燃烧劣质煤的探讨

第一篇：燃烧劣质煤的探讨

劣质煤的燃烧问题及其调整技术探讨我国的劣质煤储量丰富，开发和利用劣质煤是我国一项重要的能源政策。劣质煤的特点：水份高，灰份大，发热量低，挥发份低，着火点高等。火力发电厂在燃用劣质煤时，一方面，锅炉燃烧不稳，易引起锅炉灭火放炮事故；另一方面，为稳定燃烧需投油助燃，浪费了大量的燃油。同时，飞灰含碳量增大，锅炉效率降低，经济性差。此外，还存在燃用劣质煤，使锅炉易结焦，各受热面磨损严重，锅炉运行各参数不稳，运行人员调整工作量增大等问题。此外，劣质煤是火电厂锅炉运行人员最难调整，最头疼、最不愿燃用的煤种。焦作电厂670T/H锅炉燃煤种类很杂，先后燃用了焦作、山西、巩义、义马、新密等地方煤矿的劣质煤。下面就四角直流燃烧器锅炉在燃烧劣质煤时影响燃烧的因素和调整技术作初步探讨和研究。1 用劣质煤采用集中燃烧有利于提高炉膛温度，有利于煤粉着火燃烧(1)集中燃烧是烧好劣质煤的有效措施，理由是：(2)增加了煤粉的浓度，集中了燃烧的挥发物。(4)降低了着火区的过量空气。(5)燃烧中心集中，使火焰温度水平升高。煤愈差，一次风比例就越小，分散送风、送粉会使射流刚性变差，燃烧不易稳定，集中一次风布置后，气流射流刚性变强。(1)以上这些都有利于劣质煤的着火和燃烧，但一次风集中布置也带来两个问题：由于煤粉高度集中，可能出现着火、燃烧初期氧量不足的问题，在一次风喷嘴内加周界风量解决方法之一。(2)集中布置后喷口截面增大，不但喷嘴机械强度变差，易发生变形，同时也易出现速度不均，气粉分层等不良现象，可通过在喷嘴内加纵向或横向隔板来解决，由于隔板把一次风分割成多个小股射流，使气流扰动增强，有利于着火燃烧稳定。2 控制好一次风量有利于劣质煤的燃烧一次风量的大小对燃烧的着火影响较大，直流燃烧器煤粉着火，主要是依靠射流卷吸周围高温烟气对一次风的气粉混和物进行加热，一次风量愈大，要求加热至着火所需热量愈多，对着火不利。实践证明：当一次风量增加时，喷嘴出口附近火焰温度明显降低，着火推迟，再加上劣质煤着火温度本来就较高，因此在调整时，对劣质煤在煤粉管道不积粉堵管的前提下，应尽可能降低一次风比例，这样就有利于劣质煤的燃烧。3 调整好一次风速有利于劣质煤的燃烧燃烧劣质煤时，一次风速过高或过低都是不合适的，一次速过高，会推迟着火，引起燃烧不稳定，而且较粗的煤粉因惯性过大易穿过剧烈的燃烧区而落下或逸走，形成机械不完全燃烧损失，有时甚至喷射到炉墙上引起结焦，一次风速过低亦是不利的，原因在于：(1)煤粉气流刚性削弱，气流稳定性变差扰动又不强烈，火焰容易摆动，切圆形成不佳。(2)抽吸周围高温烟气量减少，降低煤粉气流着火前的加热强度。(3)易产生气粉分层和气粉分布不均，堵塞一次风管等不良现象。(4)燃料如能着火，则因着火点距离喷嘴较近，容易燃坏喷嘴。因此，对于低挥发份无烟煤宜选择低限来调试，以选择最佳一次风速。4 控制好二次风与一次风交汇点有利于劣质煤燃烧的稳定性采用一次风集中送粉的措施后，二次风往往有如下布置形式：一次风下设置二次风，一次风上设置中二次风及上二次风，根据着火三角形原理，二次风应该在煤粉火焰边缘着火后和一次风相交，以实现分段送风的目的，煤种愈差，就愈难着火，交点相应要推迟，控制二次风和一次风相交的是手段是：二次风嘴的角度、风速及一、二次风嘴间的距离，在燃烧器结构一定的情况下，可用控制二次风速的大小来调节一、二风的交点距离，至于一、二次风喷嘴的距离它对燃烧影响颇大，间距太近时，对一、二次风干扰太大，一、二次风相交提前，影响稳定燃烧，此时只好降低二次风速运行，因而容易造成炉膛空气过量系数偏低现象，这会影响锅炉出力及效率，因此，对挥发份较低的无烟煤在结构一定情况下，燃烧不稳时，应将距离一次风速较近的二次风速降下来，以不至于一、二次风相交过早而造成燃烧不稳。5 合理分配各层二次风有利于劣质煤稳定燃烧燃烬锅炉在燃用劣质煤时，各层二次风的分配比例对保证锅炉的稳定燃烧起着至关重要的作用。调整时一般采用下少上多的二次风分配方式即所谓的“倒宝塔形”配风，下二次风的作用是：(1)分段送入空气，使下侧煤粉火焰燃烧。(2)第二托起煤粉气流中分离出来的粉粒，减少灰渣未燃烬损失，实践表明，随着下二次风率增加，炉膛中心温度和下部温度均有所提高，飞灰、炉渣可燃物逐渐下降，在燃用挥发份较低的煤时，应将下二次风适当减少，以提高燃烧稳定性。为避免风量减少引起出口风速减小，以提高燃烧稳定性。为避免风量减小后引起风速过低，导致落灰可燃物增加，一般当燃烧能够保持稳定的前提下，下二次风量不宜过小，以保证燃烧的经济性。因为煤粉火焰着火后转弯向上，因此下二次风量不能太多，一般下二次风为总二次风量的20%-25%，但要保持一定的风速，上中二次风速在40-50M/S范围才能有力的穿透煤粉火焰达到补氧托粉的目的。在燃烧劣质煤的实际运行调整中，由于中二次风一般离相邻的一次风距离较小，当其风量过大，风速过高时，该气流将过多地与一次风气流相混合，影响煤粉着火燃烧。另外，由于该喷燃口与相互间距较小的一次风口紧密连在一起，当风量风速过大时，将使燃烧器出口气流屏的背火面补气条件更差，加剧一次风煤粉偏转靠墙，促使煤粉离析，所以适当降低中二次风的风量，风速有助于提高燃烬度，降低炉渣可燃物。在燃烧劣质煤的实际运行调整中，电负荷在140~160MW时，第四层火嘴全停运，投一、二、三层火嘴情况下，保持上上二次风较小，上下二次风较大的配风方式较好，其上下二次风率约为上上二次风率的两倍，分析认为，由于第四层火嘴停运，使得上下喷口的二次风到一次风的距离增加较多，在上下均等配风工况下，该喷口风量、风速相应减少，其动量较弱，使一、二次风混合过迟，当采用上小下大的配风方式时，随着上下层喷口风量、风速的提高，将使着火后的煤粉气流及时同二次风相混合，加速扩散燃烧，提高燃烬度，飞灰炉渣可燃物下降，因此，在140~160MW时，上排二次风采用上下下大的配风方式有利燃烧稳定和燃烧完全。