富氧燃烧技术在碳捕集方面的应用
Oxyfuel combustion for CO2 capture technology
全球气候变暖已经越来越严重，工业排放的二氧化碳被认为是导致气候变暖的“主犯”。面对日益紧迫的环境问题，CCS技术不仅能将二氧化碳封存于地下或海底．而且还能实现二氧化碳“变废为宝”，被看作是最具发展前景的解决方案之一。
CCS技术是指将二氧化碳从相关排放燃烧源捕获并分离出来，输送到油气田、海洋等地点进行长期(几千年)封存，从而阻止或显著减少温室气体排放，以减轻对地球气候的影响。这是一项新兴的、具有大规模减排潜力的技术，有望实现化石能源的二氧化碳近零排放。该技术将工业生产过程中产生的二氧化碳捕集并安全地储存于特定的地质结构中。目前，处于研究阶段、工业试验或工业化应用的封存场所主要有深度含盐水层、枯竭或开采到后期的油气田、不可采的贫瘠煤层和海洋。
目前全球每年排放的二氧化碳在300x108t以上，其中约有40％来自发电厂，23％来自运输行业．22％来自水泥厂、钢厂和炼油厂。碳捕集技术最早应用于炼油、化工等行业，这些行业排放的二氧化碳浓度高、压力大，捕集成本并不高。而燃煤电厂排放的二氧化碳则恰好相反，捕集能耗和成本较高．现阶段的碳捕集技术尚无法完全解决这一问题。目前主流的碳捕集工艺按操作时间可分为3类
——燃烧前捕集、富氧燃烧捕集(燃烧中捕集)和燃烧后捕集。
三者各有优势，却又各有技术难题尚待解决，日前呈并行发展之势。燃烧前捕集实现起来最为复杂，而燃烧后只能捕集到排出二氧化碳的10％，既不经济，也不节能。最有发展前景的是燃烧中捕集。燃烧前捕集技术以煤气化联合循环(IGCC)技术为基础，先将煤炭气化成清洁气体能源，从而把二氧化碳在燃烧前就分离开来，不进入燃烧过程。而且二氧化碳的浓度和压力会因此提高，分离起来较为方便，是目前运行成本最低廉的捕集技术，其前景为学术界所看好。问题在于．传统电厂无法应用这项技术，而是需要重新建造专门的IGCC电站，其建造成本是现有传统发电厂的2倍以上。燃烧后捕集可以直接应用于传统电厂，这一技术路线对传统电厂烟气中的二氧化碳进行捕集，投入相对较少。这项技术分支较多．可以分为化学吸收法、物理吸附法、膜分离法、化学链分离法等等。其中，化学吸收法被认为市场前景最好，受厂商重视程度也最高，但设备运行的能耗和成本较高。事实上，由于传统电厂排放的二氧化碳浓度低、压力小，无论采用哪种捕集技术，能耗和成本都难以降低。如果说燃烧前捕集技术的建设成本高、运行成本低，那么燃烧后捕集技术则是建设成本低、运行成本高。
富氧燃烧捕集技术试图综合前两种技术的优点，做到既可以在传统电厂中应用，排出的二氧化碳的浓度和压力也较高。由于该技术主要着力在燃烧过程中，也被看作是燃烧中捕集技术。与传统电厂直接用空气助燃的燃烧技术不同．富氧燃烧是用纯度非常高的氧气助燃．同时在锅炉内加压，使排出的二氧化碳在浓度和压力上与IGCC差不多，再用燃烧后捕集技术进行捕集，从而降低前期投入和捕集成本。但看似完美无缺的解决方案，却有一个巨大的技术难题——制氧成本太高。这也使得富氧燃烧捕集技术在经济性上并没有太大优势。
富氧燃烧系统是用纯氧或富氧代替空气作为化石燃料燃烧的介质。燃烧产物主要是CO2和水蒸气，另外还有多余的氧气以保证燃烧完全，以及燃料中所有组成成分的氧化产物、燃料或泄漏进入系统的空气中的惰性成分等。经过冷却水蒸汽冷凝后，烟气中CO2含量在80％～98％之间。这样高浓度的CO2经过压缩、干燥和进一步的净化可进入管道进行存储。CO2在高密度超临界下通过管道运输，其中的惰性气体含量需要降低至较低值以避免增加CO2的临界压力而可能造成管道中的两相流，其中的酸性气体成分也需要去除。此外CO2需要经过干燥以防止在管道中出现水凝结和腐蚀，并允许使用常规的炭钢材料。在富氧燃烧系统中，由于CO2浓度较高，因此捕获分离的成本较低，但是供给的富氧成本较高。目前氧气的生产主要通过空气分离方法，包括使用聚合膜、变压吸附和低温蒸馏。
（PS：从“富氧膜”制富氧的基本原理可知，在膜两侧一般要有几千万帕斯卡的压差，否则，产氧量太低。而这些压能是很难回收的，除非能制造出性能更优异的富氧膜。变压吸附法的吸、脱附周期可以短至1分钟。所以，前者必然是限于吸附分离少量的杂质成份。若要制取氧气，则只能使用后者薄膜分离法的单级分离系数只有2左右，所以只适于制造30％左右的富氧。若要高浓度富氧，则必须多级串联，则其能耗也势必更大，将无实用价值。PSA则不然，它可以制取高浓度富氧，浓度甚至可达99％。）
相比于其他CCS技术，富氧燃烧独有的优点：富氧燃烧传热效果增强,提高热量利用率。
由于富氧空气的助燃,其中惰性气体成分减少,炉内气体CO2和H2O的含量增高,导致气体辐射率升高,增加了燃烧反应的反应物浓度和活化分子的有效碰撞次数,因此导致传热效果增强,提高理论燃烧温度,烟气的辐射能力增强,即相同的受热面积,传热量增多。如果将碳粒的燃烧反应当作一级反应,而且认为反应在碳粒外表面进行,即不考虑内部表面的反应,则可用参加化学反应的氧的消耗速度W1来表示燃烧的化学反应速度,即
W1=KC f kg/m2·s
另一方面,燃烧反应速度也可以用氧向碳粒表面的扩散速度表示,即
W2=β(C0-C f)
式中Cf—碳粒表面上氧的浓度, kg/m2;
C0—周围介质中氧的浓度, kg/m2;
K—化学反应速度常数;
β—扩散速度常数。
当燃烧过程稳定时,氧气扩散到碳粒表面的扩散速度和碳粒表面上氧气的消耗速度,即化学反应速度是相等的,即
W1=W2=W
此时碳粒表面上氧的供应和消耗达到了平衡,因而碳粒表面上的氧浓度Cf是稳定不变的。由上式得:
C0=W/K+W/β=1/K+1/β
令Kn=1/(1/K+1/β),
Kn称为折算反应速度常数,
则式变为:
W=K n C0
从此式可以看出碳粒的燃烧速率与氧浓度的关系。富氧燃烧经过烟气再循环后,烟气体积减少80%左右,炉内气体流量减少,使得燃料在炉内有更长的停留时间,燃烧的更加充分。同时火焰温度随着氧气浓度的提高而提高,温度的提高也有助于燃烧反应完全,降低机械不完全燃烧损失,达到节能的效果。
富氧燃烧的关键问题：
3. 1富氧燃烧的燃烧器开发
锅炉设计最关键技术之一是煤粉燃烧器的设计,合理、优化地设计煤粉燃烧器,以保证锅炉安全、经济、可靠运行。要达到合理、优化地设计煤粉燃烧器必须准确地掌握煤粉气流着火特性。燃烧器对电站锅炉的燃烧、污染物排放、热效率以及负荷是至关重要的,全尺寸实验对燃烧器研发是至关重要的,一方面这是获取实验数据的重要手段,以用来开发和验证不同建模工具;另一方面需获得全尺寸燃烧器的运行经验(例如:开/停机、火焰稳定性、效率、传热、积灰和结焦等)。
3. 2需要锅炉全尺寸运行经验
