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富氧燃烧高效低成本运行关键技术与示范
【研究背景】
我国以煤为主的能源禀赋决定了煤电将会在未来一段时间内充当托底角色，燃煤发电过程中产生的CO₂作为主要碳排放源，成为了“2030碳达峰、2060碳中和”愿景目标的现实约束。开发具有大规模CO₂捕集功能的新型低碳燃烧技术是实现“双碳”目标的关键。其中，富氧燃烧技术采用空分系统所产生的氧气(纯度>95%)代替助燃空气，同时采用烟气再循环调节炉膛内的介质温度和传热特性，实现烟气中CO₂高浓度富集，便于CO₂的分离与捕集，是最具发展前景的规模化碳捕集技术。
【成果介绍】
本成果提出了一种富氧燃烧高效低成本运行关键技术与其对应示范装置。着眼于发展经济、安全和可靠的富氧燃烧技术需求，本成果重点围绕两个关键科学技术问题：
(1)基于氧/燃料双向分级的富氧燃烧火焰组织、传热调控与污染抑制原理；
(2)基于静/动态仿真的富氧燃烧系统集成优化和控制技术，组织共性技术研发和工程示范。
本成果建立了常压与加压富氧燃烧条件下的分级燃烧、传热和污染物控制理论，开发了常压富氧燃烧的分级燃烧系统，研制了加压富氧燃烧的燃烧、换热及返料等关键装备，突破了酸性气体共压缩纯化等共性关键技术，掌握了常压富氧燃烧的系统集成、优化与控制方法，并提升富氧燃烧大型化设计能力。
其中，运用富氧压缩S/N/Hg一体化脱除技术，SO₂/NOx/Hg脱除率分别达到99%，93%和98%；35MWth富氧燃烧工业示范连续运行168h，锅炉燃烧效率90.68%，烟气中CO₂浓度71-82%，NOx浓度（等效空气燃烧）110mg/Nm³。相比空气工况，富氧工况下脱汞效率（以ESP前为基准）和ESP除尘效率进一步提升。
图2 应城35MWth富氧燃烧工业示范系统及现场实时运行
【技术优势】
与现有的其它碳捕集技术，包括燃烧前、燃烧后碳捕集技术，富氧燃烧碳捕集技术的改造成本更低，系统效率更高、生成成本更低、投资与碳减排成本更低。
【技术指标】
【资质荣誉】
获日内瓦国际发明展金奖(2017)、国际自动化学会电力工业设施奖(2017)、湖北省技术发明一等奖(2018)。
华中科技大学
2023-07-19
无焰燃烧冷凝锅炉
无焰燃烧是近二十年国际燃烧领域发展的一种最新的燃烧方式，它的另一个名称叫“温和低氧稀释”（MILD)燃烧。 该燃烧是低氧、低温（900-1200℃）条件下的容积燃烧，具有无焰透亮、热流分布均匀、燃烧噪音小及温度波动小等特点。相比传统的局部高温有焰燃烧，低温燃烧要求小得多的炉膛空间，故平均炉温提高、辐射传热大大增强，热利用效率显著提高；非常重要的是它的污染物（NOx和CO等）排放几乎为零。
北京大学
2021-02-01
无焰燃烧冷凝锅炉
项目简介无焰燃烧是近二十年国际燃烧领域发展的一种最新的燃烧方式，它的另一个名称叫“温和低氧稀释”（MILD) 燃烧。 该燃烧是低氧、低温（900-1200℃）条件下的容积燃烧，具有无焰透亮、热流分布均匀、燃烧噪音小及温度波动小等特点。相比传统的局部高温有焰燃烧，低温燃烧要求小得多的炉膛空间，故平均炉温提高、辐射传热大大增强，热利用效率显著提高；非常重要的是它的污染物（NOx和CO等）排放几乎为零。应用范围传统锅炉中，排烟温度一般在160-250℃，使得燃料燃烧时产生的水在烟气中处于过热状态的水蒸汽，随烟气从烟囱中流失,炉热效率最高只能达到91%。而无焰燃烧冷凝锅炉把排烟温度降低到60℃左右，充分回收了烟气中的显热和水蒸汽的凝结潜热，热效率可达106%。同时在能量回收过程中，由于上述无焰燃烧降低了有害气体特别是氮氧化合物（<10 ppm）的排放，缓解了环境污染的问题。项目阶段 无焰燃烧冷凝锅炉采用北京大学-阿德莱德大学联合开发的世界领先的全预混MILD 燃烧技术，使气体燃料与空气在燃烧发生前百分之百地充分混合，减少完全燃烧需要的过剩空气，降低了空气的需求量，并提高了排放烟气的露点，使烟气更早进入冷凝阶段。知识产权 已申请相关专利。合作方式合作开发、技术转让、技术许可。
北京大学
2021-04-11
富氧燃烧碳捕集基础理论、技术装备及工程示范
中试阶段/n该成果通过“产-学-研”协作，历经 20 年的研究与探索，掌握了富 氧燃烧碳捕集技术的基础理论、设计导则和计算方法，完成了富氧燃烧 相关的锅炉、燃烧器和氧注入器、烟气冷凝器、低能耗三塔空分系统和 压缩纯化系统等关键技术和装备的研发，先后建成了 0.3MW、3MW 和 35MW 等一系列高水平的小试、中试装置和工业示范装置，并完成了 200MWe 全 流程大型示范的预可行性研究和中国富氧燃烧实施路线图研究。 该成果为燃煤火电机组实现低碳排放提供了技术解决方案。国际能 源署研究认为，中国火电
