单元二洁净燃烧技术

第一节燃料种类及性质第二节燃烧过程及设备第三节燃烧过程中主要污染物的形成机制第四节燃烧过程污染物排放计算内容提要第1页/共92页了解常见民用及工业燃料的组成和性质；掌握气态、液态和固态燃料的燃烧过程，学会分析影响燃烧过程的因素；掌握颗粒物、硫氧化物和氮氧化物的产生机理，理解通过改变燃烧条件减少污染物生成的途径；学会计算燃烧过程产生的烟气量和污染物浓度；学习要求第2页/共92页一、固体燃料及性质二、液体燃料及性质；三、气态燃料及性质

第一节燃烧种类及性质第3页/共92页一、固体燃料—煤燃料煤的特性包括两个方面：一是煤特性，二是灰特性。煤特性：指煤的水分、灰分、挥发分、固定碳、元素含量（碳、氢、氧、氮、硫）、发热量、着火温度、可磨性、粒度等。这些指标与燃烧、加工（例如磨成煤粉）、输送和储存有直接关系。灰特性：指煤灰的化学成分、高温下的特性、以及比电阻等。这些特性对燃烧后的清洁程度，对钢材的腐蚀性以及煤灰的清除等有很大的影响。第4页/共92页

煤的分类。煤的种类不同，其成分组成与质量不同，发热量也不相同。煤的基本分类1.褐煤：最低品味的煤，形成年代最短，热值较低。多为块状，呈黑褐色，光泽暗，质地疏松；含挥发分40%左右，燃点低，容易着火，燃烧时上火快，火焰大，冒黑烟；含碳量与发热量较低（因产地煤级不同，发热量差异很大10500~16700kJ/kg），燃烧时间短，需经常加煤。第5页/共92页

煤的分类

2.烟煤：形成年代较褐煤长，碳含量75-90％。成焦性较强，适宜工业一般应用烟煤。一般为粒状、小块状，也有粉状的，多呈黑色而有光泽，质地细致，含挥发分30%以上，燃点低，较易点燃；含碳量与发热量较高21000~29400kJ/kg，燃烧时上火快，火焰长，有大量黑烟，燃烧时间较长；大多数烟煤有粘性，燃烧时易结渣。第6页/共92页

煤的分类3.无烟煤(白煤)：1)煤化时间最长，有粉状和小块状两种，呈黑色有金属光泽而发亮。杂质少，质地紧密，固定碳含量高；2)挥发分含量低，在10%以下，燃点高，不易着火；3)但发热量高21000~25200kJ/kg，刚燃烧时上火慢，火上来后比较大，火力强，火焰短，冒烟少，燃烧时间长，粘结性弱，燃烧时不易结渣。

动力煤：从广义上来讲，凡是以发电、机车推进、锅炉燃烧等为目的，产生动力而使用的煤炭都属于动力用煤，简称动力煤。第7页/共92页选煤技术选煤：通过物理或物理化学方法将煤中的含硫矿物和矸石等杂质除去以提高煤质量的工艺过程。经选煤后，原煤中的含硫量降低40％～90％，含灰分降低50％～80％。目前研究的选煤方法：物理方法、化学方法和微生物脱硫法。1).物理方法：重力洗选法、高梯度磁选法和静电分选法等；2).化学方法：氧化脱硫法、选择性絮凝法及化学破碎法。第8页/共92页工业型煤推广技术1）加工及特点工业型煤的加工：原煤经破碎，再按比例添加适量的粘结剂(通常加焦油渣)、固硫剂(如石灰等)和一些其它的添加剂，最后经冷压或热压加工成型。工业型煤形状：椭圆形或管状棒形，具有消烟除尘、节能脱硫效果。第9页/共92页工业型煤推广技术工业型煤的特点：①透气性好：工业型煤由于其纯度高、粒度均匀、透气性好、氧气分布均匀，所以能燃烧充分，能消烟除尘、节约能源。②工业型煤中加入含有钙和镁等碱性物质，在高温下与硫氧化物生成硫酸盐，留在灰渣中而固硫。2）适用范围在燃煤锅炉和窑炉均可使用，居民使用，如蜂窝煤。

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灰的熔融特性一、灰的熔融特性实验采用对灰锥试样加热的方法确定。用模子将灰压成若干个一定形状的三角锥体（底边长7mm、高20mm），在电炉内加热，根据温升及三角锥体变形情况，记录如下几个温度值：

1.变形温度DT：锥尖开始变圆或弯曲时的温度。

2.

软化温度ST：锥体弯曲至锥顶触及托盘或锥体变成球形和高度等于底边的半球时的温度。

3.

