我组在Energy Conversion and Management上发表掺烧“零碳”氨燃料实现燃煤电站碳减排方向的最新研究成果

本站讯（通讯员：王华坤）2022年2月16日，能源领域top期刊《Energy Conversion and Management》（IF=11.533）在线刊发了题为“Mitigating CO₂ emission in pulverized coal-fired power plant via co-firing ammonia: A simulation study of flue gas streams and exergy efficiency”的研究论文。课题组徐义书老师和硕士研究生王华坤共为第一作者，课题组徐静颖老师为该论文通讯作者。

燃煤电站是CO₂排放的主要来源之一，将无碳燃料氨直接与煤粉共烧是一种前途广阔的CO₂减排方法。本研究以某600MWe燃煤电站机组为研究对象，在燃煤工况和氨煤共燃工况下对锅炉系统进行了仿真模拟，分析了掺氨燃烧对烟气排放、热特性、㶲损失和㶲效率的影响。

结果表明，燃煤电站掺氨燃烧可显著降低其CO₂排放，且随掺氨比升高等比例的降低。在掺氨20%工况下，CO₂减排量达到了96.4 t/h。同时掺氨燃烧也降低了烟气的总排放量，水蒸气的含量和排放量均升高，掺氨20%后烟气中的水蒸气含量由8%提高到12.4~12.8%。

图1 炉膛出口烟气主要成分的摩尔分数：（a）相同绝热火焰温度；（b）相同过量空气系数

掺氨燃烧后烟气的比热容随掺氨比例升高而增大，改变了锅炉系统的温度分布。在相同绝热火焰温度工况下，同一位置的烟气温度仅略有下降，而在相同过量空气系数工况下，烟气温度随掺氨比升高而下降。掺氨20%时，两种工况下炉膛出口烟气温度分别降低3.7℃和 31.5℃。说明掺氨燃烧会改变辐射和对流换热的热量分配。

图2 各烟气物流比热容：（a）相同绝热火焰温度；（b）相同过量空气系数

图3 各烟气物流温度：（a）相同绝热火焰温度；（b）相同过量空气系数

随着掺氨比的增加，输入炉膛的燃料㶲增加，锅炉炉膛的㶲损失有所增加，这表明氨燃烧过程的不可逆损失大于煤。但锅炉系统㶲效率无显著降低，在掺氨比例为20%时，两种工况下锅炉系统㶲效率与燃煤相比仅分别降低0.55%和0.60%，说明燃煤电站掺氨燃烧不会显著降低燃煤电站的热经济性，对燃煤电站掺氨燃烧低碳改造具有一定的指导意义。

图4 炉膛和锅炉系统的㶲效率

该研究受到国家自然科学基金资助项目(51806075，52036003)的支持。

（论文链接：https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.115328）