什么是富氧燃烧技术?当前火电节能减排的技术路线之一就是富氧燃烧,谁能够详细说明一下其原理、效果,以及目前应用情况?

什么是富氧燃烧技术?
当前火电节能减排的技术路线之一就是富氧燃烧,谁能够详细说明一下其原理、效果,以及目前应用情况?

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.(From Baidu)
　　富氧燃烧的形式大致可分为：微富氧燃烧(Air Enrichment)、氧气喷枪(O2 Lancing)、纯氧燃烧(Oxygen-fuel Combustion)及空-氧燃烧(Air-oxygen/Fuel Combustion)四大类.
　　与用普通空气燃烧有以下优点：
　　1.高火焰温度和黑度.
　　辐射换热是锅炉换热主要的方式之一,按气体辐射特点,只有三原子和多原子气体具有辐射能力,原子气体几乎无辐射能力.所以在常规空气助燃的情况下,无辐射能力的氮气所占比例很高,因此烟气的黑度很低,影响了烟气对锅炉辐射换热面的传热.富氧助燃技术因氮气量减少,空气量及烟气量均显著减少,故火焰温度和黑度随着燃烧空气中氧气比例的增加而显著提高,进而提高火焰辐射强度和强化辐射传热.一般富氧浓度在26％～3l％时最佳.
　　2.加快燃烧速度,促进燃烧安全.
　　燃料在空气中和在纯氧中的燃烧速度相差甚大,如氢气在纯氧中的燃烧速度是在空气中的4．2倍,天然气则达到10．7倍左右.故用富氧空气助燃后,不仅使火焰变短,提高燃烧强度,加快燃烧速度,获得较好的热传导,同时由于温度提高了,将有利于燃烧反应完全.
　　3.降低燃料的燃点温度和减少燃尽时间.
　　燃料的燃点温度随燃烧条件变化而变化.燃料的燃点温度不是一个常数,如CO在空气中为609℃,在纯氧中仅388℃,所以用富氧助燃能提高火焰强度、增加释放热量等.
　　4.减少燃烧后的烟气量,减小锅炉体积.
　　随着富氧空气中含氧量的增加,理论空气需要量减少,烟气量减少.采用纯氧燃烧时烟气量减少近80%,故可以采用体积更小的锅炉和辅助设备,减少工程造价.
　　5.减少污染物排放.
　　富氧燃烧烟气量减少,使燃烧废气中的污染物浓度增加,可使废气处理更有效率.同时N2减少可减少热力型NOx生成量.
　　6.有利于CO2的捕获.
　　目前CO2捕获主要有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,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燃烧同体燃料,由二氧化碳循环流控制燃烧.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.燃烧后捕捉：这种技术目前相对简便,能够适应大型燃煤和燃气机组,通过捕集装置将电厂烟气中的二氧化碳有选择地去除.因此,富氧燃烧是很有前途的CO2分离方法.
　　但同时富氧燃烧还面临很多问题：
　　1.运行方面
　　由于富氧燃烧,炉膛温度很高,需要采取措施(如烟气再循环)降低炉膛温度.
　　需要进一步了解富氧燃烧点火,火焰稳定性,耐腐蚀,传热的问题.
　　2.污染物控制方面
　　由于燃烧环境变化,将改变污染物的形成,因此需要更多相关研究.
　　污染物的变化将影响现有污染物控制装置.
　　在CO2捕捉与封存之前需要对其他污染物进行脱除.
　　3.CCS的成本问题
　　超临界和超超临界机组采用CCS,会使电厂效率降低11%-12%.
　　氧气的分离和净化需要消耗大量的能量.
　　在限制碳排放的国际大背景下,如何更高效、稳定和持续地利用有限的能源,是世界各国一直努力研究的课题.总结富氧燃烧的优缺点,鉴于富氧燃烧降低污染、节约能源及二氧化碳捕集等效益,只要能进一步降低富氧燃烧的成本和相关技术的成熟性,在环境污染问题和温室效应日益严重的未来,富氧燃烧必然会有很好的发展前景.
　　近年来,富氧燃烧已成为各国积极研究发展之项目之一,根据中油公司研究,富氧燃烧技术未来研发重点如下：
　　1、加热炉与燃烧器的设计开发
　　使用富氧燃烧所产生的温度极高,需要大量回流烟道器以降低温度避免损害炉体,但也因此增加了操作成本.目前国外公司已着手研发高性能锅炉,希望耐热温度可达1500℃,无需回流烟道气,并提高发电效率.
　　2、氧气产生
　　目前氧气分离技术之成本仍高,不利应用.
　　3、高浓度CO2烟道气回流及压缩
　　4、工厂整体热整合操作及安全
　　截至2009年11月,全球CCS试行与设计包括捕集、封存、捕集及封存共192件,主要分布于北美洲、欧洲以及澳洲.然而,国内目前尚处于技术研发及封存潜能评估阶段,富氧燃烧技术研究成果相当有限.由于研究经费庞大,单一单位执行不易,未来还有赖政府主导以整合各单位技术及资源,以收事半功倍之效.