目前已有大量的实验室运行经验,例如英国E. ON,RWE,Doosan Babcock公司正在进行的中等规模的试验;欧洲IVD, IFRF, Chalmers和世界其他地区(如美国能源部)使得大型工业规模的试验将成为可能。还有Vattenfall黑泵30MWt的测试设备和Doosan Babcock 40MWtOxyCoal清洁燃烧器的燃烧试验设备示范项目正在实施中。但要获取丰富的全尺寸运行经验,达到更好的设计和性能并进行商业化运行,仍需要进一步的研发。
3. 3烟气再循环量的确定
质量平衡计算作为坚实的基础锅炉运行主要的控制是烟气中的氧含量,磨煤机的要求决定了一次再循环烟气的特性。最佳再循环烟气量的关键影响因素,燃烧器和锅炉设计漏风和来自煤种助燃气体的水分含量、助燃气体(氧化剂)温度等方面。目前试验阶段已取得的最佳烟气循环结果如表1所示。
3. 4制氧的挑战
对于大规模的使用氧气,氧气的来源及制造成本是一个重要的问题,目前,工业制造氧气的方法大致分为深冷法,变压吸附法(PSA)和膜法富氧技术。在文中讨论氧气的价格是比较困难的,因为氧气的价格受到许多因素的影响,例如设备利用率,初投资,折旧,耗能和地理位置等。目前,低温空气分离是一项比较可行的大规模制氧技术,而且是比较成熟的技术,相比较能够节约25%的能量消耗,但对于商业化运行,能耗仍然较大,供应商正在进行内部研发,希望把能耗从目前的200 kWh/t 降低到2012年的160 kWh/t。
3. 5N2和CO2处理单元的挑战
富氧燃烧技术过程中产物N2和CO2处理单元对工业气体公司可能成为一项非常有竞争力的业务,但目前面临的挑战是:
———运输和储存过程中对于电厂CO2的质量要求。
———富氧燃烧、燃烧前和燃烧后捕集都需要CO2压缩技术,需要空分设备供应商和运营商拥有了丰富的大规模气体压缩经验。
———储存的地点问题,可将压缩富氧燃烧产生的CO2储存于石油和天然气井中、深层的盐湖岩层中或者储存于不可开采的煤层中,所以CO2运输的基础设施是实现CO2捕捉技术的关键组成部分。CO2封存的安全问题也是很关键的,需要更详细进行地区分析以确认和评价该地区实际的储存适宜性,并对CO2封存地进行有效的监控,最终达到零泄漏的目标。
目前已有的CO2压缩、管道运输及存储经验的国家如下:
———美国从Beulah、Dakota气化厂捕获的CO2经压缩,运输320公里,然后注入到地下1. 5公里的已枯竭的Weyburn油气田。
———欧洲的CO2SINK项目将CO2压缩并注入德国Ketzin盐水层。
———澳大利亚从天然气中分离的CO2被压缩并注入到地下2. 25公里的已枯竭的盆地气田。
碳捕集与封存技术的现状与发展分析 王虎齐 中国电能成套设备有限公司，北京市安德里北街15号100011 The Status of Carbon Capture & Storage and development analysis WANG Hu-qi No.15 Andelibei Street Beijing，China ABSTRACT:Global warming has been more and more serious, carbon capture and storage (CCS) technology in future years will be to solve the greenhouse effect of the main means. Although CCS technology has made good progress, CO2 capture, transportation, storage three links of the development of the technology is very rapid, but still faces many problems, such as the high cost, CO2leaks problems, lack of awareness. At present CCS technology is still in the early stages of development, whether can be expected as CCS to cope with climate change in the important transitional emission reduction technology and be large scale application will depend on various factors. KEY WORD: Carbon Capture and Storage；High Cost；CO2 Leaks Program；Lack of Awareness 摘要：全球气候变暖问题已经越来越严重，碳捕集与封存（CCS）技术在未来的若干年后将成为解决温室效应的最主要手段之一。虽然CCS技术取得了长足的进步，CO2捕集、运输、封存三大环节的各种技术发展都很迅猛，但仍面临着很多问题，如成本高昂、CO2泄露问题、认识不足等。目前CCS 技术仍处于发展的早期阶段，CCS 是否能如预期成为应对气候变化中重要的过渡性减排技术并被大规模应用，将取决于多种因素。 关键词：碳捕集与封存；成本高昂；CO2泄露；认识不足 1前言 1896 年，诺贝尔化学奖得主、瑞典化学家 阿伦尼乌斯（S.Arrhenius）提出气候变化的科学假设，认为“化石燃料燃烧将会增加大气中的CO2 浓度，从而导致全球变暖”。2007 年，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布了第四次评估报告，认为气候变化归因于人类活动所排放的温室气体的可能性超过了90%。2009年12 月《联合国气候变化框架公约》第15 次缔约方会议暨《京都议定书》第5次缔约方会议在丹麦首都哥本哈根的落幕，将全球温升控制在2℃以内的目标作为全球共识写入《哥本哈根协定》（Copenhagen Accord），至此，全球应对气候变化的任务上升到了前所未有的高度，关于如何快速推广应对气候变化新技术的讨论也趋于白热化。 提高能效、发展替代能源（包括可再生能源和核能）和CCS 技术是最为重要的三种减排手段。根据国际能源署（IEA，International Energy Agency）的研究，在2℃温升情景下，2020 年、2030 年和2050 年由提高能效带来的减排量将分别占当年能源相关减排量的65%、57% 和54%。但随着提高能效技术的“天花板效应”逐渐显现、替代能源资源由易开发逐渐转为难开发等原因，CCS 的减排贡献将从2020 年占总减排量的3% 上升至2030年的10%，并在2050 年将达到19%，详见表1。