对于四层火嘴全部投运，满负荷运行中，应采用上下二次风均等配风或上大下小的风量分配方式为宜，分析认为，由于第四层火嘴投运，此时上下二次风到一次风气流的距离相应减少较多，因此上下二次风量不宜过大，否则将导致一次风中混入二次风量过多，影响着火燃烧特别是燃用高灰份低挥发份的劣质煤时影响更大。6 对于中间储仓热风送粉制粉系统，在燃烧劣质煤时，应采取的措施燃用劣质煤时，由于水份和灰份较高，制粉系统有漏风较大，使得三次风量和风速往往比设计值高得多，大量的三次风喷入对燃烧的影响主要有：(1)使炉膛火焰温度降低，着火推迟，燃烧不稳定。(2)大量高速、低温的三次风穿入火焰，扰乱了炉内正常的空气动力场，易引起气流贴壁结焦现象。(3)降低了火焰温度，恶化了燃烧条件，使飞灰可燃物增加。(4)当三次风中细粉较多时，会使火焰拖长，使炉膛出口烟温及过热蒸汽温度均偏高。一般希望燃烧劣质煤时，把三次风量调整至不大于30％，三次风速不大于60m/s，但燃用水分较高的煤种时，实际运行三次风量往往比此值高，要保证在燃烧劣质煤时燃烧稳定，减少三次风的不良影响，就要尽量降低三次风量和风速。降低三次风量可以采取以下措施：(1)减少制粉系统的漏风，往往会收到较好的效果。(2)提高干燥煤粉的热风温度也能降低乏气量，在燃用多水劣质煤时，希望尽量高的热风温度，从结构布置多些空气预热器受热面，这不但对强化燃烧稳定着火有利，而且能有效降低三次风量。(3)在保证磨煤机出口温度（即：干燥出力足够）的情况下，尽量投入三次风再循环，把制粉系统的乏气抽出部分送至磨煤机入口再循环，可以有效降低三次风量。(4)在粉位正常情况下，尽量减少运行制粉系统的套数是减少三次风量最有效的方法。或节流排粉机挡板的开度，以减少三次风量。三次风的合理布置，处理能把煤粉系统乏气中煤粉烧掉外，还能加强对火焰中心的扰动，有利于煤粉火焰的燃烬，我厂三次风分两层布置喷燃器的最上方，当细粉分离器工作良好时，三次风带粉量不多时，可加强火焰尾部扰动，降低飞灰可燃物含量。我厂上三次下倾角设计为10℃，下三次风下倾角设计为7.5℃，由于上三次风下倾角较大，对燃烧扰动动力强，煤愈差，其影响愈明显，所以，在燃烧劣质煤和负荷低时，要尽量避免上三次风所在的制粉系统的运行，我厂甲、丁制粉系统所带的乏气是上三次风，所以在燃烧劣质煤时，在粉位允许的条件下，尽量避免或减少甲、丁制粉系统运行时间。此外，在燃用劣质煤时，制备较细的煤粉，有利于低挥发份煤的着火，燃烧和燃烬。因此，制粉系统在运行中必须严格控制煤粉细度，为锅炉稳定燃烧打下良好的基础。这一点在燃烧劣质煤时显得尤为重要。7 燃用劣质煤时要时刻注意防止锅炉结焦(1)对易结焦的劣质煤，采用较小的假想切圆直径是合适的。因为假想切圆直径较大时，气流易贴边，虽然气流贴边并不意味着结焦，还应考虑两相气流的运行特点，由于气流旋转会出现气粉分离的特点，即在炉墙四周会出现煤粉颗粒较集中的现象，如果在有较大的冲向炉墙的风速，则会容易带动煤粉结焦。热态时因气流膨胀，实际切圆直径较冷态设计切圆直径大许多，而且炉内最大旋转速度亦较冷态高许多，切高温区靠近炉壁四周，因而过大的切圆直径使得出现结焦的可能性增加。(2)下、中二次风量可关小些，上二次风可开大些，使下部气流贴边少，上部扰动增强。(3)对结焦严重的煤种，四角一次风速要配比均匀，在保证炉膛燃烧稳定情况下，均衡各层给粉机的转速，以降低局部热负荷使炉内温度场趋于均匀。(4)在保证炉膛温度情况下，合理布置卫燃带位置，一般情况应将卫燃带布置偏下，并分割成许多小块，这样可以有效地避免炉膛上部粘结大焦而掉下对燃烧造成强烈扰动，甚至造成锅炉灭火的发生。(5)保证炉壁四周有足够的过量空气，因为在氧气不足的还原性气氛中，灰熔点有时会下降150－200℃，易产生结焦，为此，除要有合适的空气动力场外，还要求四角一、二次风及煤粉分布要均匀，避免形成局部的高煤粉浓度而缺氧燃烧。为此，要积极采用高新技术，给锅炉燃烧调整配备能显示瞬时一、二次风速及煤粉浓度的锅炉优化燃烧微机显示系统（西安热工研究所研制）。该系统通过在我厂近几年的投入运行，效果良好，给司炉燃烧调整带来很大方便，有效地防止四角一、二次风速不均而造成的火焰中心偏斜问题，从而防止了火焰偏斜引起的结焦问题。在实际运行中，判断炉内火焰中心是否偏斜，应以汽包两侧水位是否平衡为依据，不能以炉膛出口两侧烟温是否平衡为标准。(6)燃用劣质煤时，在需要投油稳燃时，常常存在煤、油混燃的工矿，如果煤、油在同一燃烧器上混燃，常常会出现严重结焦现象，这是由于油的燃烧性能好，着火后很快放出大部分热量，使火焰中心温度升高，另一方面是因为一次风大部分都被油燃烧消耗掉，使煤粉的不到着火所需要得一次风量，即所谓的“油枪风”现象，其结果使煤粉燃烧推迟，飞灰可燃物含量增加，并且在炉膛的局部地区产生还原性气氛，使灰的熔点降低，使该处的结焦可能性大大增加。由于上述原因，如果需要稳定燃烧投油时，应尽量避免在同一只燃烧器上进行煤、油混烧，而宜投入煤粉燃烧器下面的油枪进行稳定煤粉的着火燃烧，从而避免煤、油混烧而产生的局部结焦现象的发生。8 燃用劣质煤时，要注意控制过热器的超温锅炉在燃用高灰份、低挥发份的劣质煤时，由于以下原因易使过热器超温和超温爆管(1)劣质煤着火迟，使火焰延长。(2)因烧劣质煤时，投粉量大，使得磨煤机系统难以适应，煤粉往往变粗，这也会使火焰拖长。(3)多灰煤粉所需的燃烬时间较长。(4)劣质煤的水份较高时，制粉所产生的三次风量增大。(5)劣质煤结焦性强时，造成水冷壁吸热减少，炉膛出口烟温偏高。以上这些原因都将会导致燃烧延迟，火焰中心上移，炉膛出口烟温及出口烟气的均匀性变差。因此，在烧劣质煤时，要注意过热器和再热器管壁温度的监视，注意是否有管壁超温和热偏差现象的存在，如果存在超温现象要及时采取有效措施，当减温水量不足时，要及时调整燃烧，调整无效时要降低锅炉负荷运行，以确保过热器的安全运行。总之，劣质煤的燃烧及其调整存在着一系列复杂的理论和技术问题，还有待我们今后的工作中不断摸索和探讨，不断学习，不断总结经验，为锅炉的安全经济运行贡献自己的力量。