熔化温度FT：锥体熔化成液体或展开成高度在1.5mm以下薄层时的温度。第11页/共92页

灰的熔融特性

二、实用意义

1.灰的熔融特性，对锅炉运行的经济性、安全性均有重大影响。当软化温度ST>1350时，炉内结渣的可能性不大；而ST<1350时就有可能结渣。为了防止炉膛出口的对流受热面结渣，炉膛出口烟温必须低于软化温度ST若干度。2.DT、ST、FT的间隔大小对灰的结渣及流渣特性也有影响：（FT—ST）>200称长渣，长渣凝固慢有塑性而不易碎裂，结渣后不易清除。（FT—ST）<200时称短渣，短渣结渣时凝固快，渣的内应力大易碎裂，结渣后易于清除。液态排渣炉希望灰的（FT——ST）值大一些，以防锅炉在负荷变化时，因炉膛温度变化而影响液态渣的顺利排出。第12页/共92页

二、燃料油的种类

（1）原油：是从地下开采出来，经过脱水处理，未经炼制的石油。原油可以炼制出多种油品及其它产物，直接作为燃料是极不合理的。

（2）重油：是由裂解重油、减压重油、常压重油按不同比例调制而成，有一定牌号和质量标准。

（3）渣油：石油炼制过程中的剩余物，可不经过处理直接供给锅炉作燃料，习惯上称为渣油或残渣油。

重油和渣油是发电用液体燃料的主要品种，共同特点是：相对密度和粘度较大；沸点和闪点较高，不易挥发。

（4）柴油：柴油是柴油机的燃料，作为锅炉燃料是极不经济的。柴油一般用作煤粉锅炉的点火用油和低负荷运行时稳定燃烧的助燃油。第13页/共92页

三、气态燃料种类

优点：天然气具有安全，便宜和干净的优点。

1）天然气比液化石油气的使用更安全。由于液化石油气的密度比空气大，一旦发生泄露，石油气就会下沉，很容易聚集到地势低洼处如下水道等，形成达到爆炸所需要的浓度。而天然气则相反，由于其密度比空气小，即使不小心外泻，也会很快在空气中挥发掉，不容易产生聚集，引发爆炸的机率就小很多。

2）与液化石油气相比，天然气更加便宜。这是因为按照产生同样的热量要耗费的天然气和石油气计算，前者的价格仅是后者的70%。这意味着，对老百姓来说用天然气做一顿饭比用液化石油气要便宜三分之一左右。

3）天然气还有一个优点就是“干净”，使用天然气有利于大气环境保护。工业企业以天然气代替燃油，将会大大减少二氧化硫的含量。汽车使用天然气做燃料可以减少氮氧化物的排放，也有助于环境保护第14页/共92页燃料的最重要的两个属性热值决定燃料的消耗量杂质污染物产生的来源第15页/共92页

典型燃料的着火温度第16页/共92页有关煤炭利用的视频煤的综合利用（科普）/v_show/id_XNTk5NzU3NDg=.html

（10’）煤的真实成本/v_show/id_XNDc4NzczNjg=.html

（3’）第17页/共92页1.燃烧过程及燃烧产物

完全燃烧：CO2、H2O不完全燃烧：CO2、H2O&CO、黑烟及其他部分氧化产物如果燃料中含有S和N，则会生成SO2和NO空气中的部分N可能被氧化成NO－热力型NOx第二节

影响燃烧过程的主要因素第18页/共92页煤的燃烧煤的燃烧过程煤从进入锅炉起至燃烧完毕分几个阶段：①预热干燥。105℃左右时，水分蒸发。②干馏。300℃左右时，挥发物不断析出并与空气混合，开始燃烧。③固定碳的燃烧。挥发物燃烧后，炉膛温度不断升高，固定碳逐渐点燃。④煤中的固定碳燃烬后，剩下的便是灰渣。煤燃烧后主要产物：烟气、烟尘和灰渣。

第19页/共92页燃料完全燃烧的条件（3T）空气条件：提供充足的空气；但是空气量过大，会降低炉温，增加热损失温度条件（Temperature）：达到燃料的着火温度时间条件（Time）：燃料在高温区停留时间应超过燃料燃烧所需时间燃料与空气的混合条件（Turbulence）：燃料与氧充分混合

2、影响燃烧过程的主要因素第20页/共92页理论空气量：将完全燃烧1KG或1m3(标准状态）燃料理论所需的空气量称为理论空气量，以m3空气(标准状态）/KG（燃料）表示。空燃比：是指单位质量燃料燃烧所需要空气质量，KG（空气）/KG（燃料）空气过剩系数a：为了使燃料能够完全燃烧，必须提供过量的空气。实际供给的空气量与理论需氧量之比称为空气过剩系数。影响燃烧过程的主要因素