华中科技大学
2021-01-12
将 LNG 冷能用于空分制氧和碳捕获的天然气富氧燃烧系统
本发明涉及一种将 LNG 冷能用于空分制氧和碳捕获的天然气富氧燃烧系统。该系统包括 LNG 冷能空分制氧子系统、富氧高压加水燃烧循环发电子系统和高压液氧碳捕获子系统，将 LNG 冷能应用于天然气富氧燃烧电厂的空分制氧过程中，同时冷凝回收富氧燃烧所产生的二氧化碳，实现碳的零排放。解决富氧燃烧电厂空分制氧能耗高、碳捕获成本大的问题。此外，还可以附加高压液氮再循环制氧子系统，进一步利用液氮冷能，降低制氧能耗，从而提高系统能效水平。本发明实现了冷能连续传递使用，同时解决了富氧燃烧电厂空分制氧能耗高，碳捕获成
华中科技大学
2021-04-14
一种采用富氧燃烧技术的热解气化垃圾焚烧炉
本发明公开了一种采用富氧燃烧技术的热解气化垃圾焚烧炉，包括氧气制备单元、氧气注入单元和焚烧炉主体单元；氧气注入单元，与所述氧气制备单元和焚烧炉主体单元连接，其包括增压风机、关断阀和两氧气流量控制装置，每个氧气流量控制装置均包括流量计、调节阀、截止阀、混合器和供风风机；所述关断阀分别与一流量计连接；焚烧炉主体单元，包括焚烧炉本体和烟气净化装置，所述焚烧炉本体包括第一燃室、第二燃室和隔板。本发明能有效解决由于空气中氧含量低或垃圾热值低所造成的燃烧温度低、燃烧效率，污染物排放不达标等问题。
华中科技大学
2021-04-13
一种用于燃煤发电富氧燃烧的外置式氧气注入装置
本发明公开了一种用于燃煤发电富氧燃烧的外置式氧气注入装置，该装置包括沿着圆柱形烟道轴向方向彼此分层间隔设置的氧气注入管路，各层氧气注入管路均包括处于烟道外部的竖管、环形管、喷·688·管和清洁用孔，其中各个竖管一端分别与环形管相连通，所有竖管的另外一端共同连接于氧气输入主管；环形管相对于圆柱形烟道环绕而设置，其内侧经由与圆形烟道的表面以相同锐角倾斜相交的多个喷管与烟道相连通；清洁用孔设置在环形管的最下方
华中科技大学
2021-04-14
锅炉闭环燃烧优化控制系统
锅炉燃烧优化是电厂节能减排的重要手段。本系统综合运用在线支持向量机动态建模技术、约束非线性优化技术、经济预测控制技术，通过控制氧量定值、燃烬风门开度、二次风门开度和给煤量偏置等变量，实现了对锅炉效率和SCR入口NOx浓度的闭环优化控制，同时能够减小再热汽温调节偏差。本系统采用数据驱动的方法，具有以下突出优点：（1）实现了闭环燃烧优化控制，无需人工干预；（2）通过模型自动更新可以有效消除负荷和煤种变化对优化效果的影响；（3）同时适用于稳态工况和动态变负荷情况下的燃烧优化。现场应用结果表明，该系统可以在保证锅炉效率的情况下，使SCR入口NOx浓度下降30～50mg/m3。
东南大学
2021-04-11
锅炉燃烧控制系统和方法
本发明提供了一种锅炉燃烧控制系统和方法，属于锅炉燃烧控制技术领域。所述锅炉燃烧控制系统包括：接收模块，用于在每一个时刻接收当前时刻的所述锅炉的燃烧效率和氮氧化物含量；处理模块，用于根据所述当前时刻的所述燃烧效率和所述氮氧化物含量通过极值搜索算法得到所述锅炉的每层二次风门的当前时刻的开度值；以及控制模块，用于根据所述当前时刻的开度值来控制所述锅炉的每层二次风门的开度。通过上述技术方案，本发明不依赖于燃烧系统的数学模型，具有良好的控制品质和鲁棒性，很好地实现了燃烧系统的优化运行。
东南大学
2021-04-11
铅富氧闪速熔炼技术
铅富氧闪速熔炼新技术及装置，攻克了低品位铅矿、铅二次 资源、卡林金矿和复杂含金物料等的经济利用关键技术与装备难题及工程实践 问题，形成了经济、高效、清洁、短流程直接炼铅新工艺，并建成了年产 10 万吨粗铅规模的示范工程。铅总回收率 98.5%、硫利用率大于 98%，伴生金银回收率 99.5%、铜回收率 85%、锌回收率大于 90%。主要创新点为：①发明了铅富氧闪速熔炼新技术，改变了铅的生成途径，增强了工艺对 物料的适应性，入炉料含铅由底吹熔炼的 48%降至 25%甚至更低，实现了低品 位铅矿、铅二次资源的经济利用，解决了铅冶炼过程能耗高、污染重等问题； ②发明研制了铅富氧闪速熔炼成套装备，优化了反应塔的温度场、氧势场、颗 粒场以及熔池的气流场，生产操作更加稳定；③创新了铅富氧闪速熔炼的成套 操作技术，形成了清洁、高效、短流程、伴生金属回收率高的直接炼铅新工艺； ④发明了难处理卡林金矿和硫化金精矿混合熔炼的金高效捕集新技术，实现了 伴生金、银、铅、锌、硫的同步高效回收。相关研究成果以 20 余篇论文形式在 国际会议及学术期刊上宣讲和发表，被收入邱定蕃院士主编的《有色冶金与环 境保护》专著中。
北京科技大学
2021-04-13