洁净煤燃烧技术

1、洁净煤燃烧技术洁净煤燃烧技术 主讲：主讲： 主要内容 1、粉煤燃烧 2、先进粉煤燃烧器 3、煤的流化床燃烧 4、劣质煤及煤矸石燃烧 前 言 v我国是世界耗煤第一大国，主要用于火力发电燃煤 锅炉，由于大部分火电厂未对燃煤排气中的SO2、 NOX采取措施脱除，因此造成对环境的污染越来越 严重。 v根据成煤条件，中国煤炭的特点是高硫、高灰分且 难洗选煤的比重较大，灰分小于15%的煤约占40%， 原煤的平均灰分含量为28%左右。硫分小于1%的低 硫煤约占56.4%左右，约8.2%的原煤含硫量高于2%， 35.4%的原煤含硫量在12%;且随着煤矿开采深度的 增加，原煤中的含硫量会大幅度增加。 v氮氧化物

2、和SO2排放量随装机容量的增长呈上升的 趋势。 前 言 v目前主要有两类方式对燃煤排放气体中的SO2、NOX进 行处理。 v一类是在炉内通过燃烧技术的改进，降低SO2、NOX排 放量，这种技术主要应用于常规燃煤发电厂，称之为煤 清洁发电技术。目前已有商业应用。煤的清洁发电技术 主要有：循环流化床燃烧技术（CFBC）、增压流化床 燃烧联合循环技术（PFBCCC）、整体煤气化蒸汽 燃气联合循环技术（IGCC）。 v另一类是在炉后，尾部烟气中进行脱硫脱硝。采用的主 要的技术和方法主要有：1湿法烟气脱硫技术、2旋 转喷雾半干烟气脱硫技术、3炉内喷钙尾部增湿脱硫 技术、4电子束照射法、5磷铵肥法、6活性

3、焦法 等，统称为脱硫（脱硝）技术。 什么是洁净煤燃烧技术 洁净煤利用技术包括从煤炭开发到利 用的所有技术领域，其基本领域包括煤炭 加工、煤炭燃烧、煤炭转化、污染物及CO2 排放控制、固体废弃物处理和利用。 洁净煤燃烧技术是洁净煤利用技术中 的一个重要内容，旨在煤的燃烧过程中提 高效率、减少污染物排放，达到煤的高效、 清洁利用。 煤粉高效燃烧技术与低NOx燃烧技术 v互为矛盾的两种技术 v降低NOx生成与排放根本在于控制燃烧区域 的温度不能太高，但低温燃烧又影响煤粉的 燃烧率，协调好这两项技术的应用使之达到 综合最佳效果是目的，实际上就要求对煤粉 燃烧的全过程加以控制。既能够保证煤粉着 火的稳定

4、性，又有较低的燃烧温度，同时有 足够长的并在一定温度下的燃烧时间保证燃 烬。 第一节 粉煤燃烧 粉煤粒径：50-100um 燃烧效率：96%-99.5% 粉煤燃烧过程： 1、粉煤气流着火 2、粉煤气流燃烧 3、粉煤气流燃尽 4、粉煤燃烧结渣 粉煤气流着火 v粉煤炉安全经济运行的重要条件； v不同煤种具有不同的着火温度，见表9-1； v着火热：粉煤达到着火温度所需要的热量， 与着火温度、灰分、水分和一次风量有关； v着火热越小，着火越容易； v一次风量尽量小，满足挥发份烧尽即可； v一次风速率：r1=Vdaf/100 v一次风温度：400左右 粉煤气流燃烧 v粉煤燃烧的条件： v足够高的炉温；