理论空气量和过剩空气量第21页/共92页

典型锅炉热损失与

过剩空气量的关系第22页/共92页3、固体燃料的燃烧设备火力发电厂过程/v_show/id_XMzE2NjUyMA==.html第23页/共92页

1、锅：就是汽水系统，盛装水和蒸汽并承受压力的部分。由省煤器、汽包、下降管、水冷壁、过热器及再热器等设备组成，其任务是使水吸热蒸发，最后变成一定参数的过热蒸汽；

2、炉：就是燃烧系统，燃料与空气发生化学反应产生高温火焰和烟气的部分。由炉膛、喷燃器、空预器及烟道等组成，其任务是将燃料燃烧后产生的热量主要是对流方式传给受热面。在传热过程中，烟气温度不断降低，最后由引风机送入烟囱，排入大气。

3、附属设备、附件及仪表：保证锅炉正常运行。锅炉设备第24页/共92页锅炉的燃烧方式锅炉的燃烧方式有三种形式：层燃（火床燃烧）、室燃（悬浮燃烧）、沸腾燃烧。各种燃烧方式有其相应的燃烧设备。1)、层燃炉：固定炉排、链条炉排、往复炉排、振动炉排等属于层燃式，适用于燃烧固体燃料；2)、室燃炉：煤粉锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉等属于室燃式，适用于粉状固体燃料，液体燃料和气体燃料。抛煤机链条炉排，兼有层燃和室燃的燃烧方式，属于混合燃烧方式。3)、沸腾炉：鼓泡流化床、循环流化床属于沸腾燃烧方式，适用于燃烧颗粒状固体燃料。第25页/共92页①层燃炉。①层燃炉:原煤经破碎成粒径为25～40毫米的碎块后，用炉前煤斗的煤闸板或播煤机平铺在链条炉排上作层状燃烧。层燃炉优点是附属设备少,制造、安装简便,易于运行操作。适用于中小容量锅炉。这种锅炉的缺点为煤的燃烧不完全，炉渣和飞灰中可燃物含量多，锅炉效率一般为75～85％。通常要烧较好的煤。第26页/共92页链条炉链条炉排锅炉：通过链带自动加煤、燃烧和排出灰渣的机械化燃烧设备。第27页/共92页振动炉排

1)、结构：一种由偏心块激振器、横梁、炉排片、拉杆、弹簧板、后密封装置、激振器电机、地脚螺钉、减震橡皮垫、下框架、前密封装置。测梁、固定支点等部件组成。

2)、优点：具有结构简单，制造容易，重量轻、金属耗量少、设备投资省、燃烧条件好、炉排面积负荷高、煤种适应能力强优点在工业锅炉应用过。第28页/共92页往复式炉排炉

往复炉排是侧饲式机械化燃烧设备。特点：结构简单、制作方便、节省金属、可烧次煤，消除黑烟效果较好。分倾斜式和水平式两种。往复炉排燃烧情况与链条炉相似，分段送风，图示(一)。

第29页/共92页往复炉排的燃烧过程第30页/共92页抛煤机炉基本属于层状——悬浮燃烧，如图所示。

第31页/共92页炉排的料层结构第32页/共92页②室燃炉②室燃炉：又称煤粉炉。原煤经筛选、破碎和研磨成大部分粒径小于0.1毫米的煤粉后,经燃烧器喷入炉膛作悬浮状燃烧。煤粉喷入炉膛后能很快着火，烟气能达到1500℃左右的高温。但煤粉和周围气体间的相对运动很微弱，煤粉在较大的炉膛内停留约2～3秒才能基本上烧完，故煤粉炉的炉膛容积常比同蒸发量的层燃炉炉膛约大一倍。这种锅炉的优点为能燃烧各种煤且燃烧较完全，所以锅炉容量可做得很大，适用于大、中型及特大型锅炉。锅炉效率一般可达90～92％。其缺点为附属机械多，自动化水平要求高，锅炉给水须经过处理，基建投资大。第33页/共92页煤粉炉

1)、定义：煤粉锅炉的燃烧设备：煤先经磨煤设备，然后喷入炉膛内燃烧，整个燃烧过程是在炉膛内呈悬浮状进行，这种锅炉称为煤粉炉；

2)、特点：能改善与空气的混合，加快点火和燃烧，煤种适用性广，适应于大中型锅炉。煤粉锅炉的燃烧设备有煤粉设备、制粉系统和煤粉燃烧器。第34页/共92页煤粉炉燃烧系统图第35页/共92页煤粉炉的燃烧器

