富氧燃烧锅炉初探

电站锅炉富氧燃烧应用分析来章荪新疆电力科学研究院（乌鲁木齐830011）摘要：燃料进行富氧燃烧可以显著减少助燃空气量以及烟气中非可燃气体含量，对锅炉节能减排有着极为重要的作用。

不同的氧浓度情况下，锅炉燃烧状况随之变化，随着氧浓度的升高，煤样的着火温度及燃尽温度均呈下降趋势，燃烧强度增强，着火提前且燃烧时间缩短。

本文介绍了富氧燃烧技术的基本特点，分析了富氧燃烧对于电站锅炉性能和结构的主要影响，对富氧燃烧在电站锅炉应用的相关问题进行探讨。

关键词：电站锅炉；富氧燃烧0引言富氧燃烧最早是用于窑炉，主要是高炉炼钢以及玻璃制造等高温生产中，近年来，随着电力行业的发展，电网容量不断扩大，继而电站锅炉也不断增加，随之而来的就是燃烧大量煤炭所带来的节能环保问题。

采用高浓度的富氧燃烧，可以相对减少烟气中氮气的含量，同时富氧燃烧产生的烟气主要由水和二氧化碳组成，采用水分离技术在后端能比较容易地捕集到二氧化碳。

富氧燃烧技术适用于新机组，也可应用于某些改造机组，对于脱氮以及二氧化碳捕集有着积极地作用。

1富氧燃烧的发展过程富氧燃烧就是采用比空气中氧含量高的助燃空气来进行助燃，富氧的极限就是使用纯氧。

由于传统富氧制备工艺复杂，投资大，能耗高，富氧燃烧的工业应用受到限制。

随着新型富氧制备工艺的出现和发展，富氧燃烧逐渐应用于工业领域并受到越来越多的关注。

东西方发达国家及前苏联早在20世纪60年代就开始研究这项技术，并在70年代末和80年代初取得了良好的效果，特别是日本，组织了旭硝子等七家公司和研究所参加的“膜法富氧燃烧技术研究组”。

由于能源紧张，日本先后有近20家公司推出膜法富氧装置。

该国曾在以气、油、煤为燃料的不同场合进行了富氧应用试验，并得出如下结论：用23%的富氧助燃可节能10%～25%；用25%的富氧助燃可节能20%～40%；用27%的富氧助燃则节能高达30%～50%等。

此外前苏联、德国、英国、法国、捷克等国均有膜法富氧用于助燃的报道。

600MW煤粉生物质富氧燃烧锅炉热力特性分析及模
拟的开题报告
题目：600MW煤粉生物质富氧燃烧锅炉热力特性分析及模拟
背景介绍：
随着人们对环境保护的重视，生物质能源被视为未来能源的重要方向。

热电厂作为生物质能源的重要应用领域之一，在国家政策支持下得
到了快速发展。

因此，对生物质燃烧锅炉的热力特性研究具有重要的理
论和应用意义。

研究内容：
本课题以600MW煤粉生物质富氧燃烧锅炉为研究对象，考虑不同生物质燃料组成、入口煤粉含量和富氧比等参数对锅炉热力性能的影响，
针对锅炉内部热流场、质量场和化学反应等复杂过程进行数值模拟，探
究不同工况下锅炉燃烧效率、NOx生成量、SO2排放等关键性能参数的
变化规律。

研究方法：
首先进行双流程燃烧系统的建模，将燃烧室分为煤粉和生物质的燃
烧区与高温烟气燃烧区，构建煤粉相和气相反应动力学模型，通过化学
反应方程组对气相反应进行描述。

然后，通过ANSYS Fluent等软件进行
不同工况下锅炉内部的数值模拟，得到燃烧室内的燃烧特性参数。

最后，通过分析数据得到锅炉燃烧效率、NOx生成量、SO2排放等重要参数的
变化规律。

预期成果：
本研究预期能够探究出不同生物质燃料组成、入口煤粉含量和富氧
比等参数对锅炉热力性能的影响规律以及锅炉燃烧效率、NOx生成量、
SO2排放等性能参数变化的规律，为锅炉的优化设计及其它相关领域提供理论和实验基础。

