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题名水泥工业氧-燃料燃烧碳捕集技术研究进展
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作者
周月桂
王玉亭
黄冠硕
陈涛
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机构
上海交通大学机械与动力工程学院热能工程研究所
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出处
《洁净煤技术》
北大核心
2025年第4期163-180,共18页
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基金
国家自然科学基金资助项目(52376120,51976120,51761125011,51576128)。
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文摘
水泥工业作为高能耗高排放的主要工业领域之一,其二氧化碳(CO_(2))排放控制已成为学术界和工业界关注的热点。氧-燃料燃烧技术是水泥工业高效低成本二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)的重要技术之一,对减少CO_(2)排放和提升水泥熟料产量具有重要意义。系统综述了水泥工业增氧燃烧、部分氧-燃料燃烧以及全氧-燃料燃烧技术在试验研究、数值模拟、流程优化和工业应用方面的研究进展。增氧燃烧技术通过提高燃烧空气中氧气体积分数来提高燃烧温度、热效率和增加熟料产量,其最佳氧气体积分数一般在27%~30%,该技术已在国内外多个水泥生产线上应用,取得了较好的节省燃料和增产效果。部分氧-燃料燃烧是在分解炉中采用氧-燃料燃烧的碳捕集技术,该技术能够提高CO_(2)体积分数并减少NO_(x)排放,但需要适当提高分解炉温度以维持相同的石灰石分解率,燃料消耗量也会有所增加。全氧-燃料燃烧技术是在分解炉和回转窑中均采用氧-燃料燃烧的碳捕集技术,可获得高CO_(2)体积分数的烟气,是水泥工业碳捕集技术的未来方向。为了实现与空气气氛相同的炉内温度和产品质量,全氧-燃料燃烧的总体氧气体积分数一般在27%~29%,需要进一步优化以确定分解炉和回转窑氧-燃料燃烧器一二三次风氧气体积分数的合理分配。通过对水泥工业氧-燃料燃烧改造方案的技术经济性分析,其CO_(2)捕集成本一般在200~250元/t,低于燃烧后化学吸收碳捕集技术的成本,表明水泥工业氧-燃料燃烧碳捕集技术具有较好的经济性。未来水泥工业氧-燃料燃烧碳捕集技术将进一步向高效率低成本低能耗方向发展,聚焦全氧-燃料燃烧关键技术研究开发、低成本制氧技术以及与可再生能源电转气和可再生合成燃料等技术的深度融合,最终实现水泥工业CCUS和净零CO_(2)排放。
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关键词
水泥工业
二氧化碳捕集利用与封存
氧-燃料燃烧
增氧燃烧
部分氧-燃料燃烧
全氧-燃料燃烧
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Keywords
cement industry
carbon dioxide capture utilization and storage
oxy-fuel combustion
oxygen-enriched combustion
partial oxy-fuel combustion
full oxy-fuel combustion
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分类号
TK17
[动力工程及工程热物理—热能工程]
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题名水泥回转窑富氧煤粉燃烧数值模拟的优化
被引量：2
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作者
黄冠硕
周月桂
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机构
上海交通大学巴黎卓越工程师学院
上海交通大学机械与动力工程学院热能工程研究所
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出处
《煤炭学报》
CSCD
北大核心
2024年第12期4938-4945,共8页
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基金
国家自然科学基金资助项目(51976120)。
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文摘
水泥生产是一种高二氧化碳排放的过程,其中煤粉燃烧产生的碳排放是水泥回转窑碳排放的重要组成部分,富氧燃烧技术在电站锅炉碳捕集利用方面的优势使得其在工业炉窑中的应用受到了广泛关注。前人对水泥回转窑富氧燃烧改造后炉内组分体积分数和燃烧特性进行了研究,但针对水泥回转窑富氧燃烧改造后与原有空气气氛下传热特性的匹配方法并不完善。为了获得在保证水泥生产质量条件下对水泥回转窑进行富氧燃烧改造的最佳策略,采用计算流体动力学(CFD)软件对500 kW水泥回转窑燃烧试验炉富氧煤粉燃烧进行了三维建模,研究了总体氧气体积分数(25%~35%),恒定总体氧气体积分数条件下一、二次风的氧气分配方法和二次风预热温度(650~950℃)对炉内传热特性和火焰长度的影响。模拟结果表明,在富氧燃烧气氛下,不同总体氧气体积分数下的火焰长度相对于空气气氛增加了5%~8%。炉内峰值温度和热通量随着总体氧气体积分数增加显著提高,当总体氧气体积分数分别为29%和35%时,总体热通量和炉内峰值温度与空气气氛相同。保持总体氧气体积分数为29%,改变一、二次风氧气分配方法时,当一次风氧气体积分数从0增加至80%,总体热通量与空气气氛下热通量的差异的变化范围在3%以内。并且当一次风氧气体积分数为60%时,在保证总体热通量与空气气氛下的总体热通量基本一致的同时,可以进一步降低与空气气氛下的沿程热通量差异。在总体氧气体积分数29%,一次风氧气体积分数60%时,当二次风温度从650℃升高至950℃时,总体热通量和火焰长度分别增加16%和4%,二次风温度为720~760℃时可以实现与空气气氛相同的炉内总体热通量匹配。
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关键词
水泥回转窑
富氧燃烧
传热特性
氧气分配方法
数值模拟
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Keywords
cement rotary kiln
oxy-coal combustion
heat transfer characteristics
oxygen distribution method
numerical simulation
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分类号
TK227
[动力工程及工程热物理—动力机械及工程]
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