于波 王同建（天津市鍋爐應(yīng)用技術(shù)協(xié)會(huì)天津30000）

鍋爐富氧燃燒及煙氣分離利用一種排煙零排放發(fā)電供汽供暖系統(tǒng)簡(jiǎn)介

于波 王同建
（天津市鍋爐應(yīng)用技術(shù)協(xié)會(huì)天津30000）

熱電聯(lián)產(chǎn)或純供熱的鍋爐，坐落于城市周邊，其排煙對(duì)環(huán)境造成污染。必須采用科學(xué)的方法予以解決，最好的結(jié)果是零排煙不排煙。

分離空氣中的氧氣，與再循環(huán)煙氣混合，或與再循環(huán)蒸汽混合，送入鍋爐燃燒。首先減少了排煙量，其次，降低氮氧化物的生成；最后，純化煙氣成分，以利煙氣全部分離利用，從而做到排煙的無(wú)污染零排放。本文最后做出基本的經(jīng)濟(jì)分析。

富氧燃燒；煙氣再循環(huán)；蒸汽再循環(huán)；煙氣分離利用；二氧化碳減排；排煙零排放

引言

熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)由鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)組成，外供電力、蒸汽和熱水，是工業(yè)、民用熱源重要的組成部分。

熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)蒸汽的梯級(jí)利用，具有比純發(fā)電、純供熱系統(tǒng)更高的系統(tǒng)效率；受蒸汽熱水的傳輸距離影響，熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)只能建在城市周邊；熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，容量小于純發(fā)電系統(tǒng)，二氧化碳產(chǎn)生量較小，為目前的二氧化碳的產(chǎn)品利用創(chuàng)造了條件。

鍋爐，包括電站鍋爐、工業(yè)鍋爐，燃燒燃料，在提供熱能動(dòng)力的同時(shí)，排出煙氣，形成污染。鍋爐排煙造成的污染，是霧霾形成的三大主要部分之一。

京津冀地區(qū)，冬季必須采暖，由于人口稠密、及地理環(huán)境造成的弱環(huán)境凈化能力，對(duì)不可缺少的供熱鍋爐，其排煙，必須采取更加科學(xué)、有效的根治手段，予以解決。

零排煙污染熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，由鍋爐及氣體化學(xué)技術(shù)組成，在滿足鍋爐使用的同時(shí)，將煙氣完全分離為不同的、可利用的物質(zhì)，從而達(dá)到排煙零排放，并且使得物質(zhì)得到循環(huán)利用。

1 鍋爐富氧燃燒及煙氣分離利用系統(tǒng)

鍋爐燃燒由燃料與助燃空氣產(chǎn)生，空氣內(nèi)含有21%的氧氣與79%的氮?dú)?，氧氣參與燃燒，氮?dú)馄鸬秸{(diào)節(jié)燃燒速度的作用。由于空氣內(nèi)含有大量氮?dú)?，在高溫燃燒狀態(tài)下，增加了氮氧化物排放量，與汽車尾氣協(xié)同作用造成二次大氣污染，使人們不得不采取各種措施予以消除。如何從源頭減少氮氧化物、二氧化流、二氧化碳的產(chǎn)生，可借助改變空氣作為助燃?xì)獾膫鹘y(tǒng)思維入手，取得根本性的改變。

鍋爐富氧燃燒及煙氣分離技術(shù)的做法是：

首先，將空氣在燃燒前分離出氧氣，再將燃燒煙氣抽回，代替氮?dú)馀c氧氣混合送入鍋爐燃燒；或由煙氣冷凝并加熱成的水蒸汽代替氮?dú)?，與氧氣混合送入鍋爐燃燒。此過(guò)程，由于沒有氮?dú)獾膮⑴c，一方面，減少了氮氧化物的產(chǎn)生，另一方面減少并純化了煙氣，煙氣內(nèi)水蒸汽與二氧化碳的比例在99%左右；

其次，對(duì)于減少并純化的煙氣，可以采用氣體分離技術(shù)予以分離，水蒸汽可凝結(jié)利用，二氧化硫可消除或生產(chǎn)硫化物產(chǎn)品、二氧化碳可以商品生產(chǎn)利用，利用后無(wú)需排煙，做到排煙零排放。

1.1 煙氣再循環(huán)，富氧燃燒與煙氣分離利用，排煙零排放系統(tǒng)。

圖1 煙氣再循環(huán)，富氧燃燒與煙氣分離利用

氧氣由空氣分離，將循環(huán)煙氣與氧氣混合，送入鍋爐燃燒，再循環(huán)煙氣起到調(diào)節(jié)燃燒溫度的作用。再循環(huán)煙氣主要為二氧化碳，與氮?dú)庀啾扔懈叩臒崛萘?，為達(dá)到滿意的燃燒效果，必須增大氧氣的比例，此過(guò)程稱為富氧燃燒。