第二篇：浅谈煤燃烧

浅谈煤燃烧的发展现状与趋势

我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，也是世界上为数不多的以煤炭为主要一次能源的国家之一。煤炭在我国能源消费结构中的比例一直很高，1959年是94．7％，1976年为最低点69．9％，自20世纪9o年代以来，一直在75％ ～76％之间。当前，煤炭为我国提供了70％以上的发电燃料，60％的化工原料和80％的民用燃料。根据预测，到2015年，煤炭还要占62．6％，即使到了2050年，煤炭仍占50％ 以上。因此，在相当长的一个时期内，我国以煤为主的能源消费结构将难以改变。但是，煤炭的利用效率不高和由燃烧造成的环境污染一直是制约我国可持续发展的最重要的因素之一。

煤碳的燃烧过程： 煤从进入炉膛到燃烧完毕，一般经历四个阶段：水分蒸发，当温度达到105℃左右时，水分全部被蒸发；挥发物着火阶段，煤不断吸收热量后，温度继续上升，挥发物随之析出，当温度达到着火点时，挥发物开始燃烧。挥发物燃烧速度快，一般只为煤整个燃烧时间的1/10左右；焦碳燃烧阶段，煤中的挥发物着火燃烧后，余下的碳和灰组成的固体物便是焦碳。此时焦碳温度上升很快，固定碳剧烈燃烧，放出大量的热量。煤的燃烧速度和燃烬程度主要取决于这个阶段；燃烬阶段，这个阶段使灰渣中的焦碳尽量烧完，以降低锅炉热损失，提高效率。良好燃烧必须具备三个条件：

1、温度。温度越高，化学反应速度快，燃烧就愈快。层燃炉温度通常在1100~1300℃。

2、空气。空气冲刷碳表面的速度愈快，碳和氧接触越好，燃烧就愈快。

3、时间。要使煤在炉膛内有足够的燃烧时间。碳燃烧时在其周围包上一层灰壳，碳燃烧形成的一氧化碳和二氧化碳往往透过灰壳向外四周扩散运动，其中一氧化碳遇到氧后又继续燃烧形成二氧化碳。也即，碳粒燃烧时，灰壳外包围着一氧化碳和二氧化碳两层气体，空气中的氧必须穿过外壳才能与碳接触。因此，加大送风，增加空气冲刷碳粒的速度，就容易把外包层的气体带走；同时加强机械拨动，就可破坏灰壳，促使氧气与碳直接接触，加快燃烧速度。如果氧气不充足，搅动不够，煤就烧不透，造成灰渣中有许多未参与燃烧的碳核，另外还会使一部分一氧化碳在炉膛中没有燃烧就随烟气排出。对于大块煤，必须有较长的燃烧时间，停留时间过短，燃烧不完全。因此，实际运行中，一般采取供给充足的氧气，采用炉拱和二次风来加强扰动，提高燃烧温度，炉膛不宜过小等措施保证煤充分燃烧。煤质对锅炉稳定燃烧的影响： 煤的发热量是反映煤质好坏的一个重要指标，当煤的发热量低到一定数值时，不仅会影响燃烧不稳定不完全，而且会导致锅炉熄火，使锅炉出口温度很难达标，影响正常供热。挥发分在较低温度下能够析出和燃烧，随着燃烧放热，焦碳粒的温度迅速提高，为其着火和燃烧提供了极其有利的条件，另外挥发分的析出又增加了焦碳内部空隙和外部反应面积，有利于提高焦碳的燃烧速度。因此，挥发分含量越大，煤中难燃的固定碳成分越少，煤粉越容易燃烬，挥发分析出的空隙多，增大反应表面积，使燃烧反应加快。挥发份含量降低时，煤粉气流着火温度显著升高，着火热随之增大，着火困难，达到着火所需的时间变长，燃烧稳定性降低，火焰中心上移，炉膛辐射受热面吸收的热量减少，对流受热面吸收的热量增加，尾部排烟温度升高，排烟损失增大。煤的灰份在燃烧过程中不但不会发出热量，而且还要吸收热量。灰分含量越大，发热量越低，容易导致着火困难和着火延迟，同时炉膛温度降低，煤的燃烬程度降低，造成的飞灰可燃物高。灰分含量增大，碳粒可能被灰层包裹，碳粒表面燃烧速度降低，火焰传播速度减小，造成燃烧不良。另外飞灰浓度增高，使锅炉受热面特别是省煤器、空气预热器等处的磨损加剧，除尘量增加，锅炉飞灰和炉渣物理热损失增大，降低了锅炉的热效率。有关资料显示，平均灰份从13%上升到18%，锅炉的强迫停运率将从1.3%上升到7.54%。煤的颗粒度对锅炉的燃烧有很大影响。颗粒度过大时，煤块在锅炉内燃烧时停留时间过短，煤炭中的焦碳没有完全燃烬，炉渣中的含碳量增大，增加了锅炉炉渣的物理热损失；颗粒度过小时，细煤粉在炉排上燃烧时通风不好，碳与氧不能很好地接触发生化学反应，易形成黑带，同时细煤粉也易被空气吹起，很快随着烟气被带走，增加了锅炉烟气中的飞灰热损失。因此要根据煤炭颗粒度合理调整给风量。煤的含水量在一定的含量限度内与挥发分对燃煤的着火特性影响一致，少量水分对着火有利，从燃烧动力学角度看，在高温火焰水蒸气对燃烧具有催化作用，可以加速煤粉焦碳的燃烧，可以提高火焰黑度，加强燃烧室炉壁的辐射换热。另外，水蒸气分解时产生的氢分子和氢氧根可以提高火焰的热传导率。但水分含量过大时，着火热也随之增大，同时由于一部分燃烧热热耗在加热水分并使其汽化和过热也降低了炉内烟气温度，从而使煤粉气流吸卷的烟气温度以及火焰对煤粉的辐射热都降低，这对着火不利。煤中杂质不仅会吸收煤燃烧生产的热量，降低锅炉热效率，增大锅炉运行时的除渣除灰量，而且对锅炉的安全运行带来很大危害。