研究意义：
本课题的研究成果可以为热电厂的煤生物质混合燃烧提供理论和实验基础，同时也可以对矿山、化工、建材等领域的燃烧过程进行优化设计，提高能源利用效率和环境污染控制水平。

电站锅炉采用富氧燃烧技术的研究分析新能源专题年第期5电站锅炉采用富氧燃烧技术的研究分析姚燕强(上海锅炉厂有限公司，上海200245)摘要本文介绍了富氧燃烧技术的基本特点，分析了富氧燃烧对于电站锅炉性能和结构的主要影响，最后介绍了国外主要的试验进展情况。

关键词：富氧燃烧；电站锅炉Research and Analysis Towards Utility Boiler Using Oxygen E nrichment Technology for CombustionY ao Y anqia ng（Shanghai Boiler W orks,Ltd,Sh anghai 200245）AbstractThis article introduces basic characteristics of oxygen enrichment combustion,analyzing dominatinginfluence towards utility boiler performance and structure,lastly introduces overseas primary test condition.Key wor d s ：oxygen enrichment technology for combustion ；utility b oiler1引言当前，全球发电所排放的二氧化碳占全球二氧化碳总排放量的40%。

因此，碳捕获和储存技术在实现全球二氧化碳减排中起着至关重要的作用。

目前，CO 2捕获有3种技术路径：燃烧前捕捉、富氧燃烧捕捉和燃烧后捕捉。

燃烧前捕捉主要通过IGCC 来实现，其原理是通过化学反应将煤或石油残渣等富碳燃料转化为合成气（一氧化碳与氢气混合物）等燃料。

由于将现有煤粉锅炉改建为IGCC 电厂几乎不可能，因此IGCC 技术仅适用于新电厂的建设。

富氧燃烧捕捉：富氧燃烧技术的原理是用纯氧（而不是空气）燃烧固体燃料，由二氧化碳循环流控制燃烧。

专利名称：富氧燃烧锅炉
专利类型：实用新型专利
发明人：黄新铭,蒲海伦,刘强俤申请号：CN201821794144.9申请日：20181101
公开号：CN209101265U
公开日：
20190712
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种富氧燃烧锅炉，包括旋风分离器、重力给煤器、锅炉炉体，所述锅炉炉体包括供气系统、预热装置、结焦装置，供气系统将富氧气体通入预热装置中加热，所述结焦装置由传热套筒、结焦棒、卷扬机构组成，传热套筒为中空管，结焦棒直径小于传热套筒并位于传热套筒中，传热套筒垂直设置在锅炉炉体内的烟气段，接受烟气段的热量为预热装置提供热量，卷扬机构用于控制结焦棒的升降；所述预热装置接收传热套筒的热量来对将进入锅炉炉体内的富氧气体进行预热。

申请人：四川省天润康环保科技有限责任公司
地址：610000 四川省成都市中国(四川)自由贸易试验区成都高新区盛安街401号1栋2单元18层1819号
国籍：CN
代理机构：成都中汇天健专利代理有限公司
代理人：陈冰
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富氧燃烧锅炉传热特征分析及设计优化杨建远摘要：富氧燃烧技术是用纯氧或富氧气体混合物代替助燃空气，实现化石燃料充分燃烧利用的技术，基于200 MW 富氧燃烧锅炉为研究对象，通过理论计算得出：高烟温区段，富氧燃烧烟气中三原子气体浓度升高，导致辐射传热增强，受热面传热量要高于空气燃烧气氛。

而在低烟温区段，烟气量减少导致流速降低，对流传热减弱，传热量小于空气燃烧气氛；在分析富氧燃烧锅炉传热特性基础上，提出了富氧燃烧锅炉烟气通流截面积、各换热面积的设计优化方法。

关键词：锅炉；富氧燃烧；传热特性；设计对于富氧燃烧烟气再循环新型燃烧技术的工业应用，由于燃烧特性、火焰特性、烟气成分以及辐射、对流传热都将发生比较大的改变，需要在传统空气气氛燃烧锅炉结构基础上进行相应调整。