碳及碳的化合物间的所有化学方程式 1碳在氧气中充分燃烧：C + O2点燃CO2 2碳在氧气中不充分燃烧：2C + O2点燃2CO 3一氧化碳在氧气中燃烧：2CO + O2点燃2CO2 4甲烷在空气中燃烧：CH4+ 2O2 点燃CO2+ 2H2O 5酒精在空气中燃烧：C2H5OH + 3O2 点燃2CO2+ 3H2O 6碳酸不稳定而分解：H2CO3=== H2O + CO2↑ 7高温煅烧石灰石：CaCO3高温CaO + CO2↑ 8木炭还原氧化铜：C+ 2CuO 高温2Cu + CO2↑ 9焦炭还原氧化铁：3C+ 2Fe2O3高温4Fe + 3CO2↑ 10焦炭还原四氧化三铁：2C+ Fe3O4高温3Fe + 2CO2↑ 11一氧化碳还原氧化铜：CO+ CuO △Cu + CO2一氧化碳还原氧化铁：3CO+ Fe2O3高温2Fe + 3CO2 12一氧化碳还原四氧化三铁：4CO+ Fe3O4高温3Fe + 4CO2 13苛性钠暴露在空气中变质：2NaOH + CO2==== Na2CO3+ H2O 14大理石与稀盐酸反应：CaCO3+ 2HCl ===CaCl2+ H2O + CO2↑ 15碳酸钠与稀盐酸反应: Na2CO3+ 2HCl===2NaCl + H2O + CO2↑ 16碳酸镁与稀盐酸反应: MgCO3+ 2HCl ===MgCl2+ H2O + CO2↑ 17消石灰放在空气中变质：Ca(OH)2+ CO2==== CaCO3↓+ H2O 18硫酸和碳酸钠反应：Na2CO3 + H2SO4 === Na2SO4 + H2O + CO2↑ 19二氧化碳溶解于水：CO2 + H2O === H2CO3
富氧燃烧技术在工业锅炉上的应用 一、概述 通常空气中氧的含量为20.93％、氮为78.1％及少量惰性气体等，在昆明地区空气中氧的含量约为20.8％,在燃烧过程中只占有空气总量的1／5左右的氧参与燃烧，而占空气总量约4／5的氮和其他惰性气体非但不助燃，反而将随烟气带走大量的热能。人们把含氧量大于20.93％的空气叫做富氧空气。富氧空气参与燃烧给燃烧提供了足够的氧气，使可燃物充分燃烧，减少了固体不完全燃烧的排放，减少了氮和其他惰性气体随烟气带走的热能。将具有明显的节能和环保效应。 目前富氧可以通过深冷分离法、变压吸附法及膜分离法获得。膜法富氧技术是近年发展的非常适合各种锅炉、窖炉做助燃用途的高新技术，它具有流程简单、体积小、自身能耗低、使用寿命长、投资较少等特点，被工业发达国家称之为“资源的创造性技术”。 二、膜法富氧原理 膜法富氧是利用空气中各组分透过富氧膜时的渗透速率不同，在压力差驱使下，使空气中的氧气优先通过而得到富氧空气。膜法富氧助燃系统包括空气过滤器、鼓风机、富氧膜组件、水环真空泵、真空表、调节阀、气水分离器、除湿增压电控系统、富氧预热器和喷嘴。 三、富氧燃烧分析 助燃空气中氧浓度越高，燃料燃烧越完全，但富氧浓度太高，会导致火焰温度太高而降低炉膛受热面的寿命，同时制氧投资等费用增高，综合效益反而下降，因此国内外研究均表明，助燃空气富氧浓度一般在26～30％时为最佳。 1、据测试氧含量增加4－5%，火焰温度可升高200－300℃。火焰温度的升高，促进整个炉膛温度的上升，炉堂受热物质更容易获得热量，热效率大幅提高。 2、燃料在空气中燃烧与在纯氧中的燃烧速度相差甚大，如氢气在空气中的燃烧速度最大为280cm/s，在纯氧中为1175cm/s，是在空气中的4.2倍，天然气则高达10.7倍。富氧助燃，可以使燃烧强度提高、燃烧速度加快，从而获得较好的热传导，使燃料燃烧的更完全。 3、燃料的燃点温度不是一个常数，它与燃烧状况、受热速度、富氧用量、环境温度等密切相关，如CO在空气中为609℃，在纯氧中仅388℃，所以用富氧助燃能降低燃料燃点，提高火焰强度、减小火焰尺寸、增加释放热量等。 4、用普通空气助燃，约五分之四的氮气不但不参与助燃，还要带走大量的热量。一般氧浓度每增加1%，烟气量约下降2～4.5%，从而能提
富氧燃烧技术在生物质锅炉的应用的探讨摘要： 根据生物质锅炉燃烧特点、燃料特性，结合富氧燃烧技术特点，阐述了对生物质锅炉利用富氧燃烧技术解决飞灰含碳量高、炉膛负压不稳定、燃烧过程空气需求量大、排烟量大等瓶颈问题，提出见解和分析。 前言： 在世界能源消费中，生物质能源约占16％左右，而在欠发达地区则占63％以上。全球大概有25亿人生活所用的能源90％以上都是生物质能源。中国是人口最多的国家，同时又处在一个经济的快速发展的时期，能源的需求和消费尤为巨大。日益短缺的化石燃料资源，以及燃烧化石燃料造成大气污染，已成为人们关注和忧虑的焦点。 21世纪，中国将会面对环境保护和经济增长的双重压力。因此，转变能源生产和消费结构的模式，开发和利用生物质能和其他可再生能源和清洁能源，建立新的可持续发展的能源利用体系，为保障和促进可持续发展和环境保护有着深远的意义。
生物质能是人类在远古时代就开始利用的能源，中东战争所造成的世界能源危机使人们开始关注和重视开发和利用可再生能源。人们清醒的认识到石油和煤等化石燃料不可再生和所造成的环境等一系列问题使人类的可持续发展遇到了前所未有的重大问题。使用化石燃料会产生“酸雨”，“臭氧耗破坏”，“温室效应”和其他环境问题，人类的生存和发展正面临着巨大的挑战。而为了解决因为使用化石能源所造成的一系列问题，人类正积极探索和研究可再生清洁能源以替代化石燃料。2014年4月18日李克强主持召开新一届国家能源委员会首次会议，明确了国家能源发展战略： “节约、清洁、安全”三大能源战略方针。 “节能优先、绿色低碳、立足国内、创新驱动”四大能源战略。加快构建低碳、高效、可持续的现代能源体系。 二、生物质锅炉运行分析； 据统计，现在生物质能消费占世界总能耗的16％左右，位于煤，石油，天然气之后，位居第四。其中，发展中国家占总生物质能的生物能源的使用量的75％，发达国家占25％左右，部分国家生物能源的使用量甚至占能源使用总量的60%。
