火电厂系统与煤的洁净燃烧

1、煤的燃烧与洁净煤技术目 录 热力发电厂燃烧系统 燃料煤 煤的燃烧过程与燃烧机理 目的和意义 主要研究内容 国内外动态 循环流化床锅炉技术 展望1. 燃烧系统 输煤，磨煤，锅炉与燃烧，风烟系统，灰渣系统2. 汽水系统 给水系统 ，冷却水系统，补水系统3. 电气系统磨煤制粉系统：输煤皮带，磨煤机，煤粉分离器，煤粉仓 锅炉燃烧系统：排粉风机，燃烧器，锅炉炉膛灰渣系统：引风机，烟气除尘器，灰斗送风机将冷风送到空气预热器加热，加热后的气体一部分经磨煤机、旋风分离器、排粉风机进入炉膛（一次风），另一部分经空气预热器后，直接进入炉膛，帮助炉膛燃烧（二次风）。煤粉悬浮在炉膛内燃烧，燃烧中心的温度可高达1500

2、度以上。燃烧形成的高温烟气沿着烟道，依次冲刷过热器、再热器、省煤器、空气预热器等受热面，自身温度逐渐降低，烟气到达烟道尾部时大约有130度。在引风机的作用下，烟气流入除尘器进行除尘净化，最后经烟囱排入大气。汽水系统：由锅炉，汽轮机，凝汽器，除氧器，加热器等构成，主要包括给水系统，冷却水系统，补水系统。由锅炉产生的过热蒸汽沿主蒸汽管道进入汽轮机，汽轮机叶片转动。作功后的蒸汽，其温度和压力大大降低，最后排入凝汽器并被冷却水冷却凝结成水（称为凝结水）。凝结水由凝结水泵打至低压加热器中加热，再经除氧器除氧并继续加热。由除氧器出来的水（叫锅炉给水），经给水泵升压和高压加热器加热，最后送入锅炉。 电站锅炉

3、的本体结构类型主要取决于燃料特性、锅炉容量和蒸汽参数等因素。常见的有倒U型、塔型和箱型。锅 - 汽水系统 吸收燃料燃烧放出的热量，加热水变成过热蒸汽炉 - 燃烧系统 使燃料良好燃烧，放出热量（组成：炉膛，燃烧器，空气预热器，烟道）辅助设备：燃料供应，煤粉制备，给水系统，通风系统等。1、炉膛、炉膛炉膛是由炉墙围城的供燃料燃烧的立体空间，它是锅炉的燃烧设备。作用：提供燃料燃烧的空间；组织炉内辐射换热。结构：固态排渣煤粉炉的炉膛包括炉墙、冷灰斗和炉顶，炉墙四周布置水冷壁，前后墙水冷壁弯曲形成冷灰斗，后墙水冷壁的上部弯曲形成折焰角，炉顶布置顶棚过热器。位置：进口连接燃烧器，进口连接水平烟道和除渣设备。

4、2、燃烧器、燃烧器燃烧器是将煤粉和一定比例的空气送入炉膛点火并组织燃烧的装置，它是煤粉炉燃烧设备的主要部件。作用：将煤粉和燃烧所需空气送入炉膛；组织良好的燃烧工况，使煤粉在炉内迅速完全燃烧。结构：根据出口气流特征，燃烧器分为直流和旋流两种。旋流燃烧器射流在喷入炉膛时依靠射流旋转时产生的中心回流来稳定燃烧。 位置：直流燃烧器在炉膛四角切圆布置，旋流燃烧器多布置在炉膛前墙、前后墙或两侧墙上。3、空气预热器、空气预热器概念：空气预热器是利用锅炉尾部烟气的热量加热燃料燃烧所需空气的热交换器。作用：降低排烟温度，提高锅炉效率；改善燃料的着火条件和燃烧过程；节约蒸发受热面金属，降低锅炉造价。结构：常用管式

5、（传热式）和回转式（蓄热式）空气预热器。受热面为钢管或波形板，此外有连接的风道和密封装置等。位置：布置在尾部烟道内，分单级与双级布置。进口连接送风机，出口热风进入二次风箱、一次风箱和磨粉机。锅炉经济和安全指标锅炉效率 指送入锅炉的全部热量中被有效利用的百分数锅炉净效率 指扣除了锅炉机组运行时的自用能耗(热能和电能)后的锅炉效率连续运行小时数 锅炉两次被迫停炉进行检修之间的运行小时数可用率 事故率锅炉分类(用途，容量，主蒸汽压，燃烧方式等）按出口蒸汽压力：低压，中压，高压，超高压，亚临界，超临界低压锅炉：一般压力小于1.275MPa 中压锅炉：一般压力为3.825MPa 高压锅炉：9.8MPa