煤炭在锅炉内燃烧放出的热量，将水加热成具有一定压力和温度的蒸汽，然后蒸汽沿道进入汽轮机膨胀做功，带动发电机一起高速旋转，从而发电。在汽轮机中做完功的蒸汽排入冷汽器中并凝结成水，然后被凝结水泵送入除氧器。水在除氧器中被来自抽气管的汽轮机抽汽加热并除去所含气体，最后又被给水泵送回锅炉中重复参加上述循环过程。显然，在这种火力发电厂中存在着三种型式的能量转换过程：在锅炉中煤的化学能转变成热能，在汽轮机中热能转变为机械能，在发电机中机械能转换成电能。进行能量转换的主要设备----锅炉、汽轮机和发电机，被称为燃烧发电厂的三大主机，而锅炉则是三大主机中最基本的能量转换设备。

不过，在送进锅炉烧灼之前，还需要由磨煤机将煤炭磨成不规则的细小煤炭颗粒，其颗粒平均在0.05-0.01mm，其中20-50um（微米）以下的颗粒占绝大多数。这是因为煤粉颗粒很小，表面很大，能吸附大量的空气，且具有一般固体所未有的性质----流动性。煤粉的粒度赵小，含湿量越小，其流动性也越好，但煤粉的颗粒过小细小或过于干燥，则会产生煤粉自流现象，使给煤机工作特性不稳，给锅炉运行的调整操作造成困难。另外煤粉与氧气接触而氧化，在一定可能发生煤粉自燃。在制粉系统中，煤粉是由于气体来输送的，气体和煤粉的混合物一火花就会使火源扩大而产生较大压力，从而造成煤粉的爆炸。

由煤粉制备系统制成的的煤粉经煤粉燃烧进入炉内，燃烧器是煤粉炉的主要燃烧设备。燃烧器的作用有三个：一是保证煤粉气流喷入炉膛后迅速着火,二是使一、二次风能够强烈混合以保证煤粉充分燃烧，三是让火焰充满炉泻膛而减少死滞区。煤粉分流经燃烧器进入炉膛后，便开始了煤的燃烧过程。燃烧过程的三个阶段与其他炉型大体相同，所不同的是，这种炉型燃烧前的准备阶段和燃烧阶段时间很短，而燃尽阶段时间相对较长。

研究表明，煤及燃煤产物中的Hg、Cr、Cd的淋出浓度高于国家的水质标准，其对水体的污染应引起高度重视。Mn、Zn、Cl的总淋出浓度都明显低于地面水和饮用水国家标准；本次实验样品中Pb、Cu、Ni、Co等有害元素含量低，且主要是与粘土矿物或煤大分子结合，因此没有被淋滤出来。所以，Mn、Cl、Zn、Pb、Cu、Co、Ni等元素在浓度较低或主要与粘土矿物及煤大分子结合的情况下，淋出浓度低或不能淋出，因此对环境影响不大。这些成果对于预测、预防煤及燃煤产物中有害元素的环境污染具有实际指导意义。

（6）对脱矿镜煤和丝炭中微量元素的分布研究表明，有害元素Co、Cr、Sb、U、Th、V等主要富集在镜煤中，Hg、Zn等主要与丝炭有关，而As等其它有害元素的含量与丝炭和镜煤的关系不明显；镜煤由于凝胶化作用强烈而富集了水溶性较强的V、U、Th、Cr、Fe、Br等元素；未脱矿镜煤和丝炭中的元素可通过酸处理而脱出，这为制备高纯煤提供了依据。

（7）对中国煤中氯，特别是山西平朔煤中氯的分布特征研究表明，绝大多数中国煤不是高氯煤，且中国北方煤中的氯含量比南方煤高，这可能与气候有关；平朔煤中的氯主要以无机态形式赋存在镜质组和惰质组中，而壳质组中氯含量较低。

煤炭资源是大自然赋予人类的财富，它的总储量是有限的，在不断使用中逐渐减少。所以如何合理高效利用煤是当今我们所面对的非常紧迫的问题，如何提高燃煤机组效率成了解决这一问题的关键。同时，随着我国电力行业改革的不断深入，即厂网分开，竞价上网，要使发电企业在行业中立住足、立稳足，就必须大力降低发电成本。而发电成本的主要构成因素就是发电煤耗，所以降低火力发电厂的煤耗成了现代发电企业关注的问题。

第三篇：煤的清洁燃烧技术

煤的先进清洁燃烧技术介绍

【摘要】中国作为世界上最大的发展中国家，每年都需要燃烧大量的煤。据可靠统计，2013年中国煤的燃烧量达到了36亿吨，比世界其他国家燃煤量的总和还要多。大量煤的燃烧不仅使中国煤炭资源急剧减少，而且严重污染了大气环境，所以发展煤的清洁燃烧技术迫在眉睫。本文从煤的污染物的产生原因和防止措施出发，详细介绍了当前比较先进的煤炭清洁燃烧技术。

【关键词】煤 燃烧 清洁

一、引言

燃烧是当今世界的主要能源来源，超过85％的全球一次能源消费都是由化石燃料的燃烧提供的。然而，全球能源需求量的不断增长与有限的化石能源储量之间存在着严重的矛盾，从而引发了一系列政治、经济和社会问题；化石燃料燃烧所排放的大量颗粒物、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等大气污染物还会影响环境安全和人类健康。因此，如何实现高效清洁的燃烧已经成为包括我国在内的世界各国所面临的重大问题。

二、直接燃煤是我国城乡大气污染的主要原因

由于传统的燃煤方式和煤炭加工过程中产生大量的污染物，必然会导致严重的大气污染、酸雨和水污染，甚至造成生态环境与自然植物的破坏，特别是以煤为主要能源的动力燃料的消耗。每年我国电站锅炉、工业炉窑与工业锅炉，仅发电与其它工业耗煤就占了煤炭总消费量的2／3左右，而用于民用生活仅占1／10左右，用于城市供热的占不到1／20。因此，长期以来我国在能源生产与消费中，以煤炭作为主要能源而直接燃烧，又正是造成我国严重大气污染的主要原因之一。