碳硅及其化合物的化学方程式和离子方程式 碳及其化合物的化学方程式和离子方程式 一、碳 1、碳在少量的氧气中燃烧：2C＋O22CO 2、碳在足量的氧气中燃烧：C＋O2CO2 3、碳和硫蒸气高温反应：C＋2S CS2 4、碳和氧化铁在高温下反应：2Fe2O3＋3C2Fe＋3CO2↑ 5、碳粉与氧化铜共热：2CuO＋C2Cu＋CO2↑ 6、碳和水蒸气高温反应：C＋H2O CO＋H2 7、碳和二氧化碳在高温下反应：C＋CO22CO 8、碳与浓硫酸共热：C＋2H2SO4CO2↑＋2SO2↑＋2H2O 9、碳与浓硝酸共热：C＋4HNO3CO2↑＋4NO2↑＋2H2O 10、碳与稀硝酸共热：3C＋4HNO33CO2↑＋4NO ↑＋2H2O 11、工业上制备粗硅：SiO2＋2C Si＋2CO↑ 12、工业上制备金刚砂：SiO2＋3C SiC＋2CO↑ 13、工业上制备碳化钙：CaO＋3C CaC2＋CO↑ 二、一氧化碳 1、一氧化碳在氧气中燃烧：2CO＋O22CO2 2、一氧化碳气体和氧化铁在高温下反应：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2 3、一氧化碳通过灼热的氧化铜：CuO＋CO Cu＋CO2 4、一氧化碳和水蒸气反应：CO＋H2O CO2＋H2 三、二氧化碳 1、镁在二氧化碳中燃烧：2Mg＋CO22MgO＋C 2、碳和二氧化碳在高温下反应：C＋CO22CO
3、氧化钠与二氧化碳反应：Na2O＋CO2Na2CO3 4、氧化钙与二氧化碳反应：CaO＋CO2CaCO3 5、过氧化钠与二氧化碳反应：2Na2O2＋2CO22Na2CO3＋O2↑ 6、二氧化碳和水反应：CO 2＋H2O H2CO3 7、向氢氧化钠溶液中通入少量的二氧化碳：2NaOH＋CO2Na2CO3＋H2O 2OH－＋CO2CO32－＋H2O 8、向氢氧化钠溶液中通入过量的二氧化碳：NaOH＋CO2NaHCO3 OH－＋CO2HCO3－ 9、工业上生产碳铵：NH3＋CO2＋H2O NH4HCO3 10、向澄清石灰水中通入二氧化碳：Ca(OH)2＋CO2CaCO3↓＋H2O Ca2＋＋2OH－＋CO2CaCO3↓＋H2O 11、碳酸钠溶液中通入二氧化碳气体：Na2CO3＋CO2＋H2O2NaHCO3 CO32－＋CO2＋H2O2HCO3－ 12、向饱和的碳酸钠溶液中通入二氧化碳气体：Na2CO3＋CO2＋H2O2NaHCO3 2Na＋＋CO32－＋CO2＋H2O2NaHCO3↓13、向偏铝酸钠溶液通入少量二氧化碳气体：2NaAlO2＋CO2＋3H2O2Al(OH)3↓＋Na2CO3 2AlO2－＋CO2＋3H2O2Al(OH)3↓＋CO32－14、向偏铝酸钠溶液通入足量二氧化碳气体：NaAlO2＋CO2＋2H2O Al(OH)3↓＋NaHCO3 AlO2－＋CO2＋2H2O Al(OH)3↓＋HCO3－15、向硅酸钠通入中通入少量的二氧化碳：Na2SiO3＋CO2＋H2O H2SiO3↓＋Na2CO3 SiO32－＋CO2＋H2O CO32－＋H2SiO3↓ 16、向硅酸钠通入中通入过量的二氧化碳：Na2SiO3＋2CO2＋2H2O H2SiO3↓＋2NaHCO3 SiO32－＋2CO2＋2H2O2HCO3－＋H2SiO3↓
一．膜法富氧燃烧技术简介 富氧是应用物理或化学方法将空气中的氧气进行收集，使收集后气体中的富氧含量≥21%。 现有的富氧方式主要有： (1)增压增氧方式 增压增氧主要用在飞机上,通过增加机舱内的压力,使空气密度增加,由于空气中含氧量的比例是一定的(氧在空气中的体积比为20 95%),空气密度增加后,空气中氧的绝对质量也增加,从而达到增加氧的目的。 (2)制氧机制氧方式 制氧机制氧广泛用在各个领域,制氧机有3大类:第一是利用空气为原料,通过物理的方法,把氧气从空气里分离出来。在1个大气压下,液态氧的沸点是-183℃,而液态氮的沸点是-196℃,当控制液态空气的沸点在-183℃以下高于-196℃时,液态氮首先蒸发,留下来的是液态氧,这种方法可制得纯度很高的氧气,再用很大的压力(一般150个大气压)压入钢瓶贮存起来,供工厂、医院使用,贮存在钢瓶的氧气还可向氧气袋充氧,供个人或旅行者使用。平时我们所见的氧气瓶供氧、氧气袋供氧都是使用这种方法制出的氧气。第二种是常压(或叫低压)制氧方法,所需压缩空气的压力在1ＭＰａ以内,这是近十几年发展起来的制氧方法,也叫膜制氧方法。膜制氧方法的原理可参见文献。第三种是ＰＳＡ分子筛制氧方法,ＰＳＡ分子筛制氧是使用一种变压吸附制氧设备,这种设备主要由空气净化系统,ＰＳＡ氧氮分离系统,氧气缓冲、检测系统等组成。
(3)化学制氧方式 化学制氧是利用含氧化合物为原料,通过与催化剂的反应,制出氧气。使用的含氧化合物必须具备两个条件:一是这种含氧化合物是较不稳定的,在加热时容易分解放出氧气;二是这种含氧化合物里含氧的百分比是比较高的,能分解放出较多的氧气。一般用氯酸钾(分子式是ＫＣｌＯ3),它含氧的百分比达40%,在氯酸钾里加入少量黑色的二氧化锰(ＭｎＯ2)粉末,氯酸钾会迅速分解,有多量的氧气放出。氯酸钾分解放出的氧气常用“排水集气法”收集,供试验、呼吸等使用。氧立得就是利用这种原理制氧的。 二．富氧燃烧 用比通常空气（含氧21%）含氧浓度高的富氧空气进行燃烧，称为富氧燃烧。它是一项高效节能的燃烧技术，在玻璃工业、冶金工业及热能工程领域均有应用与用普通空气燃烧有以下优点： 1.高火焰温度和黑度 2.加快燃烧速度，促进燃烧安全。 3.降低燃料的燃点温度和减少燃尽时间。 4.降低过量空气系数，减少燃烧后的烟气量。 富氧燃烧: oxygen enriched combustion 变压吸附制氧设备在富氧助燃特点: ①节能效果显著 应用于各个燃烧领域均能大幅提高燃烧热效率，如在玻璃行业中平均节油（气）为20%-40%，在工业锅炉、加热炉、炼铁断和水泥厂机立窑等应用节能量为20%-50%，显著提高热能使用效率。
我国碳捕集、利用和封存的现状评估和发展建议 碳捕集、利用和封存（以下简称“CCUS”）技术是未来全球实现大规模减排的关键技术之一，也是我国实现长期绝对减排和能源系统深度低碳转型的重要技术选择。2016年10月，国务院发布了《“十三五”控制温室气体排放工作方案》，提出“在煤基行业和油气开采行业开展碳捕集、利用和封存的规模化产业示范”、“推进工业领域碳捕集、利用和封存试点示范”，为我国下一步发展CCUS指明了方向。本文在深入研究和调研的基础上，总结评估了“十一五”以来我国CCUS的发展状况，分析了我国推动CCUS发展面临的挑战，提出了中长期推动我国CCUS发展的思路和政策建议。 一、我国发展CCUS的重要意义 CCUS是实现我国长期低碳发展的重要选择。国际上将碳捕集与封存（以下简称“CCS”）1作为实现长期绝对减排的重要措施。在国际能源署（IEA）的2℃情景下，到2050年，CCS将贡献1/6的减排量；2015-2050年间，CCS累计减排占全球总累计减排量的14%，其中中国CCS的减排贡献约占1/3。根据西北太平洋实验室及中国科学院武汉岩土力学研究所的测算，中国当前有超过1600个大型CO2排放源，包括火电厂、水泥厂、钢铁厂等，技术上可实现的碳捕集量超过 1 CCS与CCUS称呼略有不同但实质基本相同。国际上常用CCS，主要包括三个环节，即对二氧化碳进 行捕集、运输和地质封存；中国在此基础上，结合本国实际提出CCUS，在原有三个环节基础上增加了CO2 利用环节，可将CO2资源化利用并产生经济效益，在现有技术发展阶段更具有实际操作性。
