1、潔凈煤燃燒技術(shù)潔凈煤燃燒技術(shù)主講：主講：主要內(nèi)容1、粉煤燃燒2、先進(jìn)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(duì)燃煤排氣中的SO2、NOX采取措施脫除，因此造成對(duì)環(huán)境的污染越來越嚴(yán)重。v根據(jù)成煤條件，中國煤炭的特點(diǎn)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(huì)大幅度增加。v氮氧化物和SO2排放量隨裝機(jī)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(duì)燃煤排放氣體中的SO2、NOX進(jìn)行處理。v一類是在爐內(nèi)通過燃燒技術(shù)的改進(jìn)，降低SO2、NOX排放量，這種技術(shù)主要應(yīng)用于常規(guī)燃煤發(fā)電廠，稱之為煤清潔發(fā)電技術(shù)。目前已有商業(yè)應(yīng)用。煤的清潔發(fā)電技術(shù)主要有：循環(huán)流化床燃燒技術(shù)（CFBC）、增壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)技術(shù)（PFBCCC）、整體煤氣化蒸汽燃?xì)饴?lián)合循環(huán)技術(shù)（IGCC）。v另一類是在爐后，尾部煙氣中進(jìn)行脫硫脫硝。采用的主要的技術(shù)和方法主要有：1濕法煙氣脫硫技術(shù)、2旋轉(zhuǎn)噴霧半干煙氣脫硫技術(shù)、3爐內(nèi)噴鈣尾部增濕脫硫技術(shù)、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(shù)。什么是潔凈煤燃燒技術(shù) 潔凈煤利

3、用技術(shù)包括從煤炭開發(fā)到利用的所有技術(shù)領(lǐng)域，其基本領(lǐng)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(shù)是潔凈煤利用技術(shù)中的一個(gè)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(dá)到煤的高效、清潔利用。煤粉高效燃燒技術(shù)與低NOx燃燒技術(shù)v互為矛盾的兩種技術(shù)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(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用使之達(dá)到綜合最佳效果是目的，實(shí)際上就要求對(duì)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(shí)有足夠長的并在一定溫度下的燃燒時(shí)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(jié)渣粉煤氣流著火v粉煤爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(dá)到著火溫度所需要的熱量，與著火溫度、灰分、水分和一次風(fēng)量有關(guān)；v著火熱越小，著火越容易；v一次風(fēng)量盡量小，滿足揮發(fā)份燒盡即可；v一次風(fēng)速率：r1=Vdaf/100v一次風(fēng)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(fēng)適時(shí)與粉煤混合，過早混合不利于著火；過晚混合影響燃燒進(jìn)程；v組織好燃燒區(qū)的空氣動(dòng)力場,促使粉煤與空氣的強(qiáng)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??；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(kuò)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(shí)間足夠長粉煤燃燒結(jié)渣v燃燒區(qū)溫度1400-1500v什么是結(jié)渣？v結(jié)渣帶來的危害：v結(jié)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(diǎn)？v直流燃燒器特

6、點(diǎn)？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?zé)煔?，有利于穩(wěn)定著火；出口氣流擾動(dòng)強(qiáng)烈，早期混合強(qiáng)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(dòng)力場；直流氣流衰減較慢，后期混合強(qiáng)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(diǎn)：一次風(fēng)噴嘴上下各設(shè)再循環(huán)煙氣，二次風(fēng)噴嘴距離一次風(fēng)噴嘴較遠(yuǎn)；v二、PM型v污染最小化直流燃燒器v特點(diǎn)：利用彎頭的慣性分離作用，把一次風(fēng)分成上下濃淡兩股氣流（富燃料和貧燃料），同時(shí)采用煙氣再循環(huán)和爐內(nèi)整體分級(jí)燃燒技術(shù)；直流粉煤燃燒器v三、歐洲ABB-CE公司v利用一次風(fēng)彎頭的慣性分離作用，在彎頭出口中間設(shè)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(fēng)，同時(shí)達(dá)到了穩(wěn)定、高效、低NOx 排放的燃燒效果；工業(yè)應(yīng)用的旋流粉煤燃燒器vFW公司利用旋風(fēng)子使進(jìn)入主燃燒器的一次風(fēng)濃度增加，并降低一次風(fēng)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(jí)分級(jí)供風(fēng)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(shù)可以控制NOx生成量是在200mg/Nm3左右，已