三、煤粉富氧燃烧技术

燃烧中碳捕集即富氧燃烧技术，它是在现有电站锅炉系统基础上，用高纯度的氧气代替助燃空气，同时辅助以烟循环的燃烧技术，可获得高达富含80％体积浓度的C02烟气，从而以较小的代价冷凝压缩后实现C02的永久封存或资源化利用：具有相对成本低、易规模化、可改造存量机组等诸多优势，被认为是最可能大规模推广和商业化的CCUS技术之一。其系统流程：由空气分离装置(ASU)制取的高纯度氧气(02纯度95％以上)，按一定的比例与循环回来的部分锅炉尾部烟气混合，完成与常规空气燃烧方式类似的燃烧过程，锅炉尾部排出的具有高浓度C02的烟气产物，经烟气净化系统(FGCD)净化处理后，再进入压缩纯化装置(CPU)，最终得到高纯度的液态C02，以备运输、利用和埋存。

国际能源署在减少温室气体排放的研究与开发计划中明确指出，在全球能源与电力生产如此多样化的今天，不能仅用一种方法来达到减少和控制 CO2 排放的目的，应采用不同的方法或相互的结合来适应各种不同的燃料资源、环境和地区的具体条件。从技术创新角度来说，可采用提高电站的效率、采用超高参数的发电机组、联合循环等方法;而从燃煤烟气产物中捕集CO2、储存和利用这些高浓度 CO2被认为是近期内减缓CO2 排放的根本方法，也是真正实现无碳化、低碳化较为可行的措施与技术。中国在发展空间受制、减排压力不断增大的严峻挑战下，积极推动温室气体减排与控制技术的研究与应用尤为重要。

四、浓淡燃烧技术

煤粉浓淡燃烧技术是指通过一定的措施把一次风分成煤粉浓度高的浓气流和煤粉浓度低的淡气流喷入炉内进行燃烧。理论和实践均证明：采用浓淡燃烧技术可提高煤粉着火的稳定性和有效地降低 NOx 排放量。NOx 生成机理： 再燃区： XN+NO →N2+XN CH+NO →XN（NH3＋NO＋HCN）燃尽区：

XN＋NO →N2＋NO XN＋NO →N2＋HCN XN＋NH3 →NO＋N2

从水平浓淡燃烧器的燃烧过程来看，浓侧煤粉气流先着火，然后是淡侧气流的混入，然后才是与二次风的混合，因此从燃烧过程看，它属于分级燃烧，有利于降低锅炉机组的 NOx 排放量；一次风煤粉气流经过浓缩器分离后，浓侧煤粉气流内浓度高，含粉量大，空气量变化不大，浓侧一次风气流中的空气量仅仅能维持煤粉内挥发份的着火和燃烧，燃料相对较多，即过量空气系数小，属于缺氧燃烧，燃烧温度低，故燃料型 NOx 和热力型 NOx 都低，因而能大大降低NOx 的排放量；而在淡侧由于空气量相对较大，属于富氧燃烧，燃烧温度也低，热力型 NOx 生成也少。这样水平浓淡燃烧器就能从总体上控制热力型 NOx，降低锅炉机组的 NOx 等污染物的排放量，根据研究，采用分级燃烧，最高可降低 NOx 30%~40%。经工业性试验表明，对于不同的煤种，采用水平浓淡煤粉燃烧技术可以将 NOx 的排放量控制在以下范围：无烟煤 <650mg/mn3，贫煤 <550mg/mn3，烟<450mg/mn3，达到国家排放标准。

五、新型催化法脱硫（催化剂梯级再生）

新型催化法烟气脱硫技术是在传统的炭法脱硫技术的基础上发展而成的。由四川大学采用特殊工艺技术，开发出低温高催化活性的 新型催化剂及脱硫工艺与设备，集成为新型催化法 烟气脱硫成套技术。该技术的开发成功改变了我国烟气脱硫环保产业现状，为广大用户提供了独创的具有自主知识产权的技术。新型催化法基本原理，烟气中的SO２、H２O、O２被吸附在催化剂的孔隙中，在活性组分的催化作用下变为具有活性的分子，同时反应生成 H２SO４，催化反应生成的硫酸富集在催化剂孔隙内，当脱硫一段时间，孔隙能在硫酸达到饱和后再生，释放出催化剂的活性位，催化剂的脱硫能力得到恢复。生成的副产品 H２SO４以不同浓度返回工艺系统，最终制得硫酸溶液，无有害物质进入环境中。其脱硫反应原理如下: SO２（ｇ）→SO２*（1）O２（ｇ）→O２ *（2）H２O（ｇ）→H２O*（3）SO２ * ＋1/2O２ * →SO３ *（4）SO３ * ＋H２O* →H２SO４ *（5）式中 * 代表吸附态。

新型催化法脱硫工艺流程见图 １

脱硫塔经过再生后是可以反复循环使用的，这是新型催化法最大的技术优势。循环使用使得该技术运行成本远远低于其他脱硫技术。

六、结束语

中国是一个能源大国，但又是一个能源贫国。中国的人均能源资源占有量为全世界人均水平的1/2，仅为美国人均水平的1/10。而且，能源结构的组成75％以上是煤，从传统的能源消费与开采情况看，中国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，占全世界煤产量的1/4。中国的煤炭资源有量超过一万亿吨，居世界第三位，再加上地下1500米以内的深层资源，总量估计可达5万亿吨，从而成为我国分布最广，最为丰富的矿物能源。因此，在相当一段时间内我国以煤为主的能源结构将不会改变，煤炭仍然将是当今和今后中国能源的一个最重要的组成，所以煤的清洁燃烧技术的研究与应用对我国发展的意义是不言而喻的。

七、拓展 一种水基燃烧新技术及其清除海洋油污应用

基于海水的长时间燃烧技术原理

提出的基于海水的长时间燃烧新技术，是一种二元激活式的水基燃烧技术。它同时以使用海域的海水和空气为激活条件而引发预设的燃烧，并且无需额外的点火装置，仅利用其自身特定的化学自持点火扳机反应，在使用区域的气水界面自行引燃。该技术的核心部分，主要包括主剂反应、副剂反应、燃烧程度和安全性等部分。

⑴主剂反应

选择特殊性能的主剂，与天然海水发生化学反应，以产生燃烧所需的大量易燃气，并且可通过对主剂粒径分布的设计，来控制易燃气的生成速率与反应持续时间。

⑵副剂反应

选择特种材料作为副剂，按一定比例掺杂在主剂中，起“点火扳机 ”的作用，副剂与水反应生成点火气体，同时提供点火能量，从而在水-气两相界面处发生“点火反应 ”放热燃烧产生明火，引燃水上的易燃气体。

