1、潔凈煤燃燒技術潔凈煤燃燒技術主講：主講：主要內(nèi)容1、粉煤燃燒2、先進粉煤燃燒器3、煤的流化床燃燒 4、劣質(zhì)煤及煤矸石燃燒前 言v我國是世界耗煤第一大國，主要用于火力發(fā)電燃煤鍋爐，由于大部分火電廠未對燃煤排氣中的SO2、NOX采取措施脫除，因此造成對環(huán)境的污染越來越嚴重。v根據(jù)成煤條件，中國煤炭的特點是高硫、高灰分且難洗選煤的比重較大，灰分小于15%的煤約占40%，原煤的平均灰分含量為28%左右。硫分小于1%的低硫煤約占56.4%左右，約8.2%的原煤含硫量高于2%，35.4%的原煤含硫量在12%;且隨著煤礦開采深度的增加，原煤中的含硫量會大幅度增加。v氮氧化物和SO2排放量隨裝機容量的增長呈上

2、升的趨勢。前 言v目前主要有兩類方式對燃煤排放氣體中的SO2、NOX進行處理。v一類是在爐內(nèi)通過燃燒技術的改進，降低SO2、NOX排放量，這種技術主要應用于常規(guī)燃煤發(fā)電廠，稱之為煤清潔發(fā)電技術。目前已有商業(yè)應用。煤的清潔發(fā)電技術主要有：循環(huán)流化床燃燒技術（CFBC）、增壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)技術（PFBCCC）、整體煤氣化蒸汽燃氣聯(lián)合循環(huán)技術（IGCC）。v另一類是在爐后，尾部煙氣中進行脫硫脫硝。采用的主要的技術和方法主要有：1濕法煙氣脫硫技術、2旋轉(zhuǎn)噴霧半干煙氣脫硫技術、3爐內(nèi)噴鈣尾部增濕脫硫技術、4電子束照射法、5磷銨肥法、6活性焦法等，統(tǒng)稱為脫硫（脫硝）技術。什么是潔凈煤燃燒技術 潔凈煤利

3、用技術包括從煤炭開發(fā)到利用的所有技術領域，其基本領域包括煤炭加工、煤炭燃燒、煤炭轉(zhuǎn)化、污染物及CO2排放控制、固體廢棄物處理和利用。 潔凈煤燃燒技術是潔凈煤利用技術中的一個重要內(nèi)容，旨在煤的燃燒過程中提高效率、減少污染物排放，達到煤的高效、清潔利用。煤粉高效燃燒技術與低NOx燃燒技術v互為矛盾的兩種技術v降低NOx生成與排放根本在于控制燃燒區(qū)域的溫度不能太高，但低溫燃燒又影響煤粉的燃燒率，協(xié)調(diào)好這兩項技術的應用使之達到綜合最佳效果是目的，實際上就要求對煤粉燃燒的全過程加以控制。既能夠保證煤粉著火的穩(wěn)定性，又有較低的燃燒溫度，同時有足夠長的并在一定溫度下的燃燒時間保證燃燼。第一節(jié) 粉煤燃燒粉煤粒

4、徑：50-100um燃燒效率：96%-99.5%粉煤燃燒過程：1、粉煤氣流著火2、粉煤氣流燃燒3、粉煤氣流燃盡4、粉煤燃燒結渣粉煤氣流著火v粉煤爐安全經(jīng)濟運行的重要條件；v不同煤種具有不同的著火溫度，見表9-1；v著火熱：粉煤達到著火溫度所需要的熱量，與著火溫度、灰分、水分和一次風量有關；v著火熱越小，著火越容易；v一次風量盡量小，滿足揮發(fā)份燒盡即可；v一次風速率：r1=Vdaf/100v一次風溫度：400左右粉煤氣流燃燒v粉煤燃燒的條件：v足夠高的爐溫；v二次風適時與粉煤混合，過早混合不利于著火；過晚混合影響燃燒進程；v組織好燃燒區(qū)的空氣動力場,促使粉煤與空氣的強烈混合；粉煤氣流燃盡v燃盡率

