富氧下煤粉掺烧生物质气的NOx与CO2生成量协同排放研究

在富氧条件下，煤粉掺烧生物质气既能实现低NOx排放，也实现碳捕集从而达到减碳目的。本文以350 MW四角切圆锅炉为研究对象，通过数值模拟研究了富氧下燃煤锅炉掺烧生物质气过程中生物质气掺烧比对NOx与CO2的协同排放控制规律。结果表明：掺烧生物质气不影响燃煤锅炉的燃烧过程；随着掺烧生物质气比例的增大，炉膛出口的NOx与CO2体积分数有负向协同排放的趋势；当生物质掺烧比例为20%时，炉膛出口的NOx体积分数为396 ppm，CO2体积分数为80.9%，生物质能的利用、CO2捕集及NOx污染物排放控制均能达到很好的协调。本文研究成果将对火力发电行业实现低氮燃烧和碳减排提供技术理论支撑。

为实现双碳目标，响应国家节能降碳，优化能源结构，实现煤电机组超低排放，对火力发电行业进行燃煤锅炉低氮燃烧和减碳排放改造将是重要的研究领域之一。

富氧燃烧技术是主要的低氮燃烧技术之一[1]，又称为燃烧中碳捕集技术，是最具潜力的新型碳减排燃烧技术之一[2]。生物质能是一种重要的可再生能源，具有零碳特性，然而，生物质具有热值低、分布不集中、集中收集成本昂贵、供应受季节影响等特点，直燃生物质易造成炉内结焦，同时燃烧过程产生大量的氯元素和碱金属也会对炉膛造成腐蚀，危害锅炉运行，因此将生物质通过处理形成生物质气并与煤粉混燃，可以解决生物质利用存在的上述问题。

国内外针对富氧条件下生物质与煤粉混燃进行了广泛的研究。文献[3] [4] [5]研究表明，生物质与煤在富氧条件下燃烧的最高反应温度比空气氛围的要低，且生物质的加入可以改善煤的燃烧特性；Liu Hao等[6]利用顶烧式燃烧炉对比研究O2/CO2 气氛与O2/N2 气氛下火焰燃烧温度，结果表明在O2/CO2 气氛下O2 浓度维持在30%时煤粉燃烧效率与O2/N2 气氛中基本相同；Chen 等[7]对鼓泡流化床中煤与生物质在富氧下的混燃过程进行了研究， 结果表明， 与煤粉燃烧相比， 在焦燃烧区， 混燃的温度比煤粉的要低10 K， 同时，烟气出口有较低的CO2 浓度；彭龙飞等[8]研究发现：在O2/CO2 气氛下，炉膛温度由于CO2 较大的比热容而下降，随着气氛中氧气浓度的提高，使煤粉燃烧强度增大，炉内温度上升，让煤粉燃烧特性得以改善。在生物质与煤粉混燃的NOx 排放研究方面。Liu 等[9]计算结果表明，相比空气气氛，O2/CO2