1、煤的悬浮燃烧是预先将煤磨成粉，或是破碎成较小的颗粒，使其与空气混合，通过喷燃器送入炉膛空间在悬浮状态下燃烧，主要设备是煤粉炉，

2、单支燃烧器结构图第36页/共92页煤粉炉特点：煤粉粒度小，燃烧速度快、炉膛容积大、燃烧效率高、煤种适应性强，但负荷调节性差，适合大容量锅炉。①控制煤粉细度和送风量煤粉细度要适当：粗煤粉不易烧透，使飞灰中的含碳量升高，因而降低热效率；细煤粉容易着火和燃烧，但煤粉过细，会增加制粉时的耗电量和对磨煤机的磨损。煤粉炉的送风：一次风和二次风。一次风作用：将煤粉随气流送进炉膛；与煤粉混合均匀。一次风量占总供风量的百分比：无烟煤和贫烟约占20％～25％；烟煤约占25％～45％；褐煤约占40％～45％；煤粉炉二次风比例大，直接送入炉膛，使煤粉完全燃烧。煤粉燃烧时间取决于煤粉细度和挥发份含量，l～2s。

第37页/共92页②保持较高的炉膛温度煤粉在炉膛内停留时间较短，有足够的温度，工业锅炉1200℃左右。③堵漏风和防结焦

炉膛漏风严重会导致火焰中心偏移，如炉膛底部漏风严重，火焰中心会发生上移，导致燃烧不完全；烟道通风也会使受热面吸热量降低。

炉膛结焦能使受热面热负荷不均匀和燃烧不稳定，甚至出现事故，使用二次风、合理布置喷燃器，可防止结焦。

第38页/共92页（4）合理解决负荷波动如果蒸汽负荷变化很大，锅炉运行也不会稳定，经济性也必然变差。①调整用汽、用热负荷，削峰填谷、交叉开合，使负荷波动趋于平坦。②加强供汽用汽之间联系，有准备地适应负荷变化。在高峰负荷来到之前，适当提高锅炉的燃烧热强度。③装设蓄热器，适当平衡负荷。④提高自动化的程度和水平。⑤提高操作人员的职业技术能力水平，更好地适应燃烧调整规律。

第39页/共92页③旋风炉：③旋风炉：将粒径小于10毫米的碎煤粒或粗煤粉先在前置式旋风筒内作旋风状燃烧，所产生的高温烟气再进入主炉膛（冷却室）内进行辐射换热。旋风炉的优点为炉膛容积热强度高，炉子的尺寸小；过剩空气系数小（仅为1.05～1.10），可以降低排烟热的损失；燃用粗煤粉可简化制粉设备；排渣率高,飞灰浓度低,提高烟气速度加强对流受热面的传热。其缺点是适用煤种受灰熔点和渣的粘滞性的限制；锅炉负荷变动范围较小；不能快速启停；由于炉内温度可达2000℃左右，有害气体NOx排放量大,对大气污染较严重。第40页/共92页第41页/共92页④沸腾燃烧炉：即沸腾燃烧锅炉。

一种介于固定床和悬浮床之间的气固两相床层。流化床根据不同的流化速度划分为鼓泡床、湍流床和快速床。

A、鼓泡流化床结构：由给煤装置、布风装置、风室、灰渣溢流口、沸腾层、悬浮段等。特点对煤种适应行强、能强化转热，节省钢材，便于灰渣的综合利用，对环境污染较煤粉炉轻，锅炉本体结构简单；

B、循环流化床：是新一代高效，低污染洁净煤燃烧技术。其特点是在于燃料及脱硫剂在流化床状态下经过多次循环，反复进行的低温燃烧和脱硫反应；

C、区别：循环流化床和鼓泡流化床燃烧过程中最主要的区别在于：(1).循环流化床沸腾层内流化速度很高一般为3～10m/s最高可达10m/s，鼓泡流化床锅炉的流化速度为1～3m/s。第42页/共92页定义：燃料由给煤口进入炉内，而助燃的一次风由炉床底部送入，二次风由二次风口送入。燃料在炉内呈流化状态燃烧，燃烧产物——烟气携带一部分固体颗粒离开炉膛进入物料分离器。物料分离器将固体颗粒分离出来，返送到炉内再燃烧，烟气排出进入烟道。如此反复循环，形成循环流化床锅炉

。循环流化床锅炉动画/v_show/id_XMzQwMDE4Njg=.html循环流化床锅炉第43页/共92页第44页/共92页循环流化床锅炉的优点相比煤粉炉，流化床锅炉的优点：