富氧燃烧技术起步时间不长，原有的锅炉设计原则已经不足以支持富氧气氛燃烧下锅炉的优化设计。

通过对富氧燃烧锅炉设计过程中采取的优化手段进行分析，从而确定不同参数下富氧燃烧锅炉的设计方法以及部分参数的选取原则，为后续设计更大容量的富氧燃烧锅炉提供理论支持。

一、富氧燃烧再循环方式循环烟气从尾部烟道抽取之后分为两部分：一次风与二次风。

其中，一次风为送粉风，由一次烟气循环风机输送至烟气预热器一次风侧预热后再输送煤粉至燃烧器，一次风中的H2O 必须经过冷凝脱除，而二次风则根据脱水与否，可以将富氧燃烧分为干循环、湿循环。

干循环方式最有利于空气气氛锅炉改造为富氧燃烧锅炉，并且各项燃烧参数与空气气氛最为接近。

但是这种燃烧方式锅炉的效率最低，需要脱水的烟气量最大，冷凝脱水装置及脱硫装置等负荷大。

富氧燃烧湿循环中的一次风仍然来源于冷凝脱水后的烟气，二次风抽取位置为除尘器后脱硫塔前，经过烟气预热器加热到相应的温度后送入炉膛助燃，如图所示。

富氧燃烧湿循环的锅炉效率高于干循环，烟气冷凝器、脱硫等装置工作负荷低于干循环。

计算数据以200 MW 富氧燃烧锅炉为例，锅炉采用Π型布置，单炉膛，自然循环汽包炉。

生物质锅炉富氧燃烧技术研究进展
丁先;李汪繁;马达夫;吴何来;刘平元
【期刊名称】《动力工程学报》
【年(卷),期】2024(44)2
【摘要】生物质锅炉富氧燃烧作为一种新型的燃烧技术,可在有效改善生物质燃料清洁高效利用的同时,为碳捕集及利用提供高浓度CO_(2)的烟气,目前该技术在国内外尚处于研究示范阶段。

通过系统梳理生物质燃料的基本特性,重点介绍了生物质富氧燃烧特性及相关工程研究现状,并分析了该技术发展趋势。

结果表明:富氧燃烧可在一定程度上减少热量损失,提高燃烧稳定性和锅炉运行效率;通过烟气再循环动态调整再循环比例可有效控制炉内的温度水平,缓解污染物排放问题;由于在富氧系统、配风系统、受热面结渣和全炉膛密封等方面存在技术问题,合适的注氧和混氧方式、氧量和配风方式的动态调整、防结渣处理和密封改造是防范风险的主要措施;基于富氧燃烧的生物质能高效利用耦合碳捕集与封存技术有望成为生物质电厂转型发展的方向。

【总页数】12页(P157-167)
【作者】丁先;李汪繁;马达夫;吴何来;刘平元
【作者单位】上海发电设备成套设计研究院有限责任公司
【正文语种】中文
【中图分类】TK16
【相关文献】
1.煤中矿物质在富氧燃烧气氛中的迁移转化特性及其对锅炉结渣的影响
2.燃煤电站锅炉富氧燃烧技术研究进展综述
3.锅炉富氧燃烧技术及高温燃烧技术的节能分析
4.富氧燃烧技术：水泥行业节能降耗的“新式武器”--“水泥窑炉富氧和分级燃烧减排NOx技术与示范应用”国家科技支撑课题研发侧记
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1152022年3月下 第06期 总第378期油气、地矿、电力设备管理与技术China Science & Technology Overview0.引言微富氧燃烧模式和纯氧燃烧模式以及空气燃烧模式下的锅炉特性参数进行对比可知，微富氧燃烧模式下锅炉在单位时间内炉膛的烟气量比纯氧燃烧模式下以及空气燃烧模式下炉膛的烟气量更低，辐射换热能力更强，理论燃烧温度更高。

不过由于微富氧燃烧模式下锅炉的烟气和工质间的对流换热量以及辐射换热量和纯氧燃烧模式或空气燃烧模式下的烟气和工质间的对流换热量以及辐射换热量存在较大差异。

所以需要重新匹配微富氧燃烧模式下锅炉的烟气侧和工质侧的能量分布。

1.锅炉微富氧燃烧的模式概述全球温室效应的产生主要是由于大气中二氧化碳浓度的增加，而煤燃烧又会产生较多的二氧化碳，所以现阶段世界范围内的各个国家都开始积极研究煤燃烧阶段二氧化碳量排放量的控制技术，现阶段对已经出现的控制技术分析可知，富氧燃烧技术的应用前景最佳。