38亿吨CO2，而通过强化采油、驱煤层气和盐水层封存等方式可封存的容量分别为10、10和1000亿吨CO2。此外，中国源汇匹配条件好，90%以上的大型碳源距潜在封存地在200公里以内。 CCUS是实现我国煤基能源系统低碳转型的必然选择。我国能源结构以煤为主，虽然近些年国家已经采取了极为严格的控煤措施并取得了显著成效，但预计在未来相当长时间内，煤炭消费总量仍将维持相当规模。例如，从发电用能结构看，即便煤炭占比以每年2个百分点的速度下降，降到30%仍需要15-20年的时间。CCUS同煤基能源的发展具有很好的耦合性，尤其在煤化工、火力发电等行业，尽管当前其实施成本仍较高，但如果碳排放的外部成本能被充分考虑并实现其内部化，将极大提升CCUS在这些行业的应用空间。随着国家对碳排放控制要求的不断提升和能源生产消费革命的积极推进，为实现我国能源系统的绿色低碳转型，CCUS应该也必然会成为煤炭合理化和清洁化利用的一个重要举措。 CCUS是促进我国低碳产业发展的重要支撑。尽管我国CCUS技术的发展起步较晚，但国家对CCUS技术的研发和示范非常重视，过去十几年投入了大量科研经费，推动CCUS技术水平不断提升。在碳捕集、利用和封存各个环节的技术水平上，我国都已经与发达国家处于同一水平线。未来如进一步加大CCUS技术示范力度，促进技术应用成本的不断下降，能逐步实现技术的规模化应用，不仅有助于我国在低碳技术领域占据国际制高点，更能带动相关低碳产业的发展和壮大。 CCUS是提升我国能源安全的积极动力。我国政府特别强调要加
碳及其化合物的化学方程式1、碳在少量的氧气中燃烧： 2、碳在足量的氧气中燃烧： 3、碳和水蒸气反应： 4、碳和氧化铁反应： 5、碳粉与氧化铜共热： 6、工业上制备粗硅： 7、碳和二氧化碳反应： 8、碳与浓硫酸共热： 9、碳与浓硝酸共热： 10、碳与稀硝酸共热： 11、一氧化碳在氧气中燃烧： 12、一氧化碳气体和氧化铁反应： 13、一氧化碳通过灼热的氧化铜： 14、一氧化碳和水蒸气反应： 15、镁在二氧化碳中燃烧： 16、碳和二氧化碳在高温下反应： 17、氧化钠与二氧化碳反应： 18、氧化钙与二氧化碳反应： 19、过氧化钠与二氧化碳反应： 20、二氧化碳和水反应： 21、向氢氧化钠溶液中通入少量的二氧化碳：
22、向氢氧化钠溶液中通入过量的二氧化碳： 23、向澄清石灰水中通入二氧化碳： 24、碳酸钠溶液中通入二氧化碳气体： 25、向偏铝酸钠溶液通入少量二氧化碳气体： 26、向偏铝酸钠溶液通入足量二氧化碳气体： 27、向硅酸钠通入中通入少量的二氧化碳： 28、向硅酸钠通入中通入过量的二氧化碳： 29、向碳酸钙的悬浊液通入二氧化碳气体： 30、向苯酚钠溶液中通入二氧化碳气体： 31、向次氯酸钠溶液中通入二氧化碳气体： 32、向次氯酸钙溶液中通入二氧化碳： 33、碳酸钙溶于稀盐酸： 34、碳酸钙溶于醋酸： 35、碳酸钙与二氧化硅反应： 36、高温分解碳酸钙： 37、向碳酸钙的悬浊液通入二氧化碳气体： 38、碳酸氢钙与盐酸反应： 39、向碳酸氢钙溶液中加入少量氢氧化钠溶液： 40、向碳酸氢钙溶液中加入足量氢氧化钠溶液： 41、向碳酸氢钙溶液中加入石灰水： 42、碳酸氢钙溶液与碳酸钠溶液反应：
富氧燃烧技术富氧燃烧技术与污染物排放富氧燃烧是一种新兴的燃烧技术。富氧燃烧能够显著提高燃烧效率和火焰温度，但由于制氧成本较高的问题，在上世纪80年代经历黄金成长期之后，发展速度放缓。而后随着制氧方法的进步，尤其是富氧膜技术的进展，富氧燃烧技术近20年来逐渐推广。而且，富氧燃烧也便于在现有锅炉设备上改造实现，具有可预期的良好发展前景。 与普通的空气燃烧相比，富氧燃烧技术可以显著节约能源，其对环境的影响方面也具有不同特点。其中既有有利的一面，也有不利的一面。本文主要从较为常见的碳排放、粉尘污染、二氧化硫和氮氧化物的排放四个方面来讨论富氧燃烧对环境的影响。 1 富氧燃烧对碳排放的影响 在对CO2排放限制越发严苛的当代社会，节能减排是全社会关注的焦点。常规的燃烧方式都存在着不足之处，局部缺氧会产生不完全燃烧，火焰温度偏低也会产生不完全燃烧，浪费燃料，而作为粉尘排放的未燃烧燃料也会造成大气污染。
富氧燃烧针对缺氧区，局部增氧，可使燃料燃点降低，燃烧速度增快，燃料燃烧更 __，而火焰温度则会提高。根据维恩位移定律，辐射强度与温度的四次方成正比，可使热能的利用率大幅提升。 同时，富氧燃烧可以减少鼓风机进风量和高温烟气的排放量，可降低热能损失。空气中氧气的含量占20.94%，而不助燃的氮气占78.097%。在燃烧过程中，氮气带走了大量热量，采用富氧燃烧后可减少进风量，即减少了热能的流失，并且由于风量的下降，可以使用功率更小的风机。 假设燃料完全燃烧，空气含氧量φ=21%，理论氧气量为Vo，过量空气系数a=1.2，实际空气量为Va，则 Va=a 根据以上公式，设某工况理论氧气量为1 m3/s，可列表1。 对某煤种燃烧的分析，当助燃空气含氧率从21%升高至30%时，理论空气量减少30.0%，理论烟气量减少28.8%，损失减少16.3%。据介绍，日本将23%的富氧用于化铁炉，节能高达26.7%；美国在铸造炉上使用23%～24%的富氧，平均节能44%；国内的武汉钢厂采用富
生产技术经验 文章编号:1000-2871(2000)02-0026-04 富氧燃烧技术的应用Ξ 戴树业,韩建国,李 宏 (华北制药股份有限公司玻璃分公司,河北 石家庄050041) 摘要:介绍富氧燃烧在燃油玻璃窑炉上的应用及改进经验。 关键词:玻璃窑炉;燃油;富氧燃烧 中图分类号:T Q171.6+25.3 文献标识码:B Application of Oxyboosted Burning T echnology DAI ShuΟye,H AN JianΟguo,LI Hong 1 概述 富氧燃烧就是采用比空气中含氧量高的空气来进行助燃。两方发达国家及前苏联早在70年代就开始这项技术的研究,并在70年代末80年代初取得了良好的效果。象日本松下电气产业公司和大阪煤气公司开发的富氧装置,其所用的膜材料是聚硅氧烷与聚对羟基苯乙烯的交联共聚体,能生产含氧量为28%的富氧空气。美国通用电气公司UOP公司制造的富氧发生器可生产30%浓度的富氧空气。我国80年代中期开始此项技术的研究,中科院大连化物所自1986年起一直从事国家“七五”和“八五”科技攻关项目:卷式富氧膜、组件、装置及其应用和开发的研究,并且研制成功“LT V-PS富氧膜、<100×1000mm卷式组件及装置Ⅰ型”。 我公司现有4台马蹄焰蓄热室窑炉,面积在23～28m2之间,主要生产药用玻璃管,对玻璃的熔制质量要求较高,熔化率低,能耗高。随着市场经济竞争日趋激烈,能源价格上涨,成本不断提高。节能挖潜、降低成本对于耗能大户玻璃行业来说至关重要,而采用新技术是最佳途径。我公司1992年就开始对富氧燃烧进行调研工作,但当时富氧膜成本高,使用周期短,工艺设备不成熟,故障率高,一些厂家的使用效果不理想。以后几年我们一直在关注该技术的发展。随着时间的推移,技术的成熟,我公司于1996年上马富氧燃烧项目。 2 膜法富氧制取技术 众所周知,空气中的主要成分是氧占20.94%,氮占78.09%。而氧气、氮气在特制的高分子膜中的溶解度大小和扩散速率不同。膜法富氧就是利用空气中各组分透过高分子富氧 Ξ收稿日期:1999-09-16
