锅炉富氧燃烧及烟气分离利用一种排烟零排放发电供汽供暖系统简介

于波 王同建（天津市锅炉应用技术协会天津30000）

锅炉富氧燃烧及烟气分离利用一种排烟零排放发电供汽供暖系统简介

于波 王同建
（天津市锅炉应用技术协会天津30000）

热电联产或纯供热的锅炉，坐落于城市周边，其排烟对环境造成污染。必须采用科学的方法予以解决，最好的结果是零排烟不排烟。

分离空气中的氧气，与再循环烟气混合，或与再循环蒸汽混合，送入锅炉燃烧。首先减少了排烟量，其次，降低氮氧化物的生成；最后，纯化烟气成分，以利烟气全部分离利用，从而做到排烟的无污染零排放。本文最后做出基本的经济分析。

富氧燃烧；烟气再循环；蒸汽再循环；烟气分离利用；二氧化碳减排；排烟零排放

引言

热电联产系统由锅炉、汽轮机、发电机组成，外供电力、蒸汽和热水，是工业、民用热源重要的组成部分。

热电联产系统，实现蒸汽的梯级利用，具有比纯发电、纯供热系统更高的系统效率；受蒸汽热水的传输距离影响，热电联产系统只能建在城市周边；热电联产系统，容量小于纯发电系统，二氧化碳产生量较小，为目前的二氧化碳的产品利用创造了条件。

锅炉，包括电站锅炉、工业锅炉，燃烧燃料，在提供热能动力的同时，排出烟气，形成污染。锅炉排烟造成的污染，是雾霾形成的三大主要部分之一。

京津冀地区，冬季必须采暖，由于人口稠密、及地理环境造成的弱环境净化能力，对不可缺少的供热锅炉，其排烟，必须采取更加科学、有效的根治手段，予以解决。

零排烟污染热电联产系统，由锅炉及气体化学技术组成，在满足锅炉使用的同时，将烟气完全分离为不同的、可利用的物质，从而达到排烟零排放，并且使得物质得到循环利用。

1 锅炉富氧燃烧及烟气分离利用系统

锅炉燃烧由燃料与助燃空气产生，空气内含有21%的氧气与79%的氮气，氧气参与燃烧，氮气起到调节燃烧速度的作用。由于空气内含有大量氮气，在高温燃烧状态下，增加了氮氧化物排放量，与汽车尾气协同作用造成二次大气污染，使人们不得不采取各种措施予以消除。如何从源头减少氮氧化物、二氧化流、二氧化碳的产生，可借助改变空气作为助燃气的传统思维入手，取得根本性的改变。

锅炉富氧燃烧及烟气分离技术的做法是：

首先，将空气在燃烧前分离出氧气，再将燃烧烟气抽回，代替氮气与氧气混合送入锅炉燃烧；或由烟气冷凝并加热成的水蒸汽代替氮气，与氧气混合送入锅炉燃烧。此过程，由于没有氮气的参与，一方面，减少了氮氧化物的产生，另一方面减少并纯化了烟气，烟气内水蒸汽与二氧化碳的比例在99%左右；

其次，对于减少并纯化的烟气，可以采用气体分离技术予以分离，水蒸汽可凝结利用，二氧化硫可消除或生产硫化物产品、二氧化碳可以商品生产利用，利用后无需排烟，做到排烟零排放。

1.1 烟气再循环，富氧燃烧与烟气分离利用，排烟零排放系统。

图1 烟气再循环，富氧燃烧与烟气分离利用

氧气由空气分离，将循环烟气与氧气混合，送入锅炉燃烧，再循环烟气起到调节燃烧温度的作用。再循环烟气主要为二氧化碳，与氮气相比有更高的热容量，为达到满意的燃烧效果，必须增大氧气的比例，此过程称为富氧燃烧。

烟气内含有水蒸汽、烟尘、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等物质，由于没有氮气参与燃烧，氮氧化物产生很少；采用硫含量很少的燃料及采用炉内固硫技术，及尾部二氧化硫化工产品处理，二氧化硫也可以得到解决；水蒸汽含有热量，凝结水的过程，也是热量充分利用的过程；剩余的就是二氧化碳，经商品生产后，烟气完全分离，利用。

循环烟气占烟气的四分之三，排出待分离的烟气占烟气总量的四分之一。

1.2 烟气水蒸汽循环调温，富氧燃烧与烟气分离利用，排烟零排放系统

图2 烟气冷凝水蒸汽调温

氧气由空气分离，排烟的凝结水经烟气再加热为水蒸汽，与氧气混合，送入锅炉燃烧，再循环水蒸汽起到调节燃烧温度的作用。

烟气内物质含量与利用，与烟气再循环相同，同样是烟气水蒸汽、烟尘、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物分离利用过程。

烟气水蒸汽调温系统较之烟气再循环系统，有更多的优越性，利于机组启停、减少功耗、减少锅炉累计污染物、总体效率更高等。

2 环保、技术与经济性

2.1 环保

烟气内的各种物质都是可以分离并循环利用的，而分离利用后，没有烟气排放，达到环保的目的。排烟零排放是是最好的环保解决方案。

2.2 技术

锅炉燃烧及烟气分离利用系统含有三部分技术，氧气分离技术、锅炉燃烧与热量利用技术、硫化物及二氧化碳产品生产技术。

此三部分技术，均为成熟技术，只是加以系统化的整合。

氧气分离技术，有大量的氧气厂使用；

富氧燃烧技术已经有大量且完备的试验成果；

硫化物及二氧化碳产品生产，为气体物理范畴，也是成熟技术。

2.3 经济

经济性是主要问题。环保与经济性是一对矛盾，随着环保越来越严格，越需要环保与经济性的系统考虑。需要在追求更高的环保要求时，保证经济性能。

费用增加：

氧气制备，大约5000千卡的燃料约需要1.5立方米的氧气。商品液氧，1.5立方米的氧气大约需要0.45元，自备氧气站，费用低些。

经济收益：

自备氧气站，在分离出氧气的同时，分离出氮气，氮气为惰性气体，有商用需要；

二氧化碳产品收益。二氧化碳有需求，随着环保的增强，二氧化碳产品需求呈增加的趋势。

碳排放交易，二氧化碳减排指标，可以交易，获取收益；

热电联产电站，能源梯级利用，增加效益。除电、蒸汽和高温热水外供，还可以外供低温热水，此可以作为水源热泵的低温热源使用。

电、蒸汽、高温热水、低温热水联供的电站水汽系统如图

图3 热电联产水汽系统图

结语

利用锅炉富氧燃烧及烟气分离利用技术，可以达到排烟零排放；同时，烟气产物可以有效循环利用。

[1]樊泉桂主编《锅炉原理》中国电力出版社2014年2月第二版

[2]骆仲泱方梦祥李明远高林等编著《二氧化碳捕集封存和利用技术》中国电力出版社2012年5月第一版