1、对燃料适应性特别好。

循环流化床锅炉通过分离器及返料阀组成飞灰再循环系统，煤质燃烧产生的飞灰循环量大小的改变可调节燃烧室内的吸热量及床料温度，只要燃料燃烧产生的热值大于把燃料本身及燃烧所需空气加热到稳定温度（850～950℃）所需的热量，这种煤就可在流化床内稳定燃烧，因此，各种煤（如泥煤、烟煤甚至高硫煤、无烟煤、矸石、焦炭、工业废料、城市垃圾等）几乎都可在流化床锅炉中燃烧，用来烧各种劣质燃料最好。对于燃料煤质量供给不稳定的企业是一种比较好选择。

而煤粉炉对煤质的要求较高，煤粉炉对灰熔点较低的煤试烧时存在炉膛喷燃器、过热器结焦、给煤机断煤等现象,使锅炉无法正常运行，煤粉炉对煤种适应性差的现象比较明显。

2、燃料系统比较简单。

流化床锅炉是适合于燃用宽筛分燃料，燃料的制备破碎系统大为简化。所以，循环流化床锅炉本体造价高于同容量的煤粉炉，省去了复杂的制粉系统。

第45页/共92页3、负荷的调节范围宽，调节性能好。

循环流化床锅炉由于炉内有大量床料,蓄热能力强,采用了飞灰再循环系统，调节范围要比煤粉炉宽得多，一般为30～110%，特别适应于热电联产、热负荷变化较大的供热锅炉或调峰机组锅炉使用。煤粉锅炉的负荷调节范围通常在70～110%，在低负荷时煤粉炉需投油枪进行助燃。

4、燃烧污染物排放低。

向循环流化床锅炉内加入脱硫剂（石灰石或白云石粉），可以脱去燃烧过程中产生的二氧化硫（SO2）。根据燃料中含硫量决定加入的石灰石剂量，在Ca/S摩尔比=2～2.5时，脱硫效率可达90%。而煤粉炉为使烟气达标排放，采用湿法脱硫的成本较高。流化床锅炉最佳的燃烧温度在850～950℃，在这个范围适合脱硫反应，NOx生成量明显减少，排放浓度在100～200ppm,低于煤粉炉的500～600ppm。所以，流化床锅炉在烟气达标排放方面比煤粉炉更具竞争优势第46页/共92页5、燃烧效率高。

常规的煤粉锅炉，若煤种达不到设计值，效率一般为85～95%，而循环流化床锅炉采用飞灰再循环系统，燃烧效率可达到95～99%。

6、给煤点数量少，布置简单。

循环流化床锅炉的横向混合特性较好，给煤点较煤粉炉少，给煤点的减少简化了给煤装置的布置，使给煤点不易结焦，运行可靠。

7、燃烧热强度大，炉内传热能力强。

由于循环流化床锅炉采用飞灰再循环系统，燃烧热强度比较高，流化床炉内传热主要是上升烟气和物料与受热面的对流换热和辐射换热，炉膛内气固两相混合物对水冷壁的传热系数比煤粉锅炉炉膛的辐射传热系数大得多，与煤粉炉相比较，可大幅节省受热面的金属耗量。第47页/共92页循环流化床锅炉的缺点相比煤粉炉，流化床锅炉的缺点：

1、锅炉部件的磨损较严重。

由于流化床锅炉内的物料呈高浓度、高风速的特点，故锅炉部件的磨损比较严重。虽然采取了耐火耐磨浇注料处理、喷涂处理、密稀相区让管处理等防磨措施，但实际运行中循环流化床炉膛内的受热面磨损速度仍远大于煤粉锅炉。而且密稀相交界处的管壁磨损处理修复要比煤粉炉难度大得多。

2、风机电耗大、烟风道阻力高。

相对于煤粉锅炉，流化床锅炉一次风机、二次风机、流化风机压头高；流化床独有的布风板装置和飞灰再循环燃烧系统使送风系统的阻力远大于煤粉锅炉送风的阻力，煤粉炉送风机风压一般在2KPa以下，而流化床锅炉的送风机风压一般运行在10KPa以上，电耗大，噪音高，震动大。

