nèi)輻射傳熱量增加。

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

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，氧氣含量50%，正常的流化風(fēng)速下出現(xiàn)了結(jié)焦，風(fēng)速增大到一定程度后，結(jié)焦現(xiàn)象消失。這說明對于CFB鍋爐來說，富氧燃燒的流化風(fēng)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?yàn)闊煔饪偀崛萘康慕档秃蜔煔饬魉俚慕档?。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(dǎo)致蒸汽溫度無法維持。

在具體結(jié)構(gòu)方面，微富氧燃燒絕大多數(shù)的傳統(tǒng)燃燒器都可采用，具有花費(fèi)較少成本即擁有富氧燃燒特性的優(yōu)點(diǎn)。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(shí)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(shè)一氧氣噴槍并配合相關(guān)管線配置即可，不需大幅變更，故在裝置費(fèi)用上也不需花費(fèi)太多。

純氧燃燒較多采用擴(kuò)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(dāng)高的火焰溫度，其缺點(diǎn)是燃燒器需大幅修改，且燃燒室內(nèi)耐火材料可能因高溫而縮短壽命。空-氧燃燒優(yōu)點(diǎn)是可維持較高的氧濃度，提高效率，同時(shí)費(fèi)用比純氧燃燒低，火焰長度及傳熱分布可通過調(diào)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(yīng)的脫硫系統(tǒng)，而富氧燃燒電廠煙氣CO₂體積分?jǐn)?shù)高達(dá)95%，在對以CO₂為主的煙氣進(jìn)行后續(xù)處理時(shí)，SO₂同時(shí)也會被回收，從而可以省去煙氣脫硫設(shè)備投資。

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