中國(guó)是世界上最大的以煤炭為主要能源的國(guó)家，根據(jù)《2016年中國(guó)能源發(fā)展報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)能源消耗達(dá)43億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。我國(guó)CO2排放總量已經(jīng)超過美國(guó)4.87×109t成為世界碳排放第一大國(guó)。富氧燃燒技術(shù)，將高含氧量的空氣送入爐膛助燃，可以降低入爐煤燃點(diǎn)，加快燃燒速率、提高燃料的燃盡性。同時(shí)，富氧燃燒技術(shù)使煙氣CO2含量高達(dá)80%，大大降低CO2封存或資源化利用的成本。

國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)富陽燃燒技術(shù)進(jìn)行了大量的研究工作。葛學(xué)利、任雨峰等采用數(shù)值模擬的方法研究了空氣燃燒與富氧燃燒條件下爐膛的溫度場(chǎng)和爐內(nèi)含碳量分布，發(fā)現(xiàn)隨著入爐空氣氧含量的增加，燃盡性提高。廖海燕以某200MW富氧燃燒鍋爐為例，通過理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)高溫區(qū)段由于煙氣中三原子氣體濃度較高，輻射傳熱強(qiáng)度增加，而低溫區(qū)段則由于煙氣量減少導(dǎo)致對(duì)流傳熱強(qiáng)度減弱。

爐膛內(nèi)熱量傳遞的方式主要是輻射換熱。而決定輻射換熱強(qiáng)度的主要因素是煙氣中三原子和多原子氣體濃度。在空氣含量氧為21%的燃燒方式下，爐內(nèi)煙氣的主要成分為氮?dú)猓瑹煔獾暮诙容^低，導(dǎo)致鍋爐輻射換熱強(qiáng)度較低。在富氧助燃技術(shù)的條件下，由于空氣量及煙氣量大大減小，使得火焰溫度和黑度隨著空氣中含氧量的增加而顯著提高，爐內(nèi)水冷壁輻射換熱強(qiáng)度顯著增加。

中科院完成了410t/h富氧燃燒CFB鍋爐的技術(shù)方案，該方案通過計(jì)算爐內(nèi)受熱面吸熱份額，最終確定鍋爐助燃空氣中氧氣含量的最高限值為30%，此時(shí)如果含氧量繼續(xù)提高，煙氣量將繼續(xù)減小，為保證燃盡時(shí)間，爐膛橫截面積將會(huì)減小，因此，富氧空氣的含氧量存在一個(gè)最優(yōu)值。

延長(zhǎng)CFB鍋爐物料在爐內(nèi)的停留時(shí)間，可以減小飛灰含碳量。物料在富氧條件下的燃燒反應(yīng)速率大大超過在空氣中的燃燒速度，氫氣、乙炔在純氧中的燃燒速度是在空氣中的4~5倍，天然氣、丙烷、丁烷達(dá)到10倍左右。CFB鍋爐采用富氧空氣助燃后，由于燃燒速度加快，爐內(nèi)反應(yīng)時(shí)間相對(duì)延長(zhǎng)，熱傳導(dǎo)性能改善，有利于燃料燃盡，降低鍋爐固體不完全燃燒損失。

排煙損失是鍋爐各項(xiàng)損失中比例最大的部分，降低鍋爐的煙氣量可以降低鍋爐的排煙損失，從而提高鍋爐效率。采用富氧燃燒技術(shù)，可以去除不參加燃燒反應(yīng)的氮?dú)獠糠郑苊庠摬糠衷谌紵^程中被同時(shí)加熱，攜帶熱量排除鍋爐。若使用含氧量為27%的富氧空氣送入爐膛助燃，過量空氣系數(shù)為1，煙氣體積比使用含氧量為21%的普通空氣減少20%，排煙熱損失也相應(yīng)減少。高大明等采用基于煙氣增量分析的方法發(fā)現(xiàn)，富氧燃燒運(yùn)行方式下的CFB鍋爐運(yùn)行中產(chǎn)生的煙氣體積和排煙熱損失均小于空氣燃燒方式，并且隨著富氧空氣含氧量的增加，排煙損失進(jìn)一步減小。

本文以某電站210MWCFB鍋爐為模型，進(jìn)行CFB鍋爐富氧燃燒改造的研究，該鍋爐為哈爾濱鍋爐廠制造的670t/h超高壓、單汽包、一次中間再熱、自然循環(huán)、配備4個(gè)外置床的CFB鍋爐。針對(duì)帶外置床的CFB鍋爐，可對(duì)二次風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行富氧燃燒改造，外置床返料風(fēng)和流化風(fēng)仍采取常規(guī)的空氣，在富氧燃燒狀態(tài)下，由于氧氣濃度增大，爐內(nèi)燃燒需要的總風(fēng)量減少，容易造成爐膛布風(fēng)板、外置床的流化不良。對(duì)此，可以采用煙氣再循環(huán)的方式，將引風(fēng)機(jī)出口煙氣引入一次風(fēng)機(jī)入口，引風(fēng)機(jī)出口煙氣O2體積分?jǐn)?shù)為8％，利用鍋爐煙氣O2體積分?jǐn)?shù)較低的特點(diǎn)，在不改變一次風(fēng)流量，保證鍋爐流化效率的情況下，降低一次風(fēng)及密相區(qū)氧量，在密相區(qū)形成還原性氛圍，同時(shí)抑制床溫，以降低NOX的生成量。為補(bǔ)充被代替的一次風(fēng)氧量，對(duì)二次風(fēng)進(jìn)行富氧燃燒改造，為空氣分級(jí)創(chuàng)造了條件。（圖1）

外置床是循環(huán)流化床鍋爐的重要部件之一，其功能有三個(gè)：①返料。將分離下來的飛灰順利地送入爐內(nèi)，并隨鍋爐參數(shù)及負(fù)荷的變化完成對(duì)循環(huán)物料量的自動(dòng)調(diào)節(jié)；②#1、#2外置床用來調(diào)節(jié)再熱汽溫；#3、#4外置床用來調(diào)整床溫；③密封。防止?fàn)t膛的煙氣反竄進(jìn)入旋風(fēng)分離器。210MW負(fù)荷進(jìn)行了外置床性能試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，在保證返料正常的情況下，開大內(nèi)、外均流風(fēng)有利于返料穩(wěn)定、降低溫床，減少減溫水用量。當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化時(shí)，可通過開大或關(guān)小外置床均流風(fēng)來控制進(jìn)入爐膛的循環(huán)灰量，以此來控制爐膛溫度。當(dāng)密相區(qū)床溫過高時(shí)，可以開大#3、#4外置床均流風(fēng)，增加循環(huán)灰量，降低床溫；反之，關(guān)小#3、#4外置床均流風(fēng)，減少循環(huán)灰量，提高床溫。

富氧燃燒技術(shù)與CFB鍋爐結(jié)合具有爐內(nèi)換熱性能增強(qiáng)、鍋爐效率提高、污染物排放低等優(yōu)點(diǎn)，是將來具有競(jìng)爭(zhēng)力的一種潔凈煤發(fā)電技術(shù)。對(duì)CFB鍋爐二次風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行富氧燃燒改造，輔以煙氣再循環(huán)技術(shù)，有利于爐內(nèi)的分級(jí)燃燒，遏制氮氧化物生成，提高鍋爐效率。

文章來源：熱電熱力技術(shù)