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自“煤改气”以来,天然气产供储销体系发展不平衡等问题逐渐凸显。随着天然气在我国能源消耗中比重增大,传统锅炉燃烧方式因其具有燃烧效率低、污染物排放量高等弊端已无法满足现有能源结构改革的需求。O2/CO2燃烧技术应运而生,该技术摒弃了传统的O2/N2燃烧氛围,将燃料置于O2/CO2氛围内进行燃烧,通过调节氧气与烟气再循环的比例来控制O2/CO2的配比,该技术可以有效地降低烟尘的排放,提高燃料利用效率、加快燃烧速率、提高循环热效率、最终达到提高工业生产效率、节能减排的目的。在此基础上,将O2/CO2燃烧技术与CCUS技术进行耦合,烟气循环后产生的CO2注入油气井用以提高油气井的产量,实现资源开采的良性循环体系。本文在建立好燃烧器模型以后,与文献中的燃烧器模拟结果进行了对比分析,结果显示温度、CO浓度、OH浓度最大误差分别为5.8%、4.7%、5.3%。考虑到两者模型差异的微小性与燃烧机理不同,误差均在合理范围内,因此验证了该模型的准确性与可靠性,并且利用该模型模拟结果对工业生产具有指导意义。在验证模型的准确性以后,模拟了天然气在相同氧气浓度下O2/CO2氛围与O2/N2氛围下的燃烧,从流场分布特性、组分浓度分布特性及污染物排放水平等方面多角度对O2/CO2燃烧技术的优越性进行论证。结果说明天然气在O2/CO2氛围比O2/N2氛围下燃烧效率更高,污染物生成更少,更加优越。为了了解天然气在O2/CO2氛围下燃烧特性,改变氧气浓度从燃烧温度分布云图、燃烧速度分布图、CH4浓度分布云图、O2浓度分布云图以及NOx分布云图和Soot分布云图等方面进行了分析,结果显示:随着氧气浓度的增加,燃烧效率与燃烧速率明显增加,但是随着氧气浓度的增加,NOx生成区域提前,且生成量大幅增加,碳黑体积分数峰值也呈现指数增长趋势。为了得到符合国家排放标准的氧气浓度范围,进一步模拟了氧气浓度为21%-36%时的天然气燃烧特性,得到了出口处NOx的浓度以及Soot的浓度,满足排放标准的氧气浓度为21%-35%。根据天然气在O2/CO2氛围下的燃烧特性,本文将富氧燃烧技术与CCUS技术相结合,建立了一套全新的O2/CO2气氛下富氧燃烧与烟气回收利用方案,本方案有效地提高了烟气余热回收率和燃气锅炉的燃烧效率,降低了污染物NOx、soot的排放水平。通过烟气循环可提高烟气中CO2浓度,促进燃烧烟气中CO2富集,有助于CO2回收利用,最终实现低CO2排放,对节能减排降低温室效应具有重要意义。在此方案的基础上通过计算,对设备进行了选型。通过经济回归分析,得到了该方案最佳氧气浓度为29%,在氧气浓度为29%时对该方案经济效益进行了核算,得到该设备的成本回收期为5年,验证了该方案的合理性。在得到最优助燃气体氛围为29%O2/71%CO2,将其运用于实际电厂天然气锅炉,重点研究了过量空气系数、预热温度对电厂锅炉的影响因素。结果说明,随着助燃气体预热温度的增加,燃烧效率随之提高,在300K430K提升较快,在430K后提升较慢。但同时NOx生成量也呈现指数增长,其符合国家排放标准的预热温度为420K以内。综合考虑到成本与经济效益,助燃气体预热温度应控制在400K420K之间;随着过量空气系数的增加,燃烧效率随之提高,当过量空气系数在1.051.15之间时,提升较快,大于1.15后,提升较慢。同时NOx生成量也呈现指数增长,其符合国家排放标准的过量空气系数在1.15以内。考虑到成本与经济效益,过量空气系数应控制在1.12到1.15之间。通过本文的模拟与经济性分析,考虑到电厂锅炉的工业适用性以及经济效益,提出电厂天然气锅炉当助燃气体氛围为29%O2/71%CO2时,助燃气体预热温度控制在400K420K,过量空气系数为1.121.15,可以在保证污染物符合国家排放标准的前提下,最大限度地提高燃烧效率。结合本文提出的O2/CO2气氛下富氧燃烧与烟气回收利用方案为实际电厂锅炉余热回收利用及烟气再循环工艺设计及运行提供一定的理论依据。