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富氧燃燒高效低成本運行關鍵技術與示范
【研究背景】
我國以煤為主的能源稟賦決定了煤電將會在未來一段時間內充當托底角色，燃煤發電過程中產生的CO?作為主要碳排放源，成為了“2030碳達峰、2060碳中和”愿景目標的現實約束。開發具有大規模CO?捕集功能的新型低碳燃燒技術是實現“雙碳”目標的關鍵。其中，富氧燃燒技術采用空分系統所產生的氧氣(純度>95%)代替助燃空氣，同時采用煙氣再循環調節爐膛內的介質溫度和傳熱特性，實現煙氣中CO?高濃度富集，便于CO?的分離與捕集，是最具發展前景的規模化碳捕集技術。
【成果介紹】
本成果提出了一種富氧燃燒高效低成本運行關鍵技術與其對應示范裝置。著眼于發展經濟、安全和可靠的富氧燃燒技術需求，本成果重點圍繞兩個關鍵科學技術問題：
(1)基于氧/燃料雙向分級的富氧燃燒火焰組織、傳熱調控與污染抑制原理；
(2)基于靜/動態仿真的富氧燃燒系統集成優化和控制技術，組織共性技術研發和工程示范。
本成果建立了常壓與加壓富氧燃燒條件下的分級燃燒、傳熱和污染物控制理論，開發了常壓富氧燃燒的分級燃燒系統，研制了加壓富氧燃燒的燃燒、換熱及返料等關鍵裝備，突破了酸性氣體共壓縮純化等共性關鍵技術，掌握了常壓富氧燃燒的系統集成、優化與控制方法，并提升富氧燃燒大型化設計能力。
其中，運用富氧壓縮S/N/Hg一體化脫除技術，SO?/NOx/Hg脫除率分別達到99%，93%和98%；35MWth富氧燃燒工業示范連續運行168h，鍋爐燃燒效率90.68%，煙氣中CO?濃度71-82%，NOx濃度（等效空氣燃燒）110mg/Nm³。相比空氣工況，富氧工況下脫汞效率（以ESP前為基準）和ESP除塵效率進一步提升。
圖2 應城35MWth富氧燃燒工業示范系統及現場實時運行
【技術優勢】
與現有的其它碳捕集技術，包括燃燒前、燃燒后碳捕集技術，富氧燃燒碳捕集技術的改造成本更低，系統效率更高、生成成本更低、投資與碳減排成本更低。
【技術指標】
【資質榮譽】
獲日內瓦國際發明展金獎(2017)、國際自動化學會電力工業設施獎(2017)、湖北省技術發明一等獎(2018)。
本項目的部分關鍵成果，已在電力行業和空分行業實現了單體或成套技術推廣應用。如兼顧型富氧燃燒器已被合作企業東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司成功應用于多個電廠的燃燒器改造項目；煙冷器技術已成功應該用于多個低低溫余熱利用項目；四川空分設備（集團）有限責任公司將新型徑向流純化器應用于常規深冷空分，近三年新增產值10.5億元；已將新型三塔空分成果投入市場。
本項目成果研究目前已完成35MWth富氧燃燒工業示范以及350MWe超臨界富氧燃燒鍋爐設計方案。
本成果主要包括35MWth富氧燃燒示范試驗，該裝置是當前全球四套富氧燃燒示范裝置中唯一運行的裝置，項目執行期間一直國內相關行業的高度關注，國家能源、廣東能源、、江西電建、中石化、中國建材、吉利、哈爾濱鍋爐、中鋼武漢安環院等均來校或35MWth基地開展技術交流。
研發團隊正在與多家發電企業合作，擬在現有成果基礎上進行工業化放大，致力于富氧燃燒技術在200-600MWe規模電廠上的應用，致力于實現中國富氧燃燒CO?大規模減排及資源化利用，預估市場規模在百億級別。
此外，本成果不僅可應用于火力發電廠，也可應用于鋼鐵廠、水泥廠等大型CO?排放源的碳排放控制，實現高碳能源的低碳利用。項目團隊正在與鋼鐵和建材行業領軍企業開展合作，如武鋼、中鋼天澄、華新水泥等，將富氧燃燒碳捕集技術應用于高爐低碳煉鐵工藝以及水泥窯爐的碳捕集。
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