富氧燃烧技术兼容性设计理念的基础研究与技术挑战

工程（英文） ›› 2015, Vol. 1 ›› Issue (1) : 139-149.

PDF(5215 KB)
PDF(5215 KB)
工程（英文） ›› 2015, Vol. 1 ›› Issue (1) : 139-149. DOI: 10.15302/J-ENG-2015008
研究论文
Research

富氧燃烧技术兼容性设计理念的基础研究与技术挑战

作者信息 +

Fundamental and Technical Challenges for a Compatible Design Scheme of Oxyfuel Combustion Technology

Author information +
History +

Abstract

Oxyfuel combustion with carbon capture and sequestration (CCS) is a carbon-reduction technology for use in large-scale coal-fired power plants. Significant progress has been achieved in the research and development of this technology during its scaling up from 0.4 MWth to 3 MWth and 35 MWth by the combined efforts of universities and industries in China. A prefeasibility study on a 200 MWe large-scale demonstration has progressed well, and is ready for implementation. The overall research development and demonstration (RD&D) roadmap for oxyfuel combustion in China has become a critical component of the global RD&D roadmap for oxyfuel combustion. An air combustion/oxyfuel combustion compatible design philosophy was developed during the RD&D process. In this paper, we briefly address fundamental research and technology innovation efforts regarding several technical challenges, including combustion stability, heat transfer, system operation, mineral impurities, and corrosion. To further reduce the cost of carbon capture, in addition to the large-scale deployment of oxyfuel technology, increasing interest is anticipated in the novel and next-generation oxyfuel combustion technologies that are briefly introduced here, including a new oxygen-production concept and flameless oxyfuel combustion.

Keywords

oxyfuel combustion / research development and demonstration / CO2 capture

引用本文

EndNote

Ris (Procite)