浅析碳捕集与封存技术 黄丹 20090390105 （郑州大学09级化工与能源学院热能与动力工程一班） 1.摘要 [Abstract] 全球气候变暖问题已经越来越严重，碳捕集与封存(CCS)技术被看作是最具发展前景的解决方案之一，随着研究的不断深入，CCS技术成本将进一步降低。碳捕集工艺按操作时间可分为燃烧前捕集、富氧燃烧捕集和燃烧后捕集，其中最有发展前景的是富氧燃烧捕集。我国在CCS技术的研究上进行了大量工作，CCS技术已被列入“973计划”和“863计划”，但仍面临着很多问题，如二氧化碳泄漏问题、技术难点、建设和运行成本高昂等。好在种种迹象表明，随着全球气候问题的加剧，各国政府越来越重视CCS技术的研发和利用。 【关键词】 CCS技术二氧化碳碳捕集封存 Carbon Capture and Sequestration Technology [Abstract] Carbon capture and sequestration (CCS) technology is seen as one of the most promising solutions to deteriorating climate changes. As research progresses，the cost of CCS is set to decline. By operational time，carbon capture technology can be categorized into pre-combustion capture，enriched oxygen combustion capture and post-combustion capture technologies，of which the enriched oxygen combustion capture technology is the most promising. China has done a lot of work on the research of CCS technology. The development of this technology has been listed in the country′s 973 Plan and 863 Plan. Although substantial advance has been made in CCS technology ，many challenges remain，such as the leakage of CO2，technical bottlenecks and high facility construction and operational costs. The good news is that as global climate problems worsen，governments across the globe are putting increasing emphasis on the research，development and utilization of CCS technology. [Keywords] CCS technology；carbon dioxide；carbon capture；carbon sequestration 2引言 全球气候变暖问题已经越来越严重，目前二氧化碳在大气中的含量水平为百万分之三百八十五，而其正以每年3%的速度增长。按这个速度发展，到2100年，空气中的二氧化碳的聚集量将达到百万分之一千一百，温室效应造成的高温将不适合任何动物的生存，人类社会则将在这一进程中崩溃。然而，时至今日，全球有80%的能源来自煤炭、石油和天然气等化石能源。水电和核能虽然成本并不高，但环境条件限制了其发展规模。至于风能、太阳能和生物质能等新能源，虽然环保前景喜人，但受高成本和技术不成熟等客观因素制约，这些新能源完全取代传统的化石能源仍处于探索阶段，真正做到大规模商业化开发还需很长时间。因此，发展可靠技术、减少化石燃料的温室气体排放是一个明智的“缓兵之计”。
1前言 当前，减排CO 2的呼声日益高涨，其主要排放源是化石燃料的使用。根据国际能源署(IEA)的统计，2008年世界能源需求中，化石能源占到约80%的比例[1]。由于煤炭利用的成本比石油、天然气低很多，且从全球能源储量分布情况来看煤炭资源较为丰富，因此，可以肯定未来一段时期内煤炭利用总量仍将持续增长。特别是像中国、印度等国家煤炭比例占绝对优势，经济的快速增长及对能源安全的考虑都将促进对煤炭的利用。在未来相当长的时间内，我国的一次能源仍将以煤为主。 近年来，国内用于发电的煤炭量占到煤炭消耗总量的一半以上。燃煤发电企业作为CO 2排放的重要来源之一，面临的环保压力逐年增大。在这种形势下，国内相关企业、研究机构积极致力于燃煤发电领域各种CO 2减排技术的研究，包括燃烧前碳捕集、燃烧后碳捕集及纯氧燃烧等。其中，燃烧前碳捕集技术在电力行业中主要应用于整体煤气化联合循环(IGCC)发电厂。 IGCC 发电技术被认为是目前世界上最清洁的燃煤发电技术，其粉尘、SO 2、NO x 等污染物接近零排放。目前，美、欧、日均已建成IGCC 示范电站，并 拟在示范成功之后逐步推广。IGCC 发电技术不仅具有燃料来源广、发电效率提升空间大等优点，而且可以实现燃烧前脱除CO 2，以较低的成本实现 CO 2减排。在未来减排温室气体，应对全球气候变化的过程中，IGCC 具有广泛的应用前景。 本文以从IGCC 电站捕集CO 2，并通过管道运输至油田用于强化采油为例，分析得出IGCC 电站进行碳捕集与封存(CCS)的CO 2减排成本，提出CCS 在中国推广应用的相关政策建议。 