Войти
Работа электростанции Oxyfuel CCS Кислородное сжигание - это процесс сжигания топлива с использованием чистого кислорода или смеси кислорода и рециркулируемого дымового газа вместо воздуха. Поскольку азотная составляющая воздуха не нагревается, расход топлива снижается, и возможны более высокие температуры пламени. Исторически сложилось так, что кислородно-топливное сжигание в основном использовалось при сварке и резке металлов, особенно стали, поскольку кислородное топливо позволяет достичь более высоких температур пламени, чем может быть достигнуто с помощью воздушно-топливного пламени. В последние десятилетия он также привлек много внимания как потенциальная технология улавливания и хранения углерода.
В настоящее время проводятся исследования по сжиганию электростанций, работающих на ископаемом топливе, с использованием газовой смеси, обогащенной кислородом, вместо воздуха. Почти весь азот удаляется из входящего воздуха, в результате чего получается поток, содержащий примерно 95% кислорода. Сжигание с чистым кислородом приведет к слишком высокой температуре пламени, поэтому смесь разбавляется путем смешивания с рециркулирующим дымовым газом или ступенчатого сжигания. Рециркулируемый дымовой газ также может использоваться для подачи топлива в котел и обеспечения адекватной конвективной теплопередачи ко всем областям котла. При кислородном сжигании образуется примерно на 75% меньше дымовых газов, чем при сжигании на воздухе, а выхлопные газы состоят в основном из CO 2 и H 2 O (см. Рисунок).
Обоснованием использования кислородного топлива является получение дымового газа с высоким содержанием CO 2, готового к улавливанию. Кислородное сжигание имеет значительные преимущества перед традиционными установками, работающими на воздухе. Среди них:
С экономической точки зрения этот метод стоит дороже, чем традиционная установка с воздушным обогревом. Основная проблема заключалась в отделении кислорода от воздуха. Этот процесс требует много энергии, на этот процесс может потребляться около 15% продукции угольной электростанции. Однако для снижения этой стоимости можно использовать новую технологию, которая еще не является практичной, называемая химическим циклическим сжиганием. При химическом циклическом сжигании кислород, необходимый для сжигания угля, вырабатывается внутри реакциями окисления и восстановления, в отличие от использования более дорогих методов получения кислорода путем отделения его от воздуха.
В настоящее время из-за отсутствия необходимости в сокращении выбросов CO 2 кислородное топливо неконкурентоспособно. Однако кислородное топливо является жизнеспособной альтернативой удалению CO 2 из дымового газа на традиционной воздушной установке, работающей на ископаемом топливе. Однако кислородный концентратор может помочь, поскольку он просто удаляет азот.
В других отраслях, помимо производства электроэнергии, кислородное сжигание может быть конкурентоспособным из-за более высокой доступности явного тепла. Кислородное сжигание является обычным явлением в различных сферах производства металлов.
Стекольная промышленность переходит на кислородное топливо с начала 1990-х годов, потому что для стекловаренных печей требуется температура около 1500 градусов C, что недостижимо при адиабатических температурах пламени для сжигания воздух-топливо, если только тепло не регенерируется между дымовым потоком и входящим потоком. воздушный поток. Исторически регенераторы стекловаренной печи представляли собой большие и дорогие высокотемпературные кирпичные воздуховоды, заполненные кирпичом, расположенные в шахматном порядке для улавливания тепла при выходе дымовых газов из печи. Когда дымоход полностью нагревается, воздушный поток меняется на противоположный, и дымовой канал становится воздухозаборником, выделяя свое тепло поступающему воздуху и позволяя достичь более высоких температур печи, чем можно достичь с использованием только воздушного топлива. Два комплекта регенеративных дымоходов позволяли реверсировать воздушный поток через равные промежутки времени и, таким образом, поддерживать высокую температуру входящего воздуха. Позволяя строить новые печи без затрат на регенераторы, и особенно с дополнительным преимуществом снижения оксида азота, которое позволяет стекольным заводам соблюдать ограничения по выбросам, кислородное топливо является экономически эффективным без необходимости снижения выбросов CO 2. Кислородное сжигание также снижает выброс CO 2 на стекольном заводе, хотя это может быть компенсировано образованием CO 2 из-за выработки электроэнергии, необходимой для производства кислорода для процесса горения.
Кислородное сжигание также может быть рентабельным при сжигании опасных отходов топлива с низким значением БТЕ. Его часто сочетают со ступенчатым сжиганием для восстановления оксида азота, поскольку чистый кислород может стабилизировать характеристики горения пламени.
Существуют пилотные установки, которые проходят первоначальное испытание концепции для оценки технологий для масштабирования до коммерческих предприятий, в том числе
Одним из примеров использования кислородно-топливного сжигания является попытка создания завода «Белая роза» в Северном Йоркшире, Соединенное Королевство. Запланированный проект представлял собой кислородно-топливную электростанцию с разделением воздуха для улавливания двух миллионов тонн углекислого газа в год. Затем углекислый газ будет доставлен по трубопроводу, который будет изолирован в соленом водоносном горизонте под Северным морем. Однако в конце 2015 - начале 2016 года после прекращения финансирования со стороны Drax Group и правительства Великобритании строительство было остановлено. Непредвиденная потеря федеральной программы коммерциализации CCS, наряду с сокращением субсидий на возобновляемые источники энергии, оставила завод «Белая роза» без достаточных средств для продолжения разработки.
Одним из основных экологических последствий сжигания ископаемого топлива является выброс CO 2, который способствует изменению климата. Поскольку при сжигании кислородного топлива образуется дымовой газ, который уже имеет высокую концентрацию CO. 2, это упрощает очистку и хранение CO 2, а не выброс его в атмосферу.
Многие ископаемые виды топлива, такие как уголь и горючие сланцы, образуют золу в результате сгорания. Эту золу также необходимо утилизировать, поскольку она может нанести вред окружающей среде. Пока исследования показывают, что в целом сжигание кислородного топлива не оказывает значительного влияния на состав образующейся золы. Измерения показали одинаковые концентрации минералов и тяжелых металлов независимо от того, использовалась ли среда - воздух или кислородное топливо. Однако одним заметным исключением является то, что кислородная зола часто имеет более низкую концентрацию свободной извести. Свободная известь образуется, когда карбонатные минералы в таких топливах, как уголь и горючие сланцы, разлагаются при высоких температурах, возникающих во время горения. Свободная известь является реактивной и потенциально может повлиять на окружающую среду, например, за счет повышения щелочности золы. Поскольку сжигание кислородного топлива происходит в атмосфере, обогащенной CO 2, разложение уменьшается, и зола обычно содержит меньше свободной извести.
