利用富氧燃烧技术提高炉效进而降低碳排放的创新实践

  引言二氧化碳是温室气体中最主要的成分，由于温室气体对来自太阳辐射的可见光具有高度的透过性，而对地球反射出来的长波辐射具有高度的吸收性，也就是常说的“温室效应”，导致全球气候变暖。全球变暖的后果，会使全球降水量重新分配，冰川和冻土消融，海平面上升等，既危害自然生态系统的平衡，更威胁人类的食物供应和居住环境。2014年全球排放总量为357亿吨，前6大排放主体依次为中国、美国、欧盟、印度、俄罗斯以及日本，总计占全球69.2%，各国占比依次为29.6%、15.0%、9.6%、6.6%、5.0%以及3.6%(注：因保留一位有效数字，六大排放经济体相加后的总和与69.2%略有偏差)。值得注意的是，中国的年排放量(105亿吨)大于美国与欧盟的和，是唯一一个年排放量超过100亿吨的国家，也是人类历史上唯一一个，实行降低碳排放已迫在眉睫。中国的co2排放主要来自于化石燃料燃烧，以煤为主的能源消费结构决定了中国化石燃料燃烧产生的二氧化碳绝大部分来自煤炭燃烧，而以煤炭为燃料的火力发电企业发电的环境成本最高，其排放的CO2是碳排放的主要来源之一，聚统计，2010年电力企业消耗了全国55.1%的煤炭，在能源转换过程中排放的二氧化碳约占全国总排放量的50%。因此，做好火力发电企业的碳排放改造对改变中国目前的碳排放现状有着重要意义。1 富氧燃烧技术简介本文所指的富氧燃烧技术是指通过富氧燃烧器将纯氧引入燃煤发电锅炉的煤粉燃烧过程，实现富氧燃烧器内煤粉提前着火燃烧，使煤粉以着火状态进入炉膛，延长炉内换热时间，同时，通过炉内合理的配风结构，确保煤粉燃烧充分，提高煤粉燃尽率，从而提高锅炉炉效，降低机组发电标煤耗，进而减少碳排放。2 可行性分析2.1 实现提高锅炉炉效，降低机组发电标煤耗，从而降低碳排放富氧燃烧技术利用纯氧与燃油(燃气)预混燃烧，产生高温火焰，提前引燃富氧燃烧器内一次风煤粉，确保煤粉喷出喷口时处于着火燃烧状态，从而提前释放热量，使炉内高温区整体下移，延长水冷壁换热空间及时间，有效控制排烟温度，降低排烟热损失，从而提高锅炉炉效，降低发电标煤耗，进而减少碳排放。在炉膛内合理的分级配风结构，确保燃尽区煤粉充分燃烧，降低锅炉飞灰及大渣含碳量，减少锅炉机械不完全燃烧热损失，从而提高锅炉炉效，降低机组发电标煤耗，进而减少碳排放。2.2 提高锅炉煤种适应性富氧燃烧技术利用氧气强化煤粉挥发份燃烧的同时，强化煤粉中固碳的燃烧，对煤粉挥发份含量不设要求，对燃用贫煤及无烟煤的锅炉仍可实现提高锅炉炉效，降低发电标煤耗，减少碳排放的目的。2.3 操作方便、维护量小富氧燃烧系统采用智能调控的方式，确保技术参数调控及时、快速，系统操作简单、方便，维护量小。3 富氧燃烧技术在四角切圆燃烧锅炉应用试验3.1在中电投重庆九龙电厂的应用试验中电投重庆九龙电厂1#锅炉为200MW，四角切圆燃烧锅炉，燃烧煤种：贫煤;共计有16个一次风煤粉喷口，分四层布置在锅炉四角上，每层4个一次风煤粉喷口(见图1)，该锅炉未进行空气分级改造。富氧燃烧技术不改变锅炉的原有系统，保持了原锅炉运行工况，在保证中电投重庆九龙电厂1#锅炉二层4台原燃烧器(占总一次风煤粉喷口数的25%)一次风煤粉喷口面积、形状不变的基础上，将其材质更换为耐磨、耐高温材质并加装富氧燃烧的相关装置;并配套安装了超低温真空储罐、氧气控制器、控制系统及配套管线(见图1，红体标注为富氧燃烧器安装位置)。(M1、M2、M3、M4为一次风喷口，F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7为二次风喷，G1、G2为三次风喷口)

  图1中电投九龙电厂锅炉富氧燃烧改造示意图

  3.2富氧燃烧技术在中电投重庆九龙电厂运行效果中电投九龙电厂试验结果表明：在126MW负荷下，全程运行第二层4台富氧燃烧器，实现提高锅炉炉效0.72%，减少碳排放1506t/年。

  4 富氧燃烧技术在对冲燃烧锅炉应用试验4.1 在国电金堂电厂的应用试验国电金堂电厂#61锅炉为600MW，对冲燃烧锅炉，燃烧煤种：烟煤;共配有30只煤粉燃烧器，分三层分别布置在锅炉前后墙水冷壁上，每层各有5只燃烧器，燃烧器上部布置有10只燃尽风调风器，分别布置在前后墙上,每面墙各五个，布置成一排(见图2)。富氧燃烧技术不改变锅炉的原有系统，保持了原锅炉运行工况，在保证国电成都金堂电厂#61锅炉B、D磨所带10台原燃烧器(占总一次风煤粉喷口数的33%)一次风煤粉喷口面积、形状不变的基础上，将其材质更换为耐磨、耐高温材质并加装富氧燃烧的相关装置;并配套安装了超低温真空储罐、氧气控制器、控制系统及配套管线(见图2，红体标注为富氧燃烧器安装位置)

  4.2 国电金堂电厂富氧燃烧技术运行效果国电金堂电厂富氧燃烧技术试验结果表明：在锅炉负荷为329MW时，富氧低燃烧技术在仅运行10只富氧燃烧器的状态下，实现提高锅炉炉效0.65%，减少碳排放2515t/年。

  5 富氧燃烧技术展望通过在各种锅炉上的试验结果及研究表明，富氧燃烧技术可有效提高锅炉炉效，若将锅炉全部一次风燃烧改造为富氧燃烧器，可实现提高锅炉炉效1~2%以上,从而降低发电标煤耗3~5g/kw.h,进而降低碳排放。2015年2月26日，国家统计局发布《中华人民共和国2014年国民经济和社会发展统计公报》显示，全国火电装机容量为91560万千瓦。火电装机容量折合30万KW规模煤粉锅炉约3000多台。国内未经技改或技改后效果不佳的规模以上机组煤粉锅炉约2500台，每台锅炉技改后按降低碳排放2000t/年计算，可全部锅炉经富氧燃烧技术改造后，可实现降低碳排放500万吨/年。