Bibtex

导出引用
. . Engineering. 2015, 1(1): 139-149 https://doi.org/10.15302/J-ENG-2015008

参考文献

原文顺序 | 文献年度倒序 | 文中引用次数倒序
[1]
United Nations Statistics Division, Millennium Development. Goals indicators: carbon dioxide emissions (CO2), thousand metric tonnes of CO2. http://mdgs.un.org/unsd/mdg/SeriesDetail.aspx?srid=749&crid
[2]
Department of Social Development, The Ministry of Science and Technology (MOST) of China. Carbon capture, utilization and storage technology development in China. 2011
[3]
I. Hadjipaschalis, G. Kourtis, A. Poullikkas. Assessment of oxyfuel power generation technologies. Renew. Sust. Energy Rev., 2009, 13: 2637–2644
[4]
M. B. Toftegaard, J. Brix, P. A. Jensen, P. Glarborg, A. D. Jensen. Oxyfuel combustion of solid fuels. Prog. Energy Combust., 2010, 36: 581–625
[5]
F. L. Horn, M. Steinberg. Control of carbon dioxide emissions from a power plant (and use in enhanced oil recovery). Fuel, 1982, 61: 415–422
[6]
C. G. Zheng. Greenhouse Effects and Its Control Strategy. Beijing: China Electric Power Press, 2001 (in Chinese)
[7]
B. J. P. Buhre, L. K. Elliott, C. D. Sheng, R. P. Gupta, T. F. Wall. Oxyfuel combustion technology for coal-fired power generation. Prog. Energy Combust. 2005, 31: 283–307
[8]
S. Santos. Oxy-coal combustion power plant with CCS-current status of development. In: Proceedings of the 39th International Technical Conference on Clean Coal & Fuel Systems. Clearwater, Fl., USA, 2014
[9]
T. Nozaki, S. Takano, T. Kiga, K. Omata, N. Kimura. Analysis of the flame formed during oxidation of pulverized coal by an O2/CO2 mixture. Energy, 1997, 22(2¯3): 199–205
[10]
N. Kimura, K. Omata, T. Kiga, S. Takano, S. Shikisima. The characteristics of pulverized coal combustion in O2/CO2 mixtures for CO2 recovery. Energy Convers. Manage., 1995, 36: 805–808
[11]
L. Chen, S. Z. Yong, A. F. Ghoniem. Oxyfuel combustion of pulverized coal: Characterization, fundamentals, stabilization and CFD modeling. Prog. Energy Combust., 2012, 38: 156–214
[12]
T. Kiga,  Characteristics of pulverized-coal combustion in the system of oxygen/recycled flue gas combustion. Energy Convers. Manage., 1997, 38: S129–S134
[13]
R. H. Essenhigh, M. K. Misra, D. W. Shaw. Ignition of coal particles: A review. Combust. Flame, 1989, 77(1): 3–30
[14]
C. R. Shaddix, A. Molina. Particle imaging of ignition and devolatilization of pulverized coal during oxy-fuel combustion. Proc. Combust. Inst., 2009, 32(2): 2091–2098
[15]
X. Huang, J. Li, Z. Liu, M. Yang, D. Wang, C. Zheng. Ignition and devolatil­ization of pulverized coals in lower oxygen content O2/CO2 atmosphere. In: Cleaner Combustion and Sustainable World, 2013: 99–104
[16]
X. Huang. Oxyfuel combustion characteristics of pulverized coal based on flat-flame assisted entrained flow reactor (Dissertation for the Doctoral Degree). Wuhan: Huazhong University of Science and Technology, 2013 (in Chinese)
[17]
Y. Qiao, L. Zhang, E. Binner, M. Xu, C. Z. Li. An investigation of the causes of the difference in coal particle ignition temperature between combustion in air and in O2/CO2. Fuel, 2010, 89(11): 3381–3387
[18]
J. Liu. A study of numerical optimization design and experiment on oxycoal burner. Dissertation for the Doctoral Degree. Wuhan: Huazhong University of Science and Technology, 2012 (in Chinese)
[19]
J. Liu,  Mathematical modeling of air- and oxy-coal confined swirling flames on two extended eddy-dissipation models. Ind. Eng. Chem. Res., 2012, 51(2): 691–703
[20]
J. Guo,  Numerical investigation on oxy-combustion characteristics of a 200 MWe tangentially fired boiler. Fuel, 2015, 140: 660–668
[21]
T. Kangwanpongpan, F. H. R. França, R. C. Silva, P. S. Schneider, H. J. Krautz. New correlations for the weighted sum of gray gases model in oxy-fuel conditions based on HITEMP 2010 database. Int. J. Heat Mass Transfer, 2012, 55: 7419–7433
[22]
R. Johansson, B. Leckner, K. Andersson, F. Johnsson. Account for variations in the H2O to CO2 molar ratio when modelling gaseous radiative heat transfer with the weighted-sum-of-grey-gases model. Combust. Flame, 2011, 158: 893–901
[23]
C. Yin, L. C. R. Johansen, L. A. Rosendahl, S. K. Kær. New weighted sum of gray gases model applicable to computational fluid dynamics (CFD) mod­eling of oxy-fuel combustion: Derivation, validation, and implementation. Energy Fuels, 2010, 24: 6275–6282
[24]
K. Andersson, R. Johansson, S. Hjärtstam, F. Johnsson, B. Leckner. Radiation intensity of lignite-fired oxyfuel flames. Exp. Therm. Fluid Sci., 2008, 33: 67–76
[25]
J. P. Smart, P. O’ Nions, G. S. Riley. Radiation and convective heat transfer, and burnout in oxy-coal combustion. Fuel, 2010, 89(9): 2468–2476
[26]
S. Black,  Effects of firing coal and biomass under oxy-fuel conditions in a power plant boiler using CFD modelling. Fuel, 2013, 113: 780–786
[27]
T. Yamada, T. Uchida, T. Gotou, T. Kiga, C. Spero. Operation experience of oxyfuel boiler. In: The 3rd Oxy-fuel Combustion Conference. Spain, 2013
[28]
G. Steffen. Tests and results of Vattenfall’s oxyfuel pilot plant. In: The 3rd Oxy-fuel Combustion Conference. Spain, 2013
[29]