6、超高压锅炉：13.73MPa 亚临界压力锅炉：16.67MPa 超临界压力锅炉：22.13MPa 超超临界锅炉：大于25MPa炉内燃烧方式：火床炉、旋风炉、室燃炉和循环流化床炉工质在蒸发受热面的流动方式：自然循环锅炉、直流锅炉、强制循环锅炉1. 依靠下降管中的水和上升管中的汽水混合物之间的密度差所产生的压力差进行循环的锅炉2. 给水靠给水泵的压头，一次通过锅炉各受热面产生蒸汽的锅炉3. 工质除了依靠下降管中的水和上升管中的汽水混合物之间的密度差所产生的压力差以外， 还依靠循环泵的压头进行循环的锅炉室燃炉：燃料以粉状、雾状或气态随同空气喷入炉膛中进行燃烧的方式称为火室燃烧方式流化床炉：燃料颗粒在

7、大于临界风速的空气流速作用下，在流化床上呈沸腾状态的燃烧方式 （高分子碳氢化合物）煤的元素分析 工业中以煤作燃料时进行热量计算的基础 煤的成分包括碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）五种主要元素以及水分（W）和灰分（A）煤的工业分析 主要测定煤中水分、挥发分、固定碳和灰分含量，用以表明煤的主要燃烧特性, 也是评价煤质的基本依据挥发分：煤中有机质的可挥发的热分解产物，可燃气体。其中除含有氮、氢、甲烷、一氧化碳、二氧化碳和硫化氢等气体外，还有一些复杂的有机化合物煤的加热过程煤的特性1.煤的分类 指标：干燥无灰基挥发分含量无烟煤，烟煤，褐煤2.发热量 单位质量煤完全燃烧放出的热量3.标准

8、煤 收到基发热量为29270KJ/Kg的煤4.煤的成分对锅炉的影响挥发分（易燃烧），水分（燃烧热损增加），硫份（腐蚀）灰分（降低煤的发热量）1.燃烧速度化学反应速度（压力，温度，催化剂等）氧的扩散速度（反应消耗氧，氧向炭粒表面扩散）3.燃烧区域（按照化学反应条件和气体扩散条件对速度的影响）动力燃烧区（氧的扩散速度大于化学反应速度）提高温度扩散燃烧区（化学反应速度大于氧的扩散速度）改善扩散混合条件过度燃烧区2.炭粒燃烧过程氧扩散到炭粒表面 氧被炭粒表面吸附 在炭粒表面进行燃烧化学反应 燃烧产物解吸附 产物离开碳粒表面，扩散4.煤的燃烧阶段与燃烧区着火前准备阶段（水分蒸发，析出挥发分，挥发份着火）

9、燃烧阶段（挥发份燃烧，引燃炭，关键阶段）燃尽阶段（剩余少量残炭继续燃烧）燃烧区域划分主要包括着火区（喷燃器出口附近）、燃烧区（与燃烧器水平的炉膛中部）和燃尽区 5.影响煤粉着火与燃烧的因素 燃料因素燃料品质，煤粉细度及颗粒分布 设备结构因素燃烧器，炉膛温度和停留时间 运行因素锅炉负荷，调节方式2002年全世界一次能源消耗百分比年全世界一次能源消耗百分比1.煤炭利用与环境问题 世界和中国能源结构 中国探明资源百分比中国探明资源百分比我国能源结构与世界其他国家显著不同，煤炭在中国能源资源中占绝对优势，水能次之，油气相对较少，煤炭占一次能源生产总量的70%-75%，大约78%的电力装机是以煤为燃料的

10、火电机组，而发电量的84%来自煤电 煤炭燃烧引起环境问题中国是燃煤大国，煤炭在能源消耗中占了70%，因而我国的大气污染主要是燃煤造成的。大气中的主要污染物二氧化硫氮氧化物一氧化碳烟尘颗粒物重金属有机污染物主要污染：酸雨，光化学烟雾，颗粒物污染（雾霾），全球变暖 洁净煤技术的兴起1. 日益严峻的环境问题迫使我们采取必要措施2. 以煤为主的一次能源格局在相当长时期内不会改变3. 为了人类生存的环境，应设法使煤“清洁”利用 洁净煤技术（Clean coal technology CCT）指煤炭从开发到利用全过程中，旨在减少污染排放与提高利用效率的加工、燃烧、转化及污染控制等高新技术的总称1.燃烧前的

11、净化加工技术主要是洗选、型煤加工和水煤浆技术。原煤洗选采用筛分、物理选煤、化学选煤和细菌脱硫方法，除去或减少灰分、矸石、硫等杂质；型煤加工是把散煤加工成型煤，由于成型时加入石灰固硫剂，可减少二氧化硫排放，减少烟尘，还可节煤；水煤浆是用优质低灰原煤制成，可以代替石油2.燃烧中清洁燃烧技术 循环流化床燃烧流化床燃烧方式就是燃料颗粒在大于临界风速(由固定床转化为流化床的风速)的空气流速作用下，在流化床上呈沸腾状态的燃烧方式。这种燃烧方式有明显的优点，即能够燃用劣质煤和污染物排放少等 超临界/超超临界燃煤发电技术蒸汽的温度和压力越高，发电的效率就越高。温度和气压升高到600摄氏度、2528兆帕这样的区