第48页/共92页3、流化床锅炉耐火耐磨层的磨损、开裂和脱落。

流化床锅炉使用耐火材料的部位和数量比煤粉炉要多许多。而由于耐火耐磨材料选择不当、施工工艺不合理、烘炉和点火启动中温度控制不当、升温、降温过快，致耐火材料中蒸发水汽不能及时排出、热应力过大等因素均会造成耐火材料内衬破裂和脱落。密相区内耐火材料的的脱落将破坏正常的床料流[wiki]化工[/wiki]况，造成床料结渣。分离器、料腿及返料阀系统耐火材料的的脱落将堵塞返料系统结渣，物料循环破坏，循环流化床锅炉变成鼓泡流化床锅炉，蒸发量无法维持，**停炉。而在煤粉锅炉中不存在这个问题，因煤粉锅炉冷灰斗耐火材料的脱落及结渣而影响停炉的事故很少见。

4、循环流化床锅炉尾部受热面的磨损比煤粉炉大。

循环流化床锅炉的飞灰份额比煤粉炉小，但飞灰粒径比煤粉炉大得多，在运行中如果分离器效果差或烟气流速大，将导致过热器、省煤器等受热面磨损严重。

5、循环流化床锅炉的核心部件风帽较易磨损。

风帽通风孔之间的横向冲刷，及高速床料对风帽的磨损容易引起风室漏渣、流化效果恶化、结焦、沟流现象，影响锅炉负荷。而风帽的维修异常困难，需要先清除布风板上几十吨的惰性床料，然后又回装，检修周期长，劳动力需求大。煤粉炉就不存在这个问题。

第49页/共92页6、点火启动时间长。

循环流化床锅炉点火启动时间除受汽包升温速率的影响外，还受到耐火防磨层内衬材料温升和能承受的热应力限制。如温升过快，耐火防磨层内衬材料热应力将超过允许热应力而出现开裂。所以，对循环流化床锅炉点火启动时间和升温速率有严格要求。汽冷旋风分离器的循环流化床锅炉从冷态启动到带满负荷的时间一般控制在6～8小时。而煤粉锅炉因无大面积的耐火防磨内衬材料，点火启动只考虑汽包升温速率，点火时间相对较短,冷态在5～6小时就可达到设计负荷。

7、运行维护费用较高，运行周期短。

循环流化床锅炉本体，包括耐火防磨层，金属受热面和风帽磨损严重，导致流化床日常维修费用较煤粉炉高。相对来讲，其辅机事故也比煤粉炉多，所以循环流化床锅炉连续累计运行时间比煤粉炉短，煤粉炉年运行时间可以达到8000h/y以上，而流化床几乎不可能。第50页/共92页8、循环流化床锅炉对燃煤粒径要求严格。

循环流化床锅炉燃煤粒径一般在0～10mm之间，平均粒径在2.5～3.5mm之间，如果达不到这个要求，将带来运行中的不良后果，锅炉达不到设计蒸发量，主汽温度难以保证，灰渣含碳量高，受热面磨损严重等后果。

9、循环流化床锅炉实现自动化控制难度大。

循环流化床锅炉的燃烧系统较煤粉炉复杂得多，床压、床温及返料系统风量的控制，都是煤粉锅炉所没有的，加之炉内磨损严重，压力、温度测点连续投运可靠性无法保证，自动化控制较煤粉炉难得多。而煤粉炉通过调试可以达到燃烧系统自动控制，减少了操作人员的工作量，这是循环流化床锅炉所不具备的。第51页/共92页环保锅炉

顾名思义，环保锅炉所必需的燃料是水煤浆。水煤浆是一种新型清洁燃料，是燃料家族的新成员。它以煤炭为主料，以水、化学添加剂为辅料组成，经过专用设备的研磨、细化，并充分与水混和均匀，在化学添加剂的作用下，制出均匀、稳定的水煤浆

。传统燃煤锅炉中，煤炭燃料是固态燃烧方式，而环保锅炉革命性的将之改变为高压流态雾化喷燃方式。这种类似燃油燃烧的方式，充分整合了液态燃料、空气、水种种燃烧因素的化学物理特点，实际效果上促进了燃料燃尽率的大幅提高（相对燃煤锅炉）。依据液态煤基燃料燃烧机理，锅炉整个系统进行优化重置设计，既大大提高了锅炉最终的热效率，又减少了主要污染物的气体排放量，从而，环保锅炉充分实现了环保又节能的社会效应和工业效益。第52页/共92页电站锅炉电站锅炉，通俗来讲就是电厂用来发电的锅炉。一般容量较大，现在主力机组为300MW。

电站锅炉主要有两类：煤粉炉和循环流化床锅炉。

循环流化床锅炉（简称CFB)，其燃烧机理是把固态的燃料流体化，使它具有液体的流动性质促成燃烧。可以加石灰或煤矸石除硫，比较环保。循环流化床锅炉燃烧的是煤颗粒对锅炉的磨损比较严重，维修费用一般都挺高.。

