AbstractOxy-fuel combustion has gen

Abstract

Oxy-fuel combustion has generated significant interest since it was proposed as a carbon capture technology for newly built and retrofitted coal-fired power plants. Research, development and demonstration of oxy-fuel combustion technologies has been advancing in recent years; however, there are still fundamental issues and technological challenges that must be addressed before this technology can reach its full potential, especially in the areas of combustion in oxygen-carbon dioxide environments and potentially at elevated pressures. This paper presents a technical review of oxy-coal combustion covering the most recent experimental and simulation studies, and numerical models for sub-processes are also used to examine the differences between combustion in an oxidizing stream diluted by nitrogen and carbon dioxide. The evolution of this technology from its original inception for high temperature processes to its current form for carbon capture is introduced, followed by a discussion of various oxy-fuel systems proposed for carbon capture. Of all these oxy-fuel systems, recent research has primarily focused on atmospheric air-like oxy-fuel combustion in a CO2-rich environment. Distinct heat and mass transfer, as well as reaction kinetics, have been reported in this environment because of the difference between the physical and chemical properties of CO2 and N2, which in turn changes the flame characteristics. By tracing the physical and chemical processes that coal particles experience during combustion, the characteristics of oxy-fuel combustion are reviewed in the context of heat and mass transfer, fuel delivery and injection, coal particle heating and moisture evaporation, devolatilization and ignition, char oxidation and gasification, as well as pollutants formation. Operation under elevated pressures has also been proposed for oxy-coal combustion systems in order to improve the overall energy efficiency. The potential impact of elevated pressures on oxy-fuel combustion is discussed when applicable. Narrower flammable regimes and lower laminar burning velocity under oxy-fuel combustion conditions may lead to new stability challenges in operating oxy-coal burners. Recent research on stabilization of oxy-fuel combustion is reviewed, and some guiding principles for retrofit are summarized. Distinct characteristics in oxy-coal combustion necessitate modifications of CFD sub-models because the approximations and assumptions for air-fuel combustion may no longer be valid. Advances in sub-models for turbulent flow, heat transfer and reactions in oxy-coal combustion simulations, and the results obtained using CFD are reviewed. Based on the review, research needs in this combustion technology are suggested.
Keywords

Carbon capture; Oxy-fuel combustion; Coal; Heat transfer; Flame stabilization; CFD

Kết quả (Việt) 1:

Tóm tắtOxy-nhiên liệu cháy đã tạo ra lợi ích đáng kể kể từ khi nó đã được đề xuất như là một công nghệ chụp cacbon cho mới được xây dựng và phiên-than bắn nhà máy điện. Nghiên cứu, phát triển và cuộc biểu tình của công nghệ oxy-nhiên liệu cháy đã tiến những năm gần đây; Tuy nhiên, có những vấn đề cơ bản vẫn còn và những thách thức kỹ thuật phải được giải quyết trước khi công nghệ này có thể đạt được tiềm năng đầy đủ của nó, đặc biệt là trong các lĩnh vực của sự cháy trong oxy-carbon dioxide môi trường và có khả năng ở áp suất cao. Giấy này trình bày một xem xét kỹ thuật của oxy than đốt bao gồm các nghiên cứu gần đây nhất thử nghiệm và mô phỏng, và các mô hình số cho các tiến trình con cũng được sử dụng để kiểm tra sự khác biệt giữa các đốt cháy trong một dòng ôxi hóa pha loãng của nitơ và điôxít cacbon. Sự tiến triển của công nghệ này từ khi ra đời ban đầu cho các quá trình nhiệt độ cao để hình thức hiện tại của nó cho cacbon chụp được giới thiệu, theo sau là một cuộc thảo luận về hệ thống oxy-nhiên liệu khác nhau được đề xuất cho cacbon chụp. Của tất cả các hệ thống oxy-nhiên liệu, nghiên cứu gần đây đã tập trung chủ yếu vào khí quyển giống như không khí oxy-đốt cháy nhiên liệu trong một môi trường giàu CO2. Phân biệt nhiệt và chuyển khối lượng, cũng như các phản ứng động học, đã được báo cáo trong môi trường này do sự khác biệt giữa các tính chất vật lý và hóa học của CO2 và N2, mà lần lượt thay đổi các đặc tính của ngọn lửa. Bởi truy tìm các quá trình vật lý và hóa học than hạt kinh nghiệm trong quá trình đốt cháy, các đặc tính của đốt cháy nhiên liệu oxy được xem xét trong bối cảnh của nhiệt và chuyển khối lượng, phân phối nhiên liệu và tiêm, than hạt hệ thống sưởi và bốc hơi ẩm, devolatilization và đánh lửa, char quá trình oxy hóa và gasification, cũng như sự hình thành các chất ô nhiễm. Hoạt động dưới áp lực cao cũng đã được đề xuất cho các hệ thống oxy than đốt để nâng cao hiệu quả năng lượng tổng thể. Tác động tiềm năng của các áp lực cao trên đốt cháy nhiên liệu oxy được thảo luận khi áp dụng. Chế độ dễ cháy hẹp và thấp hơn tốc độ cháy tầng ép điều kiện đốt cháy nhiên liệu oxy có thể dẫn đến những thách thức mới của sự ổn định trong hoạt động đầu đốt than oxy. Các nghiên cứu gần đây về ổn định của đốt cháy nhiên liệu oxy được xem xét, và một số nguyên tắc hướng dẫn cho những retrofit được tóm tắt. Các đặc điểm khác biệt trong oxy than đốt đòi hỏi phải sửa đổi của mô hình phụ CFD vì xấp xỉ và giả định cho khí-nhiên liệu đốt cháy có thể không còn hợp lệ. Tiến bộ trong các mô hình phụ cho dòng chảy turbulent, nhiệt chuyển và phản ứng trong mô phỏng đốt cháy oxy than đá, và kết quả thu được bằng cách sử dụng CFD được xem xét. Dựa trên việc xem xét, nghiên cứu nhu cầu trong công nghệ đốt cháy này được đề nghị.Từ khóa Cacbon chụp; Đốt cháy nhiên liệu oxy; Than đá; Truyền nhiệt; Ngọn lửa ổn định; CFD

Kết quả (Việt) 2:

Tóm tắt

quá trình đốt cháy Oxy-nhiên liệu đã tạo ra sự quan tâm đáng kể từ khi nó được đề xuất như là một công nghệ chụp carbon cho các nhà máy điện đốt than mới được xây dựng và trang bị thêm. Nghiên cứu, phát triển và trình diễn các công nghệ đốt oxy-nhiên liệu đã được tiến trong những năm gần đây; Tuy nhiên, vẫn còn có những vấn đề cơ bản và những thách thức về công nghệ phải được giải quyết trước khi công nghệ này có thể đạt được đầy đủ tiềm năng của nó, đặc biệt là trong các lĩnh vực cơ đốt trong môi trường oxy-carbon dioxide và có khả năng ở áp suất cao. Bài viết này trình bày một đánh giá kỹ thuật của quá trình đốt cháy oxy-than bao gồm các nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng gần đây nhất, và các mô hình số cho quá trình phụ cũng được sử dụng để kiểm tra sự khác biệt giữa các đốt trong dòng oxi hóa pha loãng bằng nitơ và carbon dioxide. Sự phát triển của công nghệ này từ khi thành lập ban đầu của nó đối với quá trình nhiệt độ cao để hình thức hiện tại của nó để chụp carbon được giới thiệu, tiếp theo là một cuộc thảo luận về hệ thống oxy-nhiên liệu khác nhau được đề xuất để thu hồi khí cácbon. Trong tất cả các hệ thống oxy-nhiên liệu, nghiên cứu gần đây đã tập trung chủ yếu vào khí quyển đốt oxy-nhiên liệu không khí giống như trong một môi trường CO2 giàu. Nhiệt riêng biệt và chuyển giao khối lượng, cũng như học phản ứng, đã được báo cáo trong môi trường này vì sự khác biệt giữa các tính chất vật lý và hóa học của CO2 và N2, trong đó lần lượt thay đổi các đặc điểm ngọn lửa. Bằng cách truy tìm các quá trình vật lý và hóa học hạt than kinh nghiệm trong quá trình cháy, đặc điểm của quá trình đốt cháy oxy-nhiên liệu được xem xét trong bối cảnh nhiệt và chuyển khối lượng, giao hàng nhiên liệu và bơm, sưởi ấm hạt than và bốc hơi ẩm, devolatilization và đánh lửa, char oxy hóa và khí hóa, cũng như hình thành các chất ô nhiễm. Hoạt động dưới áp lực cao cũng đã được đề xuất cho các hệ thống đốt cháy oxy-than để nâng cao hiệu quả năng lượng tổng thể. Các tác động tiềm năng của áp lực cao về cháy oxy-nhiên liệu được thảo luận khi áp dụng. Chế độ dễ cháy hẹp và laminar vận tốc cháy thấp hơn trong điều kiện đốt oxy-nhiên liệu có thể dẫn đến những thách thức ổn định mới trong hoạt động oxy-than đun. Nghiên cứu gần đây về sự ổn định của quá trình đốt cháy oxy-nhiên liệu được xem xét, và một số nguyên tắc hướng dẫn cho trang bị thêm được tóm tắt. Đặc biệt trong quá trình đốt cháy oxy-than đòi sửa đổi của CFD phụ mẫu vì xấp xỉ và giả định cho quá trình đốt cháy không khí-nhiên liệu có thể không còn hợp lệ. Những tiến bộ trong tiểu mô hình dòng chảy hỗn loạn, truyền nhiệt và các phản ứng trong mô phỏng buồng đốt oxy-than, và kết quả thu được sử dụng CFD được xem xét. Dựa trên việc xem xét, nghiên cứu nhu cầu trong công nghệ đốt này được đề nghị.
Từ khoá

chụp Carbon; Đốt Oxy-nhiên liệu; than; Truyền nhiệt; Ổn định ngọn lửa; CFD