隨著社會經(jīng)濟快速發(fā)展，人類物質(zhì)生活水平不斷提高，對能源資源的需求與日俱增，能源與環(huán)境持續(xù)和諧共存已成為當前全球面臨的嚴重挑戰(zhàn)。如何高效地控制大量化石燃料燃燒產(chǎn)生的CO2排放一直是國際氣候熱門話題，甚至影響國際關系。富氧燃燒技術是目前CO2捕集技術的三大重要技術之一，循環(huán)流化床富氧燃燒技術由于其突出的優(yōu)勢近年來成為國際上研究的熱點。

　　在中國科學院知識創(chuàng)新工程重要方向性項目資助下，2011年，中科院工程熱物理研究所開始開展循環(huán)流化床富氧燃燒技術研究，研制了100kw循環(huán)流化床富氧燃燒小型實驗裝置，并在該實驗裝置上開展了一系列有關O2/N2條件下煤燃燒和排放特性的試驗研究。該裝置在2012年進行了改造，增加了煙氣再循環(huán)系統(tǒng)，通過采用干煙氣循環(huán)的方式，使該試驗系統(tǒng)真正達到了富氧燃燒技術試驗研究平臺的要求。在改造后的實驗臺上主要進行了煙氣再循環(huán)關鍵技術研究，包括煙氣凈化、冷凝以及升壓循環(huán)、加熱、分配等在內(nèi)的多項技術，獲得了大量試驗數(shù)據(jù)，為MW級循環(huán)流化床富氧燃燒中試裝置的設計提供了參考和依據(jù)。

　　為了進一步研究循環(huán)流化床富氧燃燒技術，依托中國科學院戰(zhàn)略性先導科技煤專項“半焦/煤清潔高效燃燒技術示范”項目，工程熱物理所在廊坊研發(fā)中心研制了1MW循環(huán)流化床富氧燃燒中試裝置。該裝置于2013年10月開工建設，2014年4月完成了全部建設安裝任務，是目前我國熱功率最大、國際上氧氣濃度最高的帶煙氣再循環(huán)的循環(huán)流化床富氧燃燒中試裝置。

　　日前，在該中試裝置上開展了熱態(tài)調(diào)試和相關的試驗研究工作，順利完成了煤和半焦在空氣和高濃度富氧/再循環(huán)煙氣（O2/RFG）兩種燃燒方式下的燃燒特性和污染物排放控制的試驗研究。試驗結(jié)果表明：該中試裝置可以進行空氣和整體氧氣濃度在21%-50%的煙氣再循環(huán)富氧燃燒試驗，外置換熱器和爐內(nèi)可調(diào)節(jié)受熱面能夠?qū)崿F(xiàn)對裝置熱負荷和爐膛溫度的調(diào)節(jié)，中試裝置的熱負荷可以在0.5-1.2MW范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，在整體氧氣濃度為40%的煙氣再循環(huán)富氧燃燒試驗工況中煙氣CO2濃度達到90%。

　　通過熱態(tài)調(diào)試和相關試驗，研究人員初步掌握了循環(huán)流化床由空氣燃燒向高濃度氧氣再循環(huán)富氧燃燒的切換操作方法，對煤和半焦的燃燒溫度分布、外置換熱器工作特性、污染物排放特性以及爐內(nèi)石灰石脫硫特性等進行了研究。通過對空氣和O2/RFG兩種燃燒方式的對比試驗，獲得了一定的試驗數(shù)據(jù)，可用于研究兩種燃燒方式的區(qū)別。與傳統(tǒng)空氣燃燒相比，高氧氣濃度煙氣再循環(huán)燃燒尾部CO2濃度得到了大幅度提升，燃燒效率有所提高，NOX排放減小，但由于再循環(huán)使得H2O蒸汽和SO2在煙氣中富集。

　　研究人員下一步將繼續(xù)在中試裝置上開展循環(huán)流化床高氧氣濃度燃燒方面的研究，包括不同燃料O2/RFG的燃燒特性、污染物生成及控制、灰渣生成特性以及高氧氣濃度燃燒下的傳熱和流動研究等，為設計工業(yè)級別的循環(huán)流化床富氧燃燒鍋爐提供較重要參考和依據(jù)。

　　相關研究成果已經(jīng)在國際能源署（IEA）主辦的第十二屆溫室氣體控制技術國際會議上進行了報告，并將在近期出版的Energy Procedia上發(fā)表。

圖1     污染物排放對比              煙氣中水蒸氣和CO2濃度對比 

圖2  50%O2/RFG燃燒方式下爐膛溫度曲線