⑶燃烧程度

通过对副剂外层进行覆膜等处理，利用不同的覆膜厚度，可控制点火时间的长短，结合不同粒径主剂反应与连续的副剂点火反应形成的持续燃烧，或通过较小粒径的主剂和单一覆膜厚度的副剂组成的由短暂、强烈的主剂反应和集中的副剂点火反应形成的剧烈燃烧。⑷安全性

该技术使用天然海水与空气作为二元激活组分，即缺少其中任一组分都不会发生燃烧或爆炸，从其技术原理上即可以保证使用安全可靠，而且可保证使用后的残留物与海水天然组分一致，因此还能实现环境友好。

上述原理表明，该燃烧技术易于有效形成强度与范围可控、作用时间可调、不受天气条件影响的水基燃烧，并可通过空中、水面或水下投放等多种方式使用，具有成本低廉、使用后残留物又无污染或者低污染等优越性。特别是，其最重要的持续燃烧时间这一关键特性可实现人为控制，这是由以下两方面原因决定的:一是其易燃气体可实现长时间持续供给，这是它的火焰可以持续存在的原料基础。根据某易燃气体在空气中的燃烧速率和某主剂水化反应速率，可得出维持持续燃烧所需的主剂总量，也就是说主剂的总量是直接决定火焰持续存在的时间长短。二是其点火扳机可实现长时间的持续点火作用，这是确保其火焰持续存在的重要条件。显然，有了易燃气体的长时间持续供给这一前提，再要确保其火焰一定能够持续存在，便可通过其点火扳机在该时段内一直进行副剂强烈的水化反应而释放能量产生明火。前述水基燃烧原理表明，通过对副剂的覆膜等处理，完全可以满足这一需求。

正是因为该技术的燃烧持续时间可根据需求进行设定，保证实现长时间的持续燃烧，从而可对海洋油污层进行不断加热和点燃，确保即使对厚度很小的油层也可使其燃烧殆尽，达到有效清除的目的。

第四篇：煤的先进燃烧技术（最终版）

煤的先进燃烧技术

化艺1101

苗蓓

目前，在我国的能源消费结构中，煤炭是第一能源，以煤、石油、和天然气为主的化石燃料的使用也随之带来一系列的环境问题。煤是最重要的固体燃料，它是一种不均匀的有机燃料，主要由植物的部分分解和变质形成的，所以其形成要经历一段很长的时期，常常是处于高压覆盖层以及较高的温度条件。而在燃烧过程中，煤的发热量低，灰分含量高，含硫量虽然比重油低，但为获得同样热量所耗煤量要大的多，所以产生的硫氧化物反而可能更多。煤的含氮量约比重油高5倍，因而氮氧化物生成量也高于重油，此外煤的燃烧还会带来汞、砷等微量重金属类污染，氟、氯等卤素污染和低水平的放射性污染。因此，采用先进的燃烧技术可以使煤充分燃烧，产生的污染会随之减少。

控制NOx 排放的技术措施可以分为两类，一是所谓的源头控制，其特征是通过各种技术手段，控制燃烧过程中NOx 的生成反应，另一类是所谓的尾部控制，其特征是把已经生成的NOx 通过某种手段还原为N2，从而降低NOx 的排放量。低NOx 燃烧技术措施一直是应用最广泛的措施，即便为满足排放标准的要求不得不使用尾气净化装置，仍需采用它来降低净化装置入口的NOx浓度，已达到节省费用的目的。从20世纪50年代起，人们就开始了燃烧过程中氮氧化物生成机理和控制方法的研究，到70年代末和80年代，低NOx 燃烧技术的研究和开发达到高潮，开发出低NOx 燃烧器等。90年代后，已开发的低NOx 燃烧器经过大量改进和优化，日臻完善。

一、低NOx 燃烧技术

目前工业采用的低NOx 燃烧技术主要包括低氧技术、烟气循环燃烧、分段燃烧和浓淡燃烧技术等。

1、低氧燃烧技术

NOx 排放量随着炉内空气量的增加而增加，为了降低其含量，锅炉应在炉内空气量较低的工况下运行，一般来说，可以降低15%-20%。锅炉采用低空气过剩系数运行技术，不仅可以降低NOx，还减少了锅炉排烟热损失，提高锅炉热效率。需要说明的是，由于采用低空气过剩系数会导致一氧化碳、碳氢化合物以及炭黑等污染物相应增多，飞灰中可燃物质也可能增加，从而使燃烧效率下降，故电站锅炉实际运行时的空气过剩系数不能做大幅度调整。因此，在低空气过剩系数燃烧时，必须同时满足过路盒燃烧效率较高、而一氧化氮等有害物质最少的要求。

我国燃用烟煤的电站锅炉多数设计在空气过剩系数为1.17-1.20（氧含量为3.5%-4.0%）下运行，此时一氧化碳含量为（30-40）*10^-6；若氧含量降到3.0%以下，则一氧化碳含量将急剧增加，不仅导致化学不完全燃烧损失增大，而且会引起炉内的结渣和腐蚀。因此，以炉内含氧量3%以上或一氧化碳含量等于2*10„^-4作为最小空气过剩系数的选择依据。

2、降低助燃空气预热温度

在工业实际操作中，经常利用尾气的废热预热进入燃烧器的空气。虽然这样有助于节约能源和提高火焰温度，但也导致氮氧化物排放量增加。实验数据表明，当燃烧空气由27℃预热至315℃，NO排放量将会增加三倍。降低助燃空气预热温度可降低火眼去的温度峰值，从而减少热力型NOx 生成量。实践表明，这一措施不宜用于燃煤、燃油锅炉；对于燃气锅炉，则有明显降低NOx 排放的效果。

3、烟气循环燃烧

烟气循环燃烧法将燃烧产生的部分烟气冷却后，再循环送回燃烧区，起到降低氧浓度和燃烧区温度的作用，以达到减少NO生成量的目的。烟气循环燃烧法主要减少热力型NOx 的生成量，适合热力型NOx 排放所占份额较大的液态排渣炉、燃油和燃气锅炉，对燃料型NOx 和瞬时NOx 的减少作用甚微。对固态排渣锅炉而言，大约80%的NO由燃料氢生成的，这种方法的作用就非常有限。

在使用中，烟气循环率在25%-40%的范围内最为适宜。通常的做法是从省煤器出口抽出烟气，加入二次风或者一次风中。加入二次风时，火焰中心不受影响，其唯一作用是降低火焰温度。对不分级的燃烧器，在一次风中加入循环烟气效果较好，但由于燃烧器附近的燃烧工矿会有所变化，要对燃烧过程进行调整。