2案例分析 2.1IGCC 电站CO 2减排成本 在本文的案例分析中，IGCC 电站设计输出功率为400MW 级，整个系统主要包括空分单元、气化单元、净化单元及动力单元，所选用设备均基于现有技术，气化炉选用水煤浆气化技术，燃气轮机选用F 级燃机，粗煤气净化采用湿法净化工艺，空分系统选用独立的低压空分系统。在进行经济性估算时，假设电厂建设周期为3年，从2007年1月开始 碳捕集与封存技术(CCS)成本及政策分析 张建府 (中国华能集团绿色煤电有限公司，北京100098) 摘要 当前，减排CO 2的呼声日益高涨。在未来相当长的时间内，我国一次能源仍将以煤为主，而用于发电的煤炭量占到煤炭消费总量的一半以上，已成为国内CO 2排放的重要来源。整体煤气化联合循环(IGCC)发电技术不仅具有燃料来源广、发电效率提升空间大等优点，而且能以较低的成本实现CO 2减排。以IGCC 碳捕集结合强化采油为例，分析碳捕集与封存(CCS)全过程CO 2减排成本。结果表明，在IGCC 电站进行碳捕集结合强化采油的情景下，捕集CO 2的IGCC 系统的发电成本低于不捕集CO 2的IGCC 电站的发电成本。CO 2减排成本主要受井口油价及CO 2利用率影响，当井口油价超过14.642美元/bbl 时，CO 2减排成本为负值。CCS 的发展将经历示范、扩大规模和商业化三个阶段，针对不同的发展阶段，政府应分别采取相应的政策措施。在示范阶段，应加强对相关技术研究的支持，提供财政补贴；在扩大规模阶段，应重点采取财政补贴措施，并配以CCS 发电配额标准和CCS 电力贸易体系；在商业化阶段，政府已无需继续提供财政补贴，而CCS 发电配额标准和认证贸易体系仍将是一个有效的方法。 关键词CO 2减排 碳捕集与封存强化采油发电成本政策措施 作者简介：张建府，工程师，2009年获得清华大学热能工程系工学硕士学位，曾参与国内第一台IGCC 电站的技术研发工作。 E-mail ：jf.zhang@https://www.doczj.com/doc/7d6108881.html, SINO-GLOBAL ENERGY ·21· 第3期
基金项目:湛江市2004年重大科技攻关项目(项目编号:2004-3) 富氧燃烧的节能特性及其对环境的影响 郑晓峰,冯耀勋,贾明生 (广东海洋大学工程学院,广东湛江524088) 摘要:本文从富氧燃烧的节能特性及其对环境的影响两方面来探讨富氧燃烧。随着氧气制备技术的低成本化,采用富氧燃烧对于当前来讲可以很好地提高燃烧效率从而达到节能的效果,同时也要注意其对环境的影响。 关键词:富氧燃烧;节能;环境 中图分类号:T K16 文献标识码:B 文章编号:1004-7948(2006)07-0026-03 1引言 迄今为止,人类消费能源的80%是通过燃烧的途径得到的,而燃烧过程的排放物也是造成环境污 染的主要原因。围绕如何提高资源的利用率并在利用的同时尽可能地降低对环境造成的影响,各种高效率、低污染燃烧技术的开发非常活跃,高温空气燃烧、催化燃烧、富氧燃烧等技术已显示了其广阔的应用前景。 富氧燃烧采用比空气中氧含量高的空气来助燃,富氧的极限就是使用纯氧。富氧燃烧可以显著提高燃烧效率和火焰温度,长久以来主要是应用在玻璃熔窑和金属冶炼等需要高温操作的行业。随着膜法制氧技术、变压吸附PSA 法(Pressure Swing Adsorption )等新型制氧技术的成熟和利用,富氧成本将会不断降低,使得富氧燃烧技术的应用领域不断扩大,在燃气发电系统、工业锅炉、生物质能和废弃物能的利用等多方面都具有应用前景。2富氧燃烧节能特性 富氧燃烧具有节能特性主要是由其燃烧特点来决定的,其主要特点如下[1 ～5]: (1)火焰温度大幅度提高,以甲烷燃烧为例(见图1):30%富氧空气时的绝热火焰温度为2500K ,比通常空气燃烧提高近300K;氧浓度大于80%时的火焰温度接近3000K ,层流燃烧速度增大到近3m/s ,而普通空气的层流燃烧速度仅为0145m/s 。通过富氧助燃可以提高燃烧强度,加快燃烧速度,获得较好的热传导,同时温度提高有利于燃烧反应; (2)由于惰性成分的氮气浓度大大降低,无谓的能源消耗大幅度降低,30%～40%的富氧空气燃烧 图1 氧气质量浓度对最高温度、火焰传播速度的影响 就可以降低燃料消费20%～30%,提高了热效率;(3)烟气量大幅度减低,纯氧燃烧时的烟气体积只有普通空气燃烧的1/4,烟气中的CO 2浓度增加,有利于回收CO 2综合利用或封存,实现清洁生产;烟气中高辐射率的CO 2和水蒸气浓度增加,可促进炉内的辐射传热; (4)设备尺寸缩小,燃烧系统的设备投资成本和维护费用降低。3富氧燃烧应用现状 由上述特点可知富氧燃烧作为一项具有良好开发前景的高效节能技术具有很广阔的市场前景。目前在冶金、建材等需要高温工况的行业已有应用,低热值的生物质燃料以及固体废弃物的富氧燃烧也是最近发展的热点。 311富氧燃烧技术在金属冶炼中的应用 目前世界富氧消耗中,钢铁占50%以上[6],各个大型钢铁厂基本上采用了富氧鼓风。现代的钢、铁联合企业都自建有配套的氧气厂,富氧鼓风可以增大处理能力,降低热消耗水平,提高高炉煤气质量[7]。炼钢过程中,由于炼钢方法不一样,富氧使用情况也不同。对于转炉或平炉炼钢法,采用的是 — 62— 节 能EN ER GY CONSERVA TION 2006年第7期 (总第288期)
富氧燃烧技术 一、富氧燃烧可以提高燃烧区的火焰温度。 研究表明，火焰温度随着燃烧空气中氧气比例增加而显著提高，详见图1。富氧燃烧可明显提高火焰温度，提高火焰对配合料和玻璃液的加热效果。燃烧过程是空气中的氧参与燃料氧化，并同时发出光和热的过程。热的传递一般通过辐射、传导和对流三种形式进行。这三种形式何种作用最大主要取决于：火焰类型和形状、加入空气中的含氧量及燃烧设备周围的情况等。由于热传递速率与温度的四次方成正比，所以提高燃烧温度将会大大增加热辐射。 火焰温度与氧浓度的关系图 由火焰温度与氧浓度的关系图可知：A)火焰温度随富氧空气氧浓度的提高而增高；B)随氧浓度的继续提高，火焰温度的增加幅度逐渐下降。为有效利用富氧空气，氧浓度不宜选得过高，一般按空气过剩系数m＝1～1.5组织火焰时，富氧空气浓度取23～27％为宜，其中空气含氧量从21％增加到23％时，效果最明显；C)空气过剩系数不宜过大，否则，同样浓度的富氧空气助燃，火馅温度较低。通常在组织燃烧时，控制在1.05～1.1，以达到既能获得较高火焰温度又能燃烧完全的效果。 火焰温度与氧浓度的关系图所示的是理论火焰温度值，实际值要低得多。因为普通燃料燃烧后的最终产物都是二氧化碳和水，它们加热到1500℃时会分解为一氧化碳、氧和氢。也就是说，任何碳氢化合物燃料的高温火焰混合物都将出现CO2、