电站煤粉炉，只是把煤磨细成煤粉，然后用空气吹入炉膛燃烧。燃烧的是粉末对锅炉磨损较小，比循环流化床锅炉好控制，给锅炉加压或着降压的时候它的反应时间比循环流化床快。

电站锅炉的“水冷壁”、“过热器管”、“再热器管”、“省煤器管”的高温腐蚀和磨损，是造成管道泄露的主要原因，也是常见的技术问题，它给电厂的安全运行带来很大威胁，常常导致事故的发生。电厂简称其为电站锅炉“四管”。

第53页/共92页锅炉的科学、经济运行管理①手烧炉排锅炉的科学经济运行管理●添煤要“勤、少、快、匀”——加煤次数要多；每次加煤少，煤层厚度要小；加煤动作要快，以免冷风进入炉膛多降低炉温，影响燃烧效率；投煤要撒开，煤层平整均匀。

第54页/共92页●操作要“一看，二快、三要”。当燃烧火焰呈白亮色时，燃烧炽烈，要准备投煤。二快：开关炉门快、投煤快、清除炉渣快。三要：每次投煤要少，煤块颗粒大小要适当，撤煤要薄而匀。●合理调整煤层厚度。●合理控制煤中水分。●采用间断二次风。在加煤周期的前1／3时间内，直接向炉膛送入二次风，可补充空气，使燃料充分燃烧，提高锅炉的热效率。●合理配煤，粒度配比合适。

第55页/共92页●采用合理的炉拱：炉拱是将新燃料引燃，促进炉内气流的扰动与混合。炉膛内布置前拱和后拱，燃用劣质煤增设中拱。●采用分段送风●堵漏风：链条锅炉注意减少漏风。炉墙损坏、看火门、出灰门关闭不严、煤闸板两侧空隙过大都会造成大量冷空气进入炉内，没通过煤层进行化学反应，增加过量空气。●合理使用二次风：加强气流扰动和改善混合作用。二次风最好是热风，降低气体和固体不完全燃烧热损失。●严格控制燃料的性质：燃煤最好经过筛选，0～6mm的粉末不应超过50%～55％，块粒最大的尺寸不应超过40mm，以保证燃尽。●沿炉膛宽度保持煤层平整：根据煤种、煤质和颗粒的不同，燃料层厚度一般在100～150mm左右。

第56页/共92页燃烧可能释放的污染物：CO2、CO、SOx、NOx、CH、烟、飞灰、金属及其氧化物等温度对燃烧产物的绝对量和相对量都有影响燃料种类和燃烧方式对燃烧产物也有影响第三节燃烧过程中污染物的形成

第57页/共92页1、硫氧化物的形成

燃料中的硫可以分为可燃和非可燃，其中可燃硫占总硫80--90%。可燃硫绝大部分转化为二氧化硫，少量1--5%转化为SO3.一般计算二氧化硫的生成量时，以总硫的80%计算。

例子1吨煤，含硫1%，计算所生成的SO2.第58页/共92页

硫燃烧过程中形成二氧化硫的机理

有机硫的分解温度较低

750度下开始无机硫的分解速度较慢，温度也高些含硫燃料燃烧的特征是火焰呈蓝色第59页/共92页2、氮氧化物的形成机制NOx的形成机理燃料型NOx：燃料中的固定氮生成的NOx热力型NOx：高温下N2与O2反应生成的NOx瞬时NOx：低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NOx第60页/共92页

NOx的形成第61页/共92页3、颗粒污染物的形成机制燃烧过程中颗粒污染物主要包括：

炭黑、结构复杂的有机物、烟尘和飞灰等。（1）燃煤烟尘形成（2）炭粒的形成第62页/共92页（1）燃煤烟尘的形成烟尘：固体燃料燃烧产生的颗粒物，包括：黑烟：未燃尽的碳粒飞灰：不可燃矿物质微粒煤粉燃烧过程碳表面的燃烧产物为CO，它扩散离开表面并与O2反应灰层碳层外扩散第63页/共92页减少黑烟形成的方法煤粉细，挥发分及燃烧火焰高，燃烧时间短，氧气充分，燃烧就越完全。黑烟的产生也同煤炭种类、燃烧装置有关。出现黑烟的燃料顺序为：无烟煤焦炭褐煤低挥发分烟煤高灰发分烟煤第64页/共92页几种燃烧方式的烟尘百分比第65页/共92页