M. Habermehl, J. Erfurth, D. Toporov, M. Förster, R. Kneer. Experimental and numerical investigations on a swirl oxycoal flame. Appl. Therm. Eng., 2012, 49: 161–169
[30]
A. H. Al-Abbas, J. Naser, D. Dodds. CFD modelling of air-fired and oxy-fuel combustion in a large-scale furnace at Loy Yang A brown coal power station. Fuel, 2012, 102: 646–665
[31]
W. Terry, S. Rohan, S. Stanley. Demonstrations of coal-fired oxyfuel technology for carbon capture and storage and issues with commercial deployment. Int. J. Greenh. Gas Control, 2011, 5: S5–S15
[32]
F. Kluger, B. Prodhomme, P. Mönckert, A. Levasseur, J. F. Leandri. CO2 capture system-confirmation of oxy-combustion promises through pilot operation. Energy Procedia, 2011, 4: 917–924
[33]
K. McCauley,  Commercialization of oxy-coal combustion: Applying results of a large 30 MWth pilot project. Energy Procedia, 2009, 1: 439–446
[34]
W. Luo, Q. Wang, X. Huang, Z. Liu, C. Zheng. Dynamic simulation and transient analysis of a 3 MWth oxy-fuel combustion system. Int. J. Greenh. Gas Control, 2015, 35: 138–149
[35]
W. Luo, Q. Wang, Z. Liu, C. Zheng. Dynamic simulation of the transition process in a 3 MWth oxy-fuel test facility. Energy Procedia, 2014, 63: 6281–6288
[36]
I. Guedea,  Control system for an oxy-fuel combustion fluidized bed with flue gas recirculation. Energy Procedia, 2011, 4: 972–979
[37]
D. X. Yu, W. J. Morris, R. Erickson, J. O. L. Wendt, A. Fry, C. L. Senior. Ash and deposit formation from oxy-coal combustion in a 100 kW test furnace. Int. J. Greenh. Gas Control, 2011, 5: S159–S167
[38]
C. D. Sheng, J. Lin, Y. Li, C. Wang. Transformation behaviors of excluded pyrite during O2/CO2 combustion of pulverized coal. Asia-Pac. J. Chem. Eng., 2010, 5(2): 304–309
[39]
T. Zhang,  Slagging behavior of selected coals under oxy-combustion, final report for HUST-ALSTOM collaboration project on oxyfuel combustion. 2015
[40]
S. Chen,  An experimental investigation of SO3 determination under oxyfuel combustion, final report for HUST-ALSTOM collaboration project on oxyfuel combustion. 2015
[41]
J. Davison. Performance and costs of power plants with capture and storage of CO2. Energy, 2007, 32(7): 1163–1176
[42]
Q. Yang, Y. S. Lin, M. Bülow. High temperature sorption separation of air for producing oxygen-enriched CO2 stream. AIChE J., 2006, 52(2): 574–581
[43]
Z. H. Yang, Y. S. Lin. High-temperature oxygen sorption in a fixed bed packed with perovskite-type ceramic sorbents. Ind. Eng. Chem. Res., 2003, 42(19): 4376–4381
[44]
Z. Rui, J. Ding, Y. Li, Y. S. Lin. SrCo0.8Fe0.2O3−δ sorbent for high-temperature production of oxygen-enriched carbon dioxide stream. Fuel, 2010, 89(7): 1429–1434
[45]
S. Guntuka, S. Banerjee, S. Farooq, M. P. Srinivasan. A- and B-site substituted lanthanum cobaltite perovskite as high temperature oxygen sorbent. 1. Thermogravimetric analysis of equilibrium and kinetics. Ind. Eng. Chem. Res., 2008, 47(1): 154–162
[46]
Q. Shen, Y. Zheng, C. Luo, C. Zheng. Development and characterization of Ba1−xSrxCo0.8Fe0.2O3−δ perovskite for oxygen production in oxyfuel combustion system. Chem. Eng. J., 2014, 255: 462–470
[47]
J. A. Wünning, J. G. Wünning. Flameless oxidation to reduce thermal NO-formation. Prog. Energy Combust., 1997, 23: 81–94
[48]
A. Cavaliere, M. de Joannon. Mild combustion. Prog. Energy Combust., 2004, 30: 329–366
[49]
P. Sabia, M. de Joannon, M. Lubrano Lavadera, P. Giudicianni, R. Ragucci. Autoignition delay times of propane mixtures under MILD conditions at atmospheric pressure. Combust. Flame, 2014, 161(12): 3022–3030
[50]
P. Li,  Progress and recent trend in MILD combustion. Sci. China Technol. Sci., 2011, 54(2): 255–269
[51]
Y. Minamoto, N. Swaminathan. Scalar gradient behaviour in MILD combustion. Combust. Flame, 2014, 161(4): 1063–1075
[52]
P. Li, B. B. Dally, J. Mi, F. Wang. MILD oxy-combustion of gaseous fuels in a laboratory-scale furnace. Combust. Flame, 2013, 160(5): 933–946
[53]
H. Stadler, D. Toporov, M. Förster, R. Kneer. On the influence of the char gasification reactions on NO formation in flameless coal combustion. Combust. Flame, 2009, 156(9): 1755–1763.
[54]
M. Saha, B. B. Dally, P. R. Medwell, E. M. Cleary. Moderate or intense low oxygen dilution (MILD) combustion characteristics of pulverized coal in a self-recuperative furnace. Energy Fuels, 2014, 28(9): 6046–6057.
[55]
P. Li,  Moderate or intense low-oxygen dilution oxy-combustion characteristics of light oil and pulverized coal in a pilot-scale furnace. Energy Fuels, 2014, 28(2): 1524–1535

Acknowledgements

This project was supported by the National Key Basic Research and Development Program (2011CB707301), the National Key Technology R&D Program (2011BAC05B00), the Specialized Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education (20130142130009), and the Fund of State Key Laboratory of Coal Combustion.
Compliance with ethics guidelines
Chuguang Zheng, Zhaohui Liu, Jun Xiang, Liqi Zhang, Shihong Zhang, Cong Luo, and Yongchun Zhao declare that they have no conflict of interest or financial conflicts to disclose.
基金
本项目感谢国家重点基础研究发展计划项目（2011CB707301）、国家科技支撑项目（2011BAC05B00）、2013年度高等学校博士学科点专项科研基金资助课题（20130142130009）和煤燃烧国家重点实验室资助项目的资助。()
PDF(5215 KB)

Accesses

Citation

Detail
段落导航
相关文章

/

〈 〉