富氧燃烧的模式主要可以分为以下4类：（1）纯氧燃烧；（2）微富氧燃烧；（3）氧气喷枪燃烧；（4）空－氧燃烧。

纯氧燃烧指的是将氧气和二氧化碳的混合物作为基础燃烧气体，这一富氧燃烧模式的缺点是经济性较差，和空气燃烧模式相比效率下降了8%～10%。

这是由于纯氧燃烧模式需要使用大量的纯氧为燃料的燃烧提供支持，但是ASU 空分制氧的能源消耗非常高。

而且，纯氧燃烧需要将产生的大量烟气进行再循环利用，以此来维持锅炉内的温度，这便需要使用较大功率的再循环风机。

微富氧燃烧模式则是将空气作为燃料燃烧的基础气体，在空气中混入少量的纯氧作为燃料完全燃烧的保障，并且不需要产生的烟气进行再循环使用，一般微富氧燃烧模式下的锅炉产生烟气内二氧化碳的体积分数通常在30%～40%，而这一二氧化碳浓度非常适合使用活性炭一体化技术对产生烟气中的二氧化碳以及二氧化硫进行脱除处理。

微富氧燃烧模式和纯氧燃烧模式相比，其需要使用的助燃纯氧的体积更少，并且不需要设计烟气再循环系统，因此经济性更好[1]。

循环流化床锅炉富氧燃烧改造探讨中国是世界上最大的以煤炭为主要能源的国家，根据《2016年中国能源发展报告》数据显示，我国能源消耗达43亿吨标准煤。

我国CO2排放总量已经超过美国4.87×109t成为世界碳排放第一大国。

富氧燃烧技术，将高含氧量的空气送入炉膛助燃，可以降低入炉煤燃点，加快燃烧速率、提高燃料的燃尽性。

同时，富氧燃烧技术使烟气CO2含量高达80%，大大降低CO2封存或资源化利用的成本。

中国循环流化床（CFB）锅炉总装机近1亿kW，CFB锅炉数量超过3000台，对CFB锅炉进行富氧燃烧技术的改造有巨大的市场，改造后的CFB锅炉可以继续保持污染物排放低的特点，又同时具有传热效率高、燃烧完全、排烟损失小等优点。

富氧燃烧技术与CFB锅炉结合将成一种更具竞争力的燃烧技术，是未来洁净煤发电技术的新趋势。

1、富氧燃烧技术优势。

国内学者对富阳燃烧技术进行了大量的研究工作。

葛学利、任雨峰等采用数值模拟的方法研究了空气燃烧与富氧燃烧条件下炉膛的温度场和炉内含碳量分布，发现随着入炉空气氧含量的增加，燃尽性提高。

廖海燕以某200MW富氧燃烧锅炉为例，通过理论计算发现炉内高温区段由于烟气中三原子气体浓度较高，辐射传热强度增加，而低温区段则由于烟气量减少导致对流传热强度减弱。

CFB锅炉结合富氧燃烧技术具有以下优势：1．1 炉内换热强度增加。

炉膛内热量传递的方式主要是辐射换热。

而决定辐射换热强度的主要因素是烟气中三原子和多原子气体浓度。

在空气含量氧为21%的燃烧方式下，炉内烟气的主要成分为氮气，烟气的黑度较低，导致锅炉辐射换热强度较低。

在富氧助燃技术的条件下，由于空气量及烟气量大大减小，使得火焰温度和黑度随着空气中含氧量的增加而显著提高，炉内水冷壁辐射换热强度显著增加。

中科院完成了410t/h富氧燃烧CFB锅炉的技术方案，该方案通过计算炉内受热面吸热份额，最终确定锅炉助燃空气中氧气含量的最高限值为30%，此时如果含氧量继续提高，烟气量将继续减小，为保证燃尽时间，炉膛横截面积将会减小，因此，富氧空气的含氧量存在一个最优值。