5、v二次风适时与粉煤混合，过早混合不利于着 火；过晚混合影响燃烧进程； v组织好燃烧区的空气动力场,促使粉煤与空气 的强烈混合； 粉煤气流燃尽 v燃尽率越高，燃烧效率越高； v图9-1，火焰温度随火焰长度越来越小，燃尽率随火 焰长度越来越大，但增加幅度较小； v炉膛上部燃尽缓慢的原因： v1、该区炉温度低；2、氧气浓度低；3、氧气穿过焦 炭外层灰壳的扩散阻力增大。 v提高燃尽率措施： v炉膛空间足够大；火焰长度足够长；燃尽时间足够 长 粉煤燃烧结渣 v燃烧区温度1400-1500 v什么是结渣？ v结渣带来的危害： v结渣的影响因素： v灰渣性质、壁面情况、炉膛温度场、烟气介 质性质、气流冲刷壁

6、面的情况等； 爆炸 粉煤燃烧器 v按出口气流特性分类：旋流式和直流式； v旋流燃烧器：同轴旋流射流和直流加旋流射 流组合； v直流燃烧器：直流射流和直流射流组； v旋流燃烧器特点？ v直流燃烧器特点？ 出口气流旋转，中心出现回流区，可卷吸炉膛内 高温烟气，有利于稳定着火；出口气流扰动强烈， 早期混合强烈，后期混合弱，射程短，火焰粗短。 四角布置射流管，切于炉膛中心形成圆形的空气 动力场；直流气流衰减较慢，后期混合强烈 直流粉煤燃烧器 v一、SGR型 v隔离烟气再循环直流燃烧器 v特点：一次风喷嘴上下各设再循环烟气，二次风喷 嘴距离一次风喷嘴较远； v二、PM型 v污染最小化直流燃烧器 v特点：

7、利用弯头的惯性分离作用，把一次风分成上 下浓淡两股气流（富燃料和贫燃料），同时采用烟 气再循环和炉内整体分级燃烧技术； 直流粉煤燃烧器 v三、欧洲ABB-CE公司 v利用一次风弯头的惯性分离作用，在弯头出 口中间设置有孔隔板，将煤粉气流分成上浓 下淡两段气流，形成上下浓淡煤粉燃烧器， 并在喷口处装有轴向距离可调整的V型钝体， 通过合理组织二次风，同时达到了稳定、高 效、低NOx 排放的燃烧效果； 工业应用的旋流粉煤燃烧器 vFW公司利用旋风子使进入主燃烧器的一次风浓度 增加，并降低一次风速以保证煤粉气流着火稳定性， 并控制NOx 的生成量； vB&W公司的PAX型旋流煤粉燃烧器； v日本IHI

8、公司的宽调解范围旋流煤粉燃烧器； v德国斯坦米勒公司多级分级供风旋流燃烧器； v上述这些工业产品均能够保证NOx 排放在 400mg/Nm3以下，并具有较高燃烧效率。目前国外 正在开发的低NOx 燃烧技术可以控制NOx生成量是 在200mg/Nm3左右，已达到了比较高的水平。 粉煤燃烧器 v一、旋流预燃燃烧器和火焰稳定船式直流燃 烧器； v特点：旋流预热，直流燃烧；船形体火焰稳 定器有利于火焰保持稳定“三高区”（高粉 煤浓度，高温和高氧浓度）； v二、浓淡煤粉燃烧器 v包括水平浓淡、上下浓淡直流燃烧器、旋流 燃烧器和可控浓淡旋流煤粉燃烧器等。 浓淡燃烧器强化稳燃和低NOx排放的 机理？ v1、

9、稳燃：粉煤浓度增加，着火温度下降，着 火热减少，着火时间缩短，火焰传播速度快， 着火区火焰温度提高快，当实现最佳粉煤浓 度值和最佳浓淡比时，着火稳定性大大提高； v2、低排放：高粉煤浓度火焰气流由于氧气不 足而形成还原性气氛，NOx生成少；低粉煤浓 度气流因燃料不足、火焰温度低NOx生成少。 第二节 洁净煤燃烧技术发展 常规煤粉洁净燃烧技术 煤粉低尘燃烧技术 先进的洁净煤燃烧发电技术 常规煤粉洁净燃烧技术 v中国火电厂煤粉锅炉燃烧主要存在5方面的问题:锅 炉燃烧不稳定、炉膛结渣、四管爆破、燃烧效率低 和环境污染。 v这些问题集中反映在燃烧系统上，煤质与燃烧器、 炉膛、制粉系统匹配不合理、不协调