4、分段燃烧技术

这种技术最早由美国在20世纪50年代发展起来。实验表明，较低的空气过剩系数有利于控制NOx 的形成，分段燃烧法控制氮氧化物就是利用这种原理。在分段燃烧装置中，燃料在接近理论空气量的条件下燃烧；通常空气总需要量—（一般为理论空气量的1.1-1.3倍）的85%-95%与燃料一起供到燃烧器，因为富燃料条件下的不完全燃烧，使得第一段燃烧的烟气温度较低，由于此时氧量不足，NOx 生成量很少。在燃烧装置的尾端，通过第二次空气，时的第一阶段剩余的不完全燃烧产物CO和CH完全燃尽。这时虽然氧过量，但由于烟气温度仍然较低，动力学上限制了NOx 的形成。应当指出，在较低空气过剩系数下，不利的燃料-空气分布可能出现，这将导致CO和粉尘排放量增加，使得燃烧效率降低。根据 分段燃烧原理所研制的各类燃气体、重油、粉煤燃料的烧嘴，以及分段燃烧技术在流化床上的应用，对降低废气排放中NOx 的含量，起到了很好作用。日本在这一领域的研究成果尤为显著。我国应大力开展这方面的科研与技术开发工作，以改善目前炉窑废气污染状况。DNOr—I型烧嘴的研制正是为了这一目的。试验表明，此烧嘴不仅具有较好的热工性能，而且对NOx 生成也具有较好的抑制功能。

5、再燃技术

再燃技术，即在炉膛的特定区域内注入再燃燃料（占燃料总量的10%-30%），再燃燃料需要使用微细的煤粉，在每个区域都需要保证充分的停留时间，才能达到完全燃烧。煤粉再燃技术又称为燃料分级或炉内还原技术，它是降低NO 排放的诸多炉内方法中最有效的措施之一。再燃技术是先将80%～85% 的燃料送人主燃区，在空气过量系数大于1的条件下燃烧，其余15% ～2O% 的燃料作为还原剂在主燃烧器的上部某一合适位置喷人形成再燃区，再燃区空气过量系数小于1（再燃区不仅使已生成的N0x 得到还原，同时还抑制了新的No 的生成，进一步降低NOx）。再燃区上方布置燃尽风以形成燃尽区，保证再燃区出口的未完全燃烧产物燃尽。再燃区的化学计量数对氮氧化物的减少程度有着显著的影响。改变化学计量数受到以下因素的限制：

1、各区域对火焰稳定性的要求；

2、加入再燃燃料引起的CO和未燃炭增加；

3、再燃区水管发生腐蚀的潜在风险。

使用再燃技术会给系统带来很大的灵活性，让电厂有能力控制N0x 的排放浓度。如果仅使用再燃风可以去除25%的N0x，再加入再燃燃料可以控制60%的排放。管理者能够根据不同的排放限制进行调整。

从原理上来说，任何碳氢燃料都可作为再燃燃料使用。但天然气在再燃中使用的最为广泛，煤炭也可作为再燃燃料。与天然气相比，使用煤炭的优势是价格较低而且减少了在燃煤电厂使用第二种燃料带来的系统复杂性。但使用煤炭作为再燃燃料通常需要在再燃区和燃尽区有相对较长的停留时间。在一些使用案例中，需要升级磨煤系统或者使用更细的煤，这些措施都提高了成本。

6、浓淡燃烧技术

通过将整个燃烧过程人为区分为燃气和空气配比不同的若干阶段，使燃气的燃烧分别在燃气过浓、燃气过淡和燃尽三个区域分阶段完成，从而达到在燃烧过程中一直NOx生成的目的。NOx的生成与空燃比有关。当空燃比接近1时，NOx的生成量最大。空燃比小于1时，由于氧浓度较低，燃烧过程缓慢，可抑制NOx的生成。当空燃比大于1.5时，由于燃烧温度较低，也能抑制NOx的生成。因此该类方法又称为非化学当量燃烧或者偏差燃烧。

通常燃料稀薄燃烧的燃烧器和燃料过浓燃烧的燃烧器互相配置交替使用，也可有效降低NOx的生成。在燃烧器多层不值得电厂锅炉，通过调整各层燃烧器的燃料和空气分配，既可降低NOx的浓度。实现浓淡偏差燃烧技术有两种方法，一是在总风量不变的条件下，调整上下燃烧器喷口的燃料和空气的比例，将气流中0.3-0.5g（煤粉）/kg(空气)的常规浓度提升至0.6-1.0kg（煤粉）/kg(空气)，例如W形火焰炉使用的旋风分离浓缩；另一种方法是使用浓淡燃烧型低氮燃烧器，下面简单介绍一下。

各种低NOx燃烧器依据一种原理或者几种原理的组合，仅仅采用空气分级燃烧的技术多为第二代低NOx燃烧器，采用燃料分级技术的燃烧技术多为第三代低NOx燃烧器。为了减少未完全燃烧造成的热损失，空气分级的特征是助燃空气分级进入燃烧装置，降低初始燃烧去的氧浓度，以降低火焰的峰值温度。空气分级燃烧一般有两类：一是整个燃烧室内的分级燃烧，另一类是单个燃烧器的分级燃烧。燃料分级燃烧中能形成二次火焰区，在这里还原部分已生成的NOx。延期再循环技术将烟气直接送到燃烧器，产生还原性气氛。目前有多种类型的低NOx燃烧器广泛应用于电站锅炉和大型工业锅炉。

1）、炉膛内整体空气分级的低NOx直流燃烧器

这种燃烧器与传统燃烧器的区别在于设置了一层或两层燃尽风喷口，一部分助燃空气（5%-30%)通过这些喷口进入炉膛。前面讲的分段燃烧技术是这种燃烧器的最早形式。这种燃烧器的主燃区处于空气过剩系数较低的工况，使得燃烧生成CO；而且燃料中的挥发分氮分解生成大量的HN、HCN、NH3以及NH2等，它们或相互复合生成N2或与生成的NOx发生还原反应，因而抑制了NOx的生成。在顶部引入的燃尽风用于保证燃料完全燃烧。

这类燃烧器要求：

a、合理的确定燃尽风（OFA）喷口与最上层煤粉喷口的距离，距离越大，分级效果越好，NO生成量的下降幅度大，但飞灰等可燃物浓度会增加。最佳距离的确定取决于炉膛结构和燃料种类。

b、燃尽风量要适当。风量大，分级效果好，但燃尽风量过大会引起一次燃烧区因严重缺氧而出现结渣和高温腐蚀。对于燃煤炉合理的燃尽风量约为20%左右，对燃油和燃气炉可以再高一些。

c、燃尽风应有足够高的流速，以便能与烟气充分混合。燃尽风一般有三种布置形式：强耦合式燃尽风、分离式燃尽风以及两者一起采用的形式。使用两层OFA时，为保证飞灰可燃物不至于升高过多，需将煤粉磨得更细一些，目前我国对此使用较少。OFA能减少NOx排放20%-60%。控制效果与燃煤性质、锅炉设计、燃烧器设计和初始NOx浓度有关。当煤中挥发分较高时，效果较好。一些新型的OFA方法能获得更好的去除效果。2）空气分级的低NOx旋流燃烧器