（2）燃烧过程中碳粒子的形成

积炭的生成核化过程：气相脱氢反应并产生凝聚相固体碳核表面上发生非均质反应较为缓慢的凝团和凝聚过程燃料的分子结构是影响积炭的主导因素积炭的生成与火焰的结构有关提高氧气量可以防止积炭生成压力越低则积炭的生成趋势越小第66页/共92页石油焦和煤胞的生成燃料油滴在被充分氧化之前，与炽热壁面接触，发生液相裂化和高温分解，出现结焦多组分重残油的燃烧后期会生成煤胞，难以燃烧。焦粒生成反应的顺序：烷烃烯烃带支链芳烃凝聚环系沥青半园体沥青沥青焦焦炭

第67页/共92页燃烧产物与温度的关系：第68页/共92页第四节洁净燃烧技术洁净煤技术低氮燃烧技术学号6—10做上述内容的ppt,下周一下午讲解。预习第五节第69页/共92页洁净煤技术为什么要重视洁净煤技术？洁净煤技术包括哪些内容？燃前脱硫技术，哪些得到了应用,适宜的煤种性质？燃中固硫技术包括哪两种？为什么型煤不仅能够节约能源，还可以减少污染物的排放？第70页/共92页煤脱硫技术型煤的分类方法？固硫型煤的意义？循环流化床锅炉的主要特点是什么？为什么可以实现脱硫低氮燃烧？你认为该燃烧炉技术的商业化难点在哪里？什么是洁净配煤技术？发展煤炭液化技术对我国的重要意义？煤气是如何生产的？第71页/共92页低氮燃烧技术为什么低氮燃烧技术主要针对煤，而不是燃油或燃气？热力型NOX的生成条件？对于常规燃烧设备，主要控制哪种类型的NOX?燃料型NOX的生成影响因素？为什么要采用两段燃烧技术？低氮燃烧器的类型有哪些？第72页/共92页低氮燃烧技术强化混合型低氮燃烧器构造及特点？分割火焰型低氮燃烧器构造及特点？二段燃烧低氮燃烧器（可以使用煤）第73页/共92页第四节污染物的产生量计算一、理论空气量及相关计算二、烟气量计算三、污染物产生量的计算第74页/共92页一、燃料燃烧的理论空气量计算建立燃烧方程式的假定：空气组成

20.9%O2和79.1%N2，两者体积比为：N2/O2=3.78燃料中固定氧可用于燃烧燃料中硫主要被氧化为SO2第75页/共92页

例题1：燃料燃烧的理论空气量计算例：某燃烧装置采用重油作燃料，重油成分分析结果如下（按质量）C：88.3%，H：9.5%,S：1.6%，灰分：0.10%。试确定燃烧1kg重油所需的理论空气量。解：以1kg重油燃烧为基础，则：第76页/共92页

重量（g）摩尔数（mol）需氧量（mol）C88373．5873．58H9547．523．75S160．50．5H2O0．50．02780燃料燃烧的理论空气量第77页/共92页理论需氧量为：73.58+23.75+0.5=97.83mol/kg重油假定空气中N2与O2的摩尔比为3.76(体积比)

则，理论空气量为：

mol/kg重油即Nm3/kg重油燃料燃烧的理论空气量第78页/共92页例题2.燃料燃烧的理论空气量第79页/共92页

空燃比（AF）定义：单位质量燃料燃烧所需的空气质量，它可由燃烧方程直接求得。例如，甲烷在理想空气量下的完全燃烧：CH4＋2O2＋7.56N2→CO2＋7.56N2空燃比：AF=2×32＋7.56×28/1×16=17.2汽油（～C8H18）的理论空燃比为15纯碳的理论空燃比约为11.5第80页/共92页2、燃料燃烧的过剩空气量空气过剩系数：实际空气量与理论空气量之比。以

表示，通常>1部分炉型的空气过剩系数第81页/共92页二、烟气量计算１.理论烟气体积（标准状态）在理论空气量下，燃料完全燃烧所生成的烟气体积称为理论烟气体积。以Vfg0表示，烟气成分主要是CO2、SO2、N2和水蒸气。包括：干烟气：除水蒸气以外的成分称为干烟气；湿烟气：包括水蒸气在内的烟气。Vfg0=V干烟气+V水蒸气V理论水蒸气=V燃料中氢燃烧后的水蒸气+V燃料中所含的水蒸气+V由供给理论空气量带入的水蒸气第82页/共92页2.烟气体积和密度的校正

燃烧产生的烟气其T、P总高于标态（273K、1atm）故需换算成标态。大多数烟气可视为理气，故可应用理气方程。设观测状态下（Ts、Ps下）：烟气的体积为Vs，密度为ρs。标态下（Tn、Pn下）：烟气的体积为Vn，密度为ρn。标态下体积为：标态下密度为：应指出，美国、日本和国际全球监测系统