10、等，其中最主 要的是煤粉燃烧器，它是燃烧系统的核心。 v开展低NOx 煤粉燃烧器的研究，通过燃烧器的分级 送风或分级送粉在主燃烧区域形成氧化还原反应， 降低NOx 排放。 煤粉低尘燃烧技术 煤粉燃烧火焰与燃油火焰在实用中的最大差别在于煤 粉火焰中含有大量的灰渣，这些灰渣会污染被加热 的产品和环境，堵塞窑炉。 煤粉低尘燃烧技术正是为克服这一缺点而发展出来的 新型燃煤技术。 这项技术是使煤粉在一个圆柱形的燃烧室中进行高热 强度的半气化旋风燃烧，煤中的灰渣在旋转流场的 作用下被燃烧室的壁面捕集并在高温下成液态渣除 去，进入炉膛的是洁净的高温还原性火焰。在炉膛 中再引入二次风进行补充燃烧以提高效率。

11、煤粉低尘燃烧技术 优点： 1、燃烧连续稳定、易于调节、燃烧气氛可控等，克服 了煤粉火焰含灰量高的缺点； 2、其火焰的洁净度高于水煤浆火焰，可与重油火焰相 媲美； 3、不须对煤进行特殊处理，只须将煤磨成煤粉，所要 求的煤粉平均粒径可以比一般煤粉燃烧炉要求的粗。 4、煤粉可通过管道进行气力输送，整个燃烧给煤系统 是封闭式的。现场没有一般燃煤窑炉附近煤尘飞扬 的缺点。 先进的洁净煤燃烧发电技术 v超临界煤粉燃烧（SupercriticalPCC） v循环流化床（CFBC） v增压流化床（PFBC） v整体煤气化联合循环（IGCC） v整体煤气化燃料电池联合循环（IGFC） 超临界煤粉燃烧（Super

12、critical PCC） v高效超临界发电技术是在技术已经很成熟的传统燃 煤超临界发电技术基础上的进一步改善，采用更高 的蒸汽初参数和先进的烟气脱硫脱硝技术。 v超临界机组的最大优势是能够大幅度提高循环热效 率，降低发电耗煤，排放的污染物较少。 v技术的不足：目前耐高温高压材料成为制约超临界 煤粉燃烧技术的进一步发展的瓶颈。 循环流化床（CFBC） v循环流化床燃煤锅炉与其他类型锅炉的最主要区别 是其处于流化状态下的燃烧过程。 循环流化床燃煤锅炉炉内工作原理 循环流化床燃烧锅 炉的优缺点 v优点：蓄热量极大，燃烧稳定，对燃料的适应性好； 燃烧效率可与煤粉炉相媲美； 流化床锅炉传热强烈； 低温

13、燃烧，污染较轻； 锻炉设备占地面积少； 负荷变化范围大，调节特件好。 v存在问题：对固体颗粒分离设备的效率、耐高温和耐磨 性能要求更高；锅炉系统的烟风阻力较大，需要采用高 压鼓风机，存在风机电耗高，噪声大等问题；燃烧控制 系统比较复杂，锅炉的运行技术与常规煤粉炉有较大的 不同，还未达到与常规煤粉锅炉相当的运行与控制水平； 燃烧中的NOx生成物高于常规的煤粉燃烧系统。 增压流化床（PFBC） v增压流化床燃煤联合循环是以增压的流化床燃烧 室(在压力为1.0-1.6MPa下操作的鼓泡流化床或循 环流化床燃烧室)为主体，以燃气-蒸汽联合循环为 特征的新型燃煤发电技术。 增压流化床燃煤联合循环的特点