12、间，就进入了超超临界的“境界”。超临界机组的热效率比亚临界机组的高2%3%左右，而超超临界机组的热效率比超临界机组的高4%左右3.燃烧后烟气净化技术消烟除尘消烟除尘技术中静电除尘器效率最高，可达以上脱硫脱氮技术脱硫有干法和湿法两种，干法是用浆状石灰喷雾与烟气中二氧化硫反应，生成干燥颗粒硫酸钙；湿法是用石灰水淋洗烟尘，生成浆状亚硫酸排放4.煤的气化液化技术 煤的气化 煤的液化 整体煤气化联合循环IGCC煤经气化成为中低热值煤气，经过净化，除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料，然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质以驱动燃气透平做功，燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，产

13、生过热蒸汽驱动蒸汽轮机做功 西方的能源公司最感兴趣的是煤炭气化技术，煤炭气化技术特别是“集成气化联合循环”技术今后会得到广泛应用，目前美国已有7个大规模的煤炭气化项目在运营 燃烧后脱硫，脱硝，脱碳技术，如先进的煤炭分选技术，氧燃烧技术，先进的废烟处理技术，先进的焦炭生产技术等 循环流化床燃烧技术 煤炭转化技术，如煤炭直接液化，加氢气化，煤气化联合燃料电池和煤的热解等；我国围绕提高煤炭开发利用效率、减轻对环境污染开展了大量的研究开发和推广工作，但仍有许多问题等待攻克： 大型循环流化床技术 烟气脱硫，脱碳技术 煤炭气化，液化技术 IGCC 这些技术还处于引进和部分吸收阶段1.固体流态化与流化床的流

14、型不通气流速度下固体颗粒床层流动状态固体颗粒在流体的作用下呈现出与流体相似的流动性能的现象在流体作用下呈现流（态）化的固体粒子层称为流化床。随流体速度的不同，床层可具有不同的流化特性 循环硫化床锅炉是一种高效、低污染的清洁燃烧设备2.工作原理基本流程：基本流程： 煤和脱硫剂送入炉膛后，迅速被大量惰性高温物料包围，着火燃烧，同煤和脱硫剂送入炉膛后，迅速被大量惰性高温物料包围，着火燃烧，同时进行脱硫反应，并在上升烟气流的作用下向炉膛上部运动，对水冷壁和炉时进行脱硫反应，并在上升烟气流的作用下向炉膛上部运动，对水冷壁和炉内布置的其他受热面放热。粗大粒子进入悬浮区域后在重力及外力作用下偏内布置的其他受

15、热面放热。粗大粒子进入悬浮区域后在重力及外力作用下偏离主气流，从而贴壁下流。气固混合物离开炉膛后进入高温旋风分离器，大离主气流，从而贴壁下流。气固混合物离开炉膛后进入高温旋风分离器，大量固体颗粒（煤粒、脱硫剂）被分离出来回送炉膛，进行循环燃烧。未被分量固体颗粒（煤粒、脱硫剂）被分离出来回送炉膛，进行循环燃烧。未被分离出来的细粒子随烟气进入尾部烟道，以加热过热器、省煤器和空气预热器，离出来的细粒子随烟气进入尾部烟道，以加热过热器、省煤器和空气预热器，经除尘器排至大气。经除尘器排至大气。3.循环流化床锅炉特点 对对燃料的燃料的适应性好适应性好 ，可燃烧劣质燃料，可燃烧劣质燃料在炉膛形成一个中心区气

16、流与细颗粒向上运动而四周近壁环形区颗粒向下沉降的强烈内循环运动 燃烧效率高燃烧效率高燃料通过物料循环系统在炉内循环反复燃烧，使燃料颗粒在炉内的停留时间大大增加，直至燃尽 炉炉内传热能力内传热能力强强随烟气流出炉膛的高温固体颗粒被分离捕集后再次送回炉膛，强化传热传质 脱硫脱硫效率高效率高 炉膛温度（850度）刚好为最佳脱硫温度，向炉内加入石灰石粉或其他脱硫剂，在燃烧中直接除去SO2 NOX排放量低排放量低 低温动力燃烧， NOX生成量少；分段燃烧，抑制了氮的氧化 负荷负荷变化范围大，调节特性好变化范围大，调节特性好4.主要设备 燃烧室（炉膛）燃烧室（炉膛）循环流化床锅炉燃烧室与煤粉炉的不同，燃烧室底部有布风板把炉膛封住，防止炉内床料从下部漏掉。以二次风喷口为界，下部为密相还原燃烧区，上部为稀相氧化燃烧区。还原燃烧区布置有燃料、石灰石、循环灰进口。燃烧室底部有布风板，其作用是使一次风均匀进入炉内 布风装置布风装置提供流化床锅炉燃烧所需