8、達(dá)到了比較高的水平。粉煤燃燒器v一、旋流預(yù)燃燃燒器和火焰穩(wěn)定船式直流燃燒器；v特點(diǎn)：旋流預(yù)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(qiáng)化穩(wěn)燃和低NOx排放的機(jī)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(shí)間縮短，火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?，著火區(qū)火焰溫度提高快，當(dāng)實(shí)現(xiàn)最佳粉煤濃度值和最佳濃淡比時(shí)，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(shù)發(fā)展 常規(guī)煤粉潔凈燃燒技術(shù) 煤粉低塵燃燒技術(shù)先進(jìn)的潔凈煤燃燒發(fā)電技術(shù) 常規(guī)煤粉潔凈燃燒技術(shù)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(jié)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(jí)送風(fēng)或分級(jí)送粉在主燃燒區(qū)域形成氧化還原反應(yīng)，降低NOx 排放。煤粉低塵燃燒技術(shù) 煤粉燃燒火焰與燃油火焰在實(shí)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(huì)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(shù)正是為克服這一缺點(diǎn)而發(fā)展出來的新型燃煤技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)是使煤粉在一個(gè)圓柱形的燃燒室中進(jìn)行高熱強(qiáng)度的半氣化旋風(fēng)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(jìn)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(fēng)進(jìn)行補(bǔ)充燃燒以提高效率。煤粉低塵燃燒技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：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(diǎn)；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(duì)煤進(jìn)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(jìn)行氣力輸送，整個(gè)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(yáng)的缺點(diǎn)。先進(jìn)的潔凈煤燃燒發(fā)電技術(shù) 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(shù)是在技術(shù)已經(jīng)很成熟的傳統(tǒng)燃煤超臨界發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)上的進(jìn)一步改善，采用更高的蒸汽初參數(shù)和先進(jìn)的煙氣脫硫脫硝技術(shù)。v超臨界機(jī)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(shù)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(shù)的進(jìn)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(diǎn)v優(yōu)點(diǎn)：蓄熱量極大，燃燒穩(wěn)定，對(duì)燃料的適應(yīng)性好；燃燒效率可與煤粉爐相媲美；流化床鍋爐傳熱強(qiáng)烈；低溫燃燒，污染較輕；鍛爐設(shè)備占地面積少；負(fù)荷變化范圍大，調(diào)節(jié)特件好。v存在問題：對(duì)固體顆粒分離設(shè)備的效率、耐高溫和耐磨性能要求更高；鍋爐系統(tǒng)的煙風(fēng)阻力較大，需要采用高壓鼓風(fēng)機(jī)，存在風(fēng)機(jī)電耗高，噪聲大等問題；燃燒控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，鍋爐的運(yùn)行技術(shù)與常規(guī)煤粉爐有較大的不同，還未達(dá)到與常規(guī)煤粉鍋爐相當(dāng)?shù)倪\(yùn)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?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)為特征的新型燃煤發(fā)電技術(shù)。 增壓流化床燃煤聯(lián)合循環(huán)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：鍋爐結(jié)構(gòu)更加緊湊，對(duì)燃料的適應(yīng)范圍廣，脫硫效率更高，降低污染物的排放，機(jī)組占地面積小，適合老機(jī)組的增容技術(shù)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(yùn)行的可靠性仍需逐步改進(jìn)。整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）v目前，在潔凈煤發(fā)電領(lǐng)域中，被普遍認(rèn)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?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)的原理和技術(shù)為基礎(chǔ)。v整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)是將煤氣化與燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電結(jié)合起來的一項(xiàng)新型燃煤發(fā)電技術(shù)，既能高效地利用煤炭資源，又有很好的環(huán)保效果，可能會(huì)成為未來世界上最潔凈的燃煤發(fā)電技術(shù)。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(xiàng)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(shù)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(shí)在床下部形成鼓泡流化床，即其連續(xù)相是氣固乳化團(tuán)

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(tuán)之間有較強(qiáng)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(shí)，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(tuán)，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(fēng)裝置：風(fēng)室和氣體分布板；v布風(fēng)板：花板、風(fēng)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(fēng)帽分布板：帶帽頭和無帽頭；停爐壓火時(shí)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(fēng)帽分布板：布風(fēng)均勻，但阻力大，帽底物料不易清除，影響流化；v無帽頭風(fēng)帽分布板：阻力小，制造簡單，但布風(fēng)性能差；v風(fēng)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(yán)重；v石灰石脫硫時(shí)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(dòng)上部快速，(3)、上部鼓泡下部快速。v循環(huán)流化床鍋爐特點(diǎn)v1、燃燒效率高；v2、易大型化；v3、低溫燃燒，分級(jí)燃燒；循環(huán)流化床燃燒v相比鼓泡流化床的優(yōu)點(diǎn)：v1、延長了二氧化硫和鈣基脫硫劑的接觸時(shí)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(fù)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(yù)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(duì)受熱面磨損嚴(yán)重，限制了煙速的提高；v2、煙溫偏高造成分離器結(jié)渣嚴(yán)重；v3、自動(dòng)控制化難度高；v4、與粉煤爐相比，技術(shù)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