CO、H2、H2O、O2、CH。由于CO2和H2O高温分解反应是吸热反应，所以实际火焰温度比理论火焰温度要低得多。 (2)富氧燃烧改变了燃料与助燃气体的接触方式,降低燃料的燃点温度，可明显缩短火焰根部的黑区，增大有效传热面积。当用重油作燃料时，它先蒸发成气体，主要是氢气和一氧化碳，其燃点温度为500～600℃，当富氧空气参与助燃时，其燃烧条件得到改善，从而降低重油的燃点温度，使火焰变短，火焰强度提高，释放热量增加。尤其是玻璃熔窑燃料燃烧时，通常将燃料喷枪置于助燃空气的下方，由于不能及时混合，在火焰根部常有低温区存在，形成所谓的黑区。黑区的存在减小了火焰在熔窑内的覆盖区域，降低了传热效果。 (3)富氧燃烧可以加快燃烧速度，改善燃料的燃烧条件，使得燃烧在窑内充分完成，减少了在蓄热室内的残余燃烧，因而能充分地利用燃料。下表中示出各种燃料应用空气和氧气助燃的燃烧速度比较情况，由表可见，各种气体燃料在纯氧中的燃烧速度大大加快。由于加入氧气后提高了火焰温度，因此增加了燃烧速度。燃烧速度实际上是一种定性的说法。如乙炔是一种燃烧速度快的燃料，其火焰短而密实；天然气是一种比乙炔燃烧速度相对慢的燃料，其火焰较长，但只要燃烧完全，都可放出很大热量。因此，要使燃料达到完全燃烧，必须使燃料和空气混合均匀或充分接触。富氧空气参与助燃后，能加快燃烧速度，提高燃烧强度、使火焰变短，获得较好的热传导，同时由于提高了燃烧温度，所以有利于燃烧反应完全。另外，因为1摩尔C在不完全燃烧的情况下比完全燃烧时少释放出约70％左右的热量。排出尾气中的CO含量增加，热损失呈直线增加。CO热损失增加，单位蒸汽的热耗也近似直线增加。所以说富氧燃烧促进燃料燃烧完全，是节约热能的重要原因。 (4)富氧燃烧使燃烧所需空气量减少，废气带走的热量下降。排出废气的容积比与燃烧空气中氧浓度(％)的关系如下图所示。通常的燃烧只有占空气总量1／5的氧气参与燃烧，其余约占4／5的氮气非但不助燃，反而要带走燃烧产生的大量热量，从烟气中排出。使用富氧空气的情况下，燃料燃烧完全，自然排出废气减少，排烟热损失也相应减少从而节能。
863计划资源环境技术领域重点项目 “二氧化碳的捕集与封存技术”课题申请指南 一、指南说明 全球气候变暖已成为国际热点问题，二氧化碳因具有温室效应被普遍认为是导致全球气候变暖的重要原因之一。如何减少二氧化碳排放，降低大气中二氧化碳浓度，是人类面临的共同难题。研究开发具有我国自主知识产权的、经济高效的二氧化碳捕集与封存技术，推动二氧化碳减排，对于实现我国社会经济可持续发展和营造良好的国际环境具有重要意义。 本项目针对二氧化碳减排的迫切需求，瞄准国际技术前沿，研发吸附、吸收等二氧化碳捕集技术，探索二氧化碳封存技术，为我国二氧化碳减排提供科技支撑，项目下设3个课题。 二、指南内容 课题一、二氧化碳的吸收法捕集技术 研究目标： 研发先进实用的CO2高效吸收溶剂、吸收塔填料以及新型高效吸收分离设备和分离技术，发展CO2吸收分离过程模拟和集成优化新技术，通过关键技术的突破，着重研究解决CO2捕集的高能耗和高费用问题，进行中间试验并进行技术经济与风险评价，形成具有自主知识产权的吸收法捕集CO2的技术方案。 研究内容： （1）新型高效吸收溶剂的研制 针对燃煤电厂等工业的CO2排放源，采用分子模拟、分子设计和
实验研究相结合的方法开发高性能、低能耗和低腐蚀性的化学、物理及化学物理耦合吸收溶剂。测定其中CO2的吸收溶解度和吸收-解吸动力学，建立相应的溶解度和动力学模型，研究吸收性能和溶剂分子结构的定量关系，根据不同气体情况研制和优化溶剂体系，并进行硫、碳一体化脱除、以及膜—吸收耦合等新技术的探索性研究。 （2）特大型吸收设备强化和过程优化 通过先进的实验测量技术、计算流体力学模拟和实验相结合的方法，研究特大型分离设备强化的途径,研制高效吸收塔填料等塔内构件；发展CO2吸收分离过程模拟优化技术，研究节能降耗的新流程，继而形成吸收法捕集CO2的集成技术方案及开发平台。进行中间试验，获取工艺和能耗数据，进行技术经济与风险评价。 主要考核指标： （1）针对燃煤电厂等工业的CO2排放源，研发1～2项具有自主知识产权的、国际先进水平的高效吸收溶剂。 （2）研发1～2项具有自主知识产权的、国际先进水平的高效吸收塔填料。 （3）通过过程模拟优化和中间实验，形成1～2种具有自主知识产权的吸收法捕集CO2的新技术。 （4）中间试验规模和指标： 常压（1bar），试验规模为吸收塔径≥200mm，气体处理量≥60万标准立方米/年，对溶剂的指标要求是在气体含8－15％的CO2的情况下对CO2的循环吸收量≥50～60克/升； 中高压（≥20bar），试验规模为吸收塔径≥60mm，气体处理量≥60万标准立方米/年，对溶剂的指标要求是在气体含30～40％CO2的情况下对CO2的吸收量≥37～50克/升；
全氧燃烧、纯氧助燃及富氧燃烧节能技术比较 玻璃熔窑的节能降耗一直是业内关注的重大课题，在能源危机日益加重的今天，玻璃熔窑对高品质能源的过度依赖已经制约了玻璃行业的发展。玻璃熔窑燃烧过程中，空气成分中占78％的氮气不参加燃烧反应，大量的氮气被无谓地加热，在高温下排入大气，造成大量的热量损失，氮气在高温下还与氧气反应生成NOx，NOx气体排入大气层极易形成酸雨造成环境污染。另一方面随着高科技和经济社会的发展，要求制造各种低成本、高质量的玻璃，而全氧燃烧技术正是解决节能、环保和高熔化质量这几大问题的有效手段，被誉为玻璃熔制技术的第二次革命。纯氧燃烧技术最早主要被应用于增产、延长窑炉使用寿命以及减少NOx排放，但随着制氧技术的发展以及电力成本的相对稳定，纯氧燃烧技术正在成为取代常规空气助燃的更好选择，这得益于纯氧燃烧技术在节能、环保、质量、投资等方面的优势。 氧气燃烧的应用分为整个熔化部使用纯氧燃烧的全氧燃烧技术、纯氧辅助燃烧技术以及局部增氧富氧燃烧技术等几种方式。 1、全氧燃烧技术的优点 1)玻璃熔化质量好。全氧燃烧时玻璃粘度降低，火焰稳定，无换向，燃烧气体在窑内停留时间长，窑内压力稳定，有利于玻璃的熔化、澄清，减少玻璃的气泡及条纹。 2)节能降耗。全氧燃烧时废气带走的热量和窑体散热同时下降。研究和实践表明，熔制普通钠钙硅平板玻璃熔窑可节能约30％以上。3)减少NOx排放。全氧燃烧时熔窑废气中NOx排放量从2200mg／Nm3降低到500mg／Nm3以下，粉尘排放减少约80％，SO2排放量减少30％。 4)改善了燃烧，提高了熔窑熔化能力，可使熔窑产量得以提高。玻璃熔窑采用全氧燃烧时，燃料燃烧完全，火焰温度高，配合料熔融速度加快，可提高熔化率10％以上。 5)熔窑建设费用低。全氧燃烧窑结构近似于单元窑，无金属换热器及小炉、蓄热室。窑体呈一个熔化部单体结构，占地小，建窑投资费用低。