在这种燃烧器的出口，助燃空气便逐渐混入煤粉-空气射流。准确的控制燃烧器区域燃料与助燃空气的混合过程成为这种助燃器的技术关键，这种技术能控制燃料型NOx和热力型NOx的生成，同时又能具有较高的燃烧效率。通过良好的结构设计，合理地控制燃烧器喉部空气和燃料的动量以及射流的流动方向，可以满足以上两项要求。该燃烧器的设计是在紧靠燃烧器前沿陈生了一个主燃烧区,常称为一次火焰区。一次火焰区内燃料相对比较富裕，经常形成实际空气量低于理论空气量的状况。在一次火焰区的外围供入过剩的空气，形成二次火焰区，将燃料燃尽。挥发分和含氮组分的大部分在一次火焰区析出，但因处于缺氧、高CO和高CH浓度区，限制了喊单组分向NOx的转化。研究表明，低NOx燃烧器与燃尽风的结合，可使NOx减少幅度高达50%。

3）浓淡偏差型低NOx燃烧器

浓淡偏差型NOx燃烧器的基本原理是在燃烧器中增加了气固分离装置，使进入燃烧器风管中的煤粉-空气混合物分离，在摄入炉膛之后，使向火侧煤粉浓度高，背火侧的煤粉浓度低，富粉流的空气量少，抑制燃料型NOx的生成；贫粉流因空气量多，燃料型NOx生成增多，但因温度低，热力型NOx减少，所以总的NOx排放会降低，并且加快和强化煤粉的着火和燃烧。该燃烧器喷嘴体内设导向管，利用离心分离作用，使得弯头处风粉分离，通过隔板保持风粉分离状态，实现了浓淡偏差燃烧，可以使NOx降低，浓煤粉流由于热容小加上高温烟气回流，将先着火。然后对淡煤粉流进行辐射加热使之着火，这样着火比较稳定，在出口形成一个回流区，可燃物损失减少，因此这种燃烧器具有高效低NOx的综合性能。

4）空气/燃料分级低NOx燃烧器

这种燃烧器的主要特征是空气和燃料都是分级送入炉膛。燃料分级送入，可在一次火焰区的下游形成一个富集NH3、CH、HCN的低氧还原区，燃烧产物通过此区时，已经生成的NOx会被部分的还原为N2。分级送入的燃料常称为辅助燃料或者还原燃料。该燃烧器原理与空气分级低NOx燃烧器一样，形成一次火焰区，接近理论空气量燃烧，可以保证火焰稳定性；分级燃料在一次火焰下游一定距离混入，形成二次火焰（超低氧条件），在此区域内，已经生成的NOx被NH3、HCN和CO等还原为N2；分级风在第三阶段送入，完成燃尽阶段。这种燃烧器的性能取决于以下条件：

a、一次火焰的扩散度

b、二次火焰区的空气/燃料比例（还原燃料量）c、燃烧产物在二次火焰区的停留时间 d、还原燃料的还原活性

增加还原燃料量有利于NOx的还原，但还原燃料过多会使一次火焰不能维持其主导作用并产生不稳状况，最佳还原燃料比例在20%-30%之间。还原燃料的反应活性会影响燃尽时间和燃烧产物在还原区的停留时间。用氮含量低、挥发分高的燃料作为还原燃料较佳。

与此类似，利用直流燃烧器可以在炉膛内同时实现空气和燃料分级，在炉膛内形成三个区域，即一次区、还原区和燃尽区，常称为三级燃烧技术。

另外，采用循环流化床锅炉也是控制氮氧化物排放的先进技术。

二、循环流化床燃烧技术

循环流化床燃烧技术是一项近二十年发展起来的清洁煤燃烧技术。当气流速度达到使升力与煤粒的重力相当的临界速度时，煤粒将开始浮动流化。维持料层内煤粒间的气流实际速度大于临界值而小于输送速度，是建立流化状态的必要条件。流化床为固体燃料的燃烧创造了良好的条件。首先，流化床内物料颗粒在气流中进行强烈的湍动和混合强化了气固两相的热量和质量交换；其次，燃料颗粒在料层内上下翻滚，延长了它在炉内的停留时间；同时，由于流化床内的料层主要由炙热的灰渣粒子组成，料层内有很大的储热量，一旦新煤加入，立即被高温灼热的灰渣颗粒包围加热、干燥乃至着火燃烧。燃烧过程中，处于沸腾状的煤粒和灰渣粒子相互碰撞，使煤粒不断更新表面，再加上能与空气充分混合并在床内停留较长时间，促进了它的燃尽过程。流化床燃烧的这些特点，使得它具有燃料适应性广、燃烧效率高、氮氧化物排放低、低成本石灰石炉内脱硫、负荷调节比大和负荷调节快等突出优点。

流化燃烧的床层温度一般控制在850-900℃之间。床层温度过低时，煤中析出的某些挥发分和燃烧中产生的CO来不及燃尽就从床层逸出，从而降低燃烧效率。由于料层中绝大部分是灰粒，为防止运行中结渣，床层温度一般不宜超过1000℃。循环流化床的流化速度介于鼓泡流化床和气力输送之间，物料循环比约为20:1，甚至更高。循环流化床中无明显的气泡存在，断面孔隙率大，沿垂直轴向存在颗粒的浓度梯度但不存在确定的床层界面。它与鼓泡床锅炉的最大区别在于炉内流化风速较高（一般为4～8m/s），在炉膛出口加装了气固物料分离器。被烟气携带排出炉膛的细小固体颗粒，经分离器分离后，再送回炉内循环燃烧。

循环流化床锅炉可分为两个部分：第一部分由炉膛（快速流化床）、气固物料分离器、固体物料再循环设备和外置热交换器（有些循环流化床锅炉没有该设备）等组成，上述部件形成了一个固体物料循环回路。第二部分为对流烟道，布置有过热器、再热器、省煤器和空气预热器等，与其它常规锅炉相近。循环流化床锅炉燃烧所需的一次风和二次风分别从炉膛的底部和侧墙送入，燃料的燃烧主要在炉膛中完成，炉膛四周布置有水冷壁用于吸收燃烧所产生的部分热量。由气流带出炉膛的固体物料在气固分离装置中被收集并通过返料装置送回炉膛。

循环流化床燃烧锅炉的基本技术特点：a、低温的动力控制燃烧。循环流化床燃烧是一种在炉内使高速运动的烟气与其所携带的湍流扰动极强的固体颗粒密切