煙氣內(nèi)含有水蒸汽、煙塵、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等物質(zhì)，由于沒有氮?dú)鈪⑴c燃燒，氮氧化物產(chǎn)生很少；采用硫含量很少的燃料及采用爐內(nèi)固硫技術(shù)，及尾部二氧化硫化工產(chǎn)品處理，二氧化硫也可以得到解決；水蒸汽含有熱量，凝結(jié)水的過(guò)程，也是熱量充分利用的過(guò)程；剩余的就是二氧化碳，經(jīng)商品生產(chǎn)后，煙氣完全分離，利用。

循環(huán)煙氣占煙氣的四分之三，排出待分離的煙氣占煙氣總量的四分之一。

1.2 煙氣水蒸汽循環(huán)調(diào)溫，富氧燃燒與煙氣分離利用，排煙零排放系統(tǒng)

圖2 煙氣冷凝水蒸汽調(diào)溫

氧氣由空氣分離，排煙的凝結(jié)水經(jīng)煙氣再加熱為水蒸汽，與氧氣混合，送入鍋爐燃燒，再循環(huán)水蒸汽起到調(diào)節(jié)燃燒溫度的作用。

煙氣內(nèi)物質(zhì)含量與利用，與煙氣再循環(huán)相同，同樣是煙氣水蒸汽、煙塵、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物分離利用過(guò)程。

煙氣水蒸汽調(diào)溫系統(tǒng)較之煙氣再循環(huán)系統(tǒng)，有更多的優(yōu)越性，利于機(jī)組啟停、減少功耗、減少鍋爐累計(jì)污染物、總體效率更高等。

2 環(huán)保、技術(shù)與經(jīng)濟(jì)性

2.1 環(huán)保

煙氣內(nèi)的各種物質(zhì)都是可以分離并循環(huán)利用的，而分離利用后，沒有煙氣排放，達(dá)到環(huán)保的目的。排煙零排放是是最好的環(huán)保解決方案。

2.2 技術(shù)

鍋爐燃燒及煙氣分離利用系統(tǒng)含有三部分技術(shù)，氧氣分離技術(shù)、鍋爐燃燒與熱量利用技術(shù)、硫化物及二氧化碳產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)。

此三部分技術(shù)，均為成熟技術(shù)，只是加以系統(tǒng)化的整合。

氧氣分離技術(shù)，有大量的氧氣廠使用；

富氧燃燒技術(shù)已經(jīng)有大量且完備的試驗(yàn)成果；

硫化物及二氧化碳產(chǎn)品生產(chǎn)，為氣體物理范疇，也是成熟技術(shù)。

2.3 經(jīng)濟(jì)

經(jīng)濟(jì)性是主要問(wèn)題。環(huán)保與經(jīng)濟(jì)性是一對(duì)矛盾，隨著環(huán)保越來(lái)越嚴(yán)格，越需要環(huán)保與經(jīng)濟(jì)性的系統(tǒng)考慮。需要在追求更高的環(huán)保要求時(shí)，保證經(jīng)濟(jì)性能。

費(fèi)用增加：

氧氣制備，大約5000千卡的燃料約需要1.5立方米的氧氣。商品液氧，1.5立方米的氧氣大約需要0.45元，自備氧氣站，費(fèi)用低些。

經(jīng)濟(jì)收益：

自備氧氣站，在分離出氧氣的同時(shí)，分離出氮?dú)猓獨(dú)鉃槎栊詺怏w，有商用需要；

二氧化碳產(chǎn)品收益。二氧化碳有需求，隨著環(huán)保的增強(qiáng)，二氧化碳產(chǎn)品需求呈增加的趨勢(shì)。

碳排放交易，二氧化碳減排指標(biāo)，可以交易，獲取收益；

熱電聯(lián)產(chǎn)電站，能源梯級(jí)利用，增加效益。除電、蒸汽和高溫?zé)崴夤?，還可以外供低溫?zé)崴丝梢宰鳛樗礋岜玫牡蜏責(zé)嵩词褂谩?/p>

電、蒸汽、高溫?zé)崴⒌蜏責(zé)崴?lián)供的電站水汽系統(tǒng)如圖

圖3 熱電聯(lián)產(chǎn)水汽系統(tǒng)圖

結(jié)語(yǔ)

利用鍋爐富氧燃燒及煙氣分離利用技術(shù)，可以達(dá)到排煙零排放；同時(shí)，煙氣產(chǎn)物可以有效循環(huán)利用。

[1]樊泉桂主編《鍋爐原理》中國(guó)電力出版社2014年2月第二版

[2]駱仲泱方夢(mèng)祥李明遠(yuǎn)高林等編著《二氧化碳捕集封存和利用技術(shù)》中國(guó)電力出版社2012年5月第一版