14、优点：锅炉结构更加紧凑，对燃料的适应范 围广，脱硫效率更高，降低污染物的排放， 机组占地面积小，适合老机组的增容技术改 造； 存在问题：受热面的磨蚀，NOx的排放量较 高，高效除尘，粉尘排放的有效控制，燃料 的处理与输送；高温高压灰渣的排放与能量 回收，容量和参数的提高受限制，运行的可 靠性仍需逐步改进。 整体煤气化联合循环（IGCC） v目前，在洁净煤发电领域中，被普遍认为最具有竞 争力、最有发展前途的燃煤发电装置是整体煤气化 联合循环（IGCC）和增压流化床联合循环(PFBC)， 二者均以燃气-蒸汽联合循环的原理和技术为基础。 v整体煤气化联合循环是将煤气化与燃气-蒸汽联合循 环发电结合起

15、来的一项新型燃煤发电技术，既能高 效地利用煤炭资源，又有很好的环保效果，可能会 成为未来世界上最洁净的燃煤发电技术。 v存在问题：煤的有效气化与煤气的有效净化。 整体煤气化燃料电池联合循环（IGFC） v整体煤气化燃料电池联合循环成本还太高 ， 还没有出现商业示范项目，并存在与整体煤 气化联合循环一样的不足。 第三节 煤的流化床燃烧技术 固体颗粒在自下而上的气流作用下具有流体性质的过 程称为流化。 颗粒尺度较大而操作气速较小时在床下部形成鼓泡流 化床，即其连续相是气固乳化团，其分散相是以气 为主的气泡。 在气泡上浮力作用下床内颗粒团之间有较强的质交换。 颗粒尺度较小、操作气速甚高，加以使用分离

16、器使 逸出物料不断返回时，形成另一流化形态，称循环 流化床，其分散相为气固乳化团，连续相为含少量 颗粒的气体。 鼓泡流化床燃烧 v什么是鼓泡流化状态？ v布风装置：风室和气体分布板； v布风板：花板、风帽、耐火层、隔热层和密封层； v开孔直径、开孔率和孔排列方式； v风帽分布板：带帽头和无帽头；停炉压火时埋在高温物料 下易烧坏；多采用耐热铸铁和耐热不锈钢； v带帽头风帽分布板：布风均匀，但阻力大，帽底物料不易 清除，影响流化； v无帽头风帽分布板：阻力小，制造简单，但布风性能差； v风室作用：均流和稳压； 鼓泡流化床燃烧 v存在问题： v热效率低； v埋管受热面和炉墙磨损严重； v石灰石脱硫时

17、石灰石钙利用率低； v大型化难。 v逐渐被循环流化床锅炉取代 循环流化床燃烧 v区别： v1、气固分离器，煤颗粒循环燃烧，燃烧效率高； v2、流化状态不同，循环流化床分为三种流化状态： (1)、上下快速，(2)、下部湍动上部快速，(3)、上 部鼓泡下部快速。 v循环流化床锅炉特点 v1、燃烧效率高； v2、易大型化； v3、低温燃烧，分级燃烧； 循环流化床燃烧 v相比鼓泡流化床的优点： v1、延长了二氧化硫和钙基脱硫剂的接触时间，增 大了脱硫剂的比表面积，提高了二氧化硫脱除率和 钙的利用率； v2、燃料广泛，优质煤种和各种劣质燃料，如高灰 煤、高硫煤、煤矸石等；燃料占1%-3%，其余为灰 渣和脱硫剂； v3、操作简单，易于调节负荷； v4、不布置埋管受热面，不存在易磨损； v5、物料粒度较大，不需预热； v6、灰渣含量低。 循环流化床燃烧 v存在问题： v1、高颗粒浓度和高气速对受热面磨损严重， 限制了烟速的提高； v2、烟温偏高造成分离器结渣严重； v3、自动控制化难度高； v4、与粉煤炉相比，技术不成熟，容量较小。 第四节 低劣质煤和煤矸石燃烧 v劣质煤：低热值煤和着火困难的煤； v低热值煤热值14.7MJ/kg，包括劣质烟煤和 劣质褐煤； v煤矸石、洗中煤和煤泥也属于低热值煤； v着火困难的煤主要是指可燃挥发分低、灰分 高的煤；