5、越高，燃燒效率越高；v圖9-1，火焰溫度隨火焰長度越來越小，燃盡率隨火焰長度越來越大，但增加幅度較小；v爐膛上部燃盡緩慢的原因：v1、該區(qū)爐溫度低；2、氧氣濃度低；3、氧氣穿過焦炭外層灰殼的擴散阻力增大。v提高燃盡率措施：v爐膛空間足夠大；火焰長度足夠長；燃盡時間足夠長粉煤燃燒結渣v燃燒區(qū)溫度1400-1500v什么是結渣？v結渣帶來的危害：v結渣的影響因素：v灰渣性質(zhì)、壁面情況、爐膛溫度場、煙氣介質(zhì)性質(zhì)、氣流沖刷壁面的情況等；爆炸粉煤燃燒器v按出口氣流特性分類：旋流式和直流式；v旋流燃燒器：同軸旋流射流和直流加旋流射流組合；v直流燃燒器：直流射流和直流射流組；v旋流燃燒器特點？v直流燃燒器特

6、點？出口氣流旋轉(zhuǎn)，中心出現(xiàn)回流區(qū)，可卷吸爐膛內(nèi)高溫煙氣，有利于穩(wěn)定著火；出口氣流擾動強烈，早期混合強烈，后期混合弱，射程短，火焰粗短。四角布置射流管，切于爐膛中心形成圓形的空氣動力場；直流氣流衰減較慢，后期混合強烈直流粉煤燃燒器v一、SGR型v隔離煙氣再循環(huán)直流燃燒器v特點：一次風噴嘴上下各設再循環(huán)煙氣，二次風噴嘴距離一次風噴嘴較遠；v二、PM型v污染最小化直流燃燒器v特點：利用彎頭的慣性分離作用，把一次風分成上下濃淡兩股氣流（富燃料和貧燃料），同時采用煙氣再循環(huán)和爐內(nèi)整體分級燃燒技術；直流粉煤燃燒器v三、歐洲ABB-CE公司v利用一次風彎頭的慣性分離作用，在彎頭出口中間設置有孔隔板，將煤粉氣

7、流分成上濃下淡兩段氣流，形成上下濃淡煤粉燃燒器，并在噴口處裝有軸向距離可調(diào)整的V型鈍體，通過合理組織二次風，同時達到了穩(wěn)定、高效、低NOx 排放的燃燒效果；工業(yè)應用的旋流粉煤燃燒器vFW公司利用旋風子使進入主燃燒器的一次風濃度增加，并降低一次風速以保證煤粉氣流著火穩(wěn)定性，并控制NOx 的生成量；vB&W公司的PAX型旋流煤粉燃燒器；v日本IHI公司的寬調(diào)解范圍旋流煤粉燃燒器；v德國斯坦米勒公司多級分級供風旋流燃燒器；v上述這些工業(yè)產(chǎn)品均能夠保證NOx 排放在400mg/Nm3以下，并具有較高燃燒效率。目前國外正在開發(fā)的低NOx 燃燒技術可以控制NOx生成量是在200mg/Nm3左右，已

8、達到了比較高的水平。粉煤燃燒器v一、旋流預燃燃燒器和火焰穩(wěn)定船式直流燃燒器；v特點：旋流預熱，直流燃燒；船形體火焰穩(wěn)定器有利于火焰保持穩(wěn)定“三高區(qū)”（高粉煤濃度，高溫和高氧濃度）；v二、濃淡煤粉燃燒器v包括水平濃淡、上下濃淡直流燃燒器、旋流燃燒器和可控濃淡旋流煤粉燃燒器等。濃淡燃燒器強化穩(wěn)燃和低NOx排放的機理？v1、穩(wěn)燃：粉煤濃度增加，著火溫度下降，著火熱減少，著火時間縮短，火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤欤饏^(qū)火焰溫度提高快，當實現(xiàn)最佳粉煤濃度值和最佳濃淡比時，著火穩(wěn)定性大大提高；v2、低排放：高粉煤濃度火焰氣流由于氧氣不足而形成還原性氣氛，NOx生成少；低粉煤濃度氣流因燃料不足、火焰溫度低NOx生成少。

9、第二節(jié) 潔凈煤燃燒技術發(fā)展 常規(guī)煤粉潔凈燃燒技術 煤粉低塵燃燒技術先進的潔凈煤燃燒發(fā)電技術 常規(guī)煤粉潔凈燃燒技術v中國火電廠煤粉鍋爐燃燒主要存在5方面的問題:鍋爐燃燒不穩(wěn)定、爐膛結渣、四管爆破、燃燒效率低和環(huán)境污染。 v這些問題集中反映在燃燒系統(tǒng)上，煤質(zhì)與燃燒器、爐膛、制粉系統(tǒng)匹配不合理、不協(xié)調(diào)等，其中最主要的是煤粉燃燒器，它是燃燒系統(tǒng)的核心。v開展低NOx 煤粉燃燒器的研究，通過燃燒器的分級送風或分級送粉在主燃燒區(qū)域形成氧化還原反應，降低NOx 排放。煤粉低塵燃燒技術 煤粉燃燒火焰與燃油火焰在實用中的最大差別在于煤粉火焰中含有大量的灰渣，這些灰渣會污染被加熱的產(chǎn)品和環(huán)境，堵塞窯爐。煤粉低塵燃

10、燒技術正是為克服這一缺點而發(fā)展出來的新型燃煤技術。這項技術是使煤粉在一個圓柱形的燃燒室中進行高熱強度的半氣化旋風燃燒，煤中的灰渣在旋轉(zhuǎn)流場的作用下被燃燒室的壁面捕集并在高溫下成液態(tài)渣除去，進入爐膛的是潔凈的高溫還原性火焰。在爐膛中再引入二次風進行補充燃燒以提高效率。煤粉低塵燃燒技術優(yōu)點：1、燃燒連續(xù)穩(wěn)定、易于調(diào)節(jié)、燃燒氣氛可控等，克服了煤粉火焰含灰量高的缺點；2、其火焰的潔凈度高于水煤漿火焰，可與重油火焰相媲美；3、不須對煤進行特殊處理，只須將煤磨成煤粉，所要求的煤粉平均粒徑可以比一般煤粉燃燒爐要求的粗。4、煤粉可通過管道進行氣力輸送，整個燃燒給煤系統(tǒng)是封閉式的。現(xiàn)場沒有一般燃煤窯爐附近煤塵飛

11、揚的缺點。先進的潔凈煤燃燒發(fā)電技術 v超臨界煤粉燃燒（SupercriticalPCC）v循環(huán)流化床（CFBC）v增壓流化床（PFBC）v整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）v整體煤氣化燃料電池聯(lián)合循環(huán)（IGFC）超臨界煤粉燃燒（Supercritical PCC）v高效超臨界發(fā)電技術是在技術已經(jīng)很成熟的傳統(tǒng)燃煤超臨界發(fā)電技術基礎上的進一步改善，采用更高的蒸汽初參數(shù)和先進的煙氣脫硫脫硝技術。v超臨界機組的最大優(yōu)勢是能夠大幅度提高循環(huán)熱效率，降低發(fā)電耗煤，排放的污染物較少。v技術的不足：目前耐高溫高壓材料成為制約超臨界煤粉燃燒技術的進一步發(fā)展的瓶頸。循環(huán)流化床（CFBC）v循環(huán)流化床燃煤鍋爐與其他類型

12、鍋爐的最主要區(qū)別是其處于流化狀態(tài)下的燃燒過程。循環(huán)流化床燃煤鍋爐爐內(nèi)工作原理循環(huán)流化床燃燒鍋 爐的優(yōu)缺點v優(yōu)點：蓄熱量極大，燃燒穩(wěn)定，對燃料的適應性好；燃燒效率可與煤粉爐相媲美；流化床鍋爐傳熱強烈；低溫燃燒，污染較輕；鍛爐設備占地面積少；負荷變化范圍大，調(diào)節(jié)特件好。v存在問題：對固體顆粒分離設備的效率、耐高溫和耐磨性能要求更高；鍋爐系統(tǒng)的煙風阻力較大，需要采用高壓鼓風機，存在風機電耗高，噪聲大等問題；燃燒控制系統(tǒng)比較復雜，鍋爐的運行技術與常規(guī)煤粉爐有較大的不同，還未達到與常規(guī)煤粉鍋爐相當?shù)倪\行與控制水平；燃燒中的NOx生成物高于常規(guī)的煤粉燃燒系統(tǒng)。增壓流化床（PFBC）v增壓流化床燃煤聯(lián)合循環(huán)

13、是以增壓的流化床燃燒室(在壓力為1.0-1.6MPa下操作的鼓泡流化床或循環(huán)流化床燃燒室)為主體，以燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)為特征的新型燃煤發(fā)電技術。 增壓流化床燃煤聯(lián)合循環(huán)的特點優(yōu)點：鍋爐結構更加緊湊，對燃料的適應范圍廣，脫硫效率更高，降低污染物的排放，機組占地面積小，適合老機組的增容技術改造；存在問題：受熱面的磨蝕，NOx的排放量較高，高效除塵，粉塵排放的有效控制，燃料的處理與輸送；高溫高壓灰渣的排放與能量回收，容量和參數(shù)的提高受限制，運行的可靠性仍需逐步改進。整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）v目前，在潔凈煤發(fā)電領域中，被普遍認為最具有競爭力、最有發(fā)展前途的燃煤發(fā)電裝置是整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGC

14、C）和增壓流化床聯(lián)合循環(huán)(PFBC)，二者均以燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)的原理和技術為基礎。v整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)是將煤氣化與燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電結合起來的一項新型燃煤發(fā)電技術，既能高效地利用煤炭資源，又有很好的環(huán)保效果，可能會成為未來世界上最潔凈的燃煤發(fā)電技術。v存在問題：煤的有效氣化與煤氣的有效凈化。整體煤氣化燃料電池聯(lián)合循環(huán)（IGFC）v整體煤氣化燃料電池聯(lián)合循環(huán)成本還太高 ，還沒有出現(xiàn)商業(yè)示范項目，并存在與整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)一樣的不足。 第三節(jié) 煤的流化床燃燒技術固體顆粒在自下而上的氣流作用下具有流體性質(zhì)的過程稱為流化。顆粒尺度較大而操作氣速較小時在床下部形成鼓泡流化床，即其連續(xù)相是氣固乳化團

15、，其分散相是以氣為主的氣泡。在氣泡上浮力作用下床內(nèi)顆粒團之間有較強的質(zhì)交換。顆粒尺度較小、操作氣速甚高，加以使用分離器使逸出物料不斷返回時，形成另一流化形態(tài)，稱循環(huán)流化床，其分散相為氣固乳化團，連續(xù)相為含少量顆粒的氣體。 鼓泡流化床燃燒v什么是鼓泡流化狀態(tài)？v布風裝置：風室和氣體分布板；v布風板：花板、風帽、耐火層、隔熱層和密封層；v開孔直徑、開孔率和孔排列方式；v風帽分布板：帶帽頭和無帽頭；停爐壓火時埋在高溫物料下易燒壞；多采用耐熱鑄鐵和耐熱不銹鋼；v帶帽頭風帽分布板：布風均勻，但阻力大，帽底物料不易清除，影響流化；v無帽頭風帽分布板：阻力小，制造簡單，但布風性能差；v風室作用：均流和穩(wěn)壓；

16、鼓泡流化床燃燒v存在問題：v熱效率低；v埋管受熱面和爐墻磨損嚴重；v石灰石脫硫時石灰石鈣利用率低；v大型化難。v逐漸被循環(huán)流化床鍋爐取代循環(huán)流化床燃燒v區(qū)別：v1、氣固分離器，煤顆粒循環(huán)燃燒，燃燒效率高；v2、流化狀態(tài)不同，循環(huán)流化床分為三種流化狀態(tài)：(1)、上下快速，(2)、下部湍動上部快速，(3)、上部鼓泡下部快速。v循環(huán)流化床鍋爐特點v1、燃燒效率高；v2、易大型化；v3、低溫燃燒，分級燃燒；循環(huán)流化床燃燒v相比鼓泡流化床的優(yōu)點：v1、延長了二氧化硫和鈣基脫硫劑的接觸時間，增大了脫硫劑的比表面積，提高了二氧化硫脫除率和鈣的利用率；v2、燃料廣泛，優(yōu)質(zhì)煤種和各種劣質(zhì)燃料，如高灰煤、高硫煤、煤矸石等；燃料占1%-3%，其余為灰渣和脫硫劑；v3、操作簡單，易于調(diào)節(jié)負荷；v4、不布置埋管受熱面，不存在易磨損；v5、物料粒度較大，不需預熱；v6、灰渣含量低。循環(huán)流化床燃燒v存在問題：v1、高顆粒濃度和高氣速對受熱面磨損嚴重，限制了煙速的提高；v2、煙溫偏高造成分離器結渣嚴重；v3、自動控制化難度高；v4、與粉煤爐相比，技術不成熟，容量較小。第四節(jié) 低劣質(zhì)煤和煤矸石燃燒v劣質(zhì)煤：低熱值煤和著火困難的煤；v低熱值煤熱值14.7MJ/kg，包括劣質(zhì)煙煤和劣質(zhì)褐煤；v煤矸石、洗中煤和煤泥也屬于低熱值煤；v著火困難的煤主要是指可燃揮發(fā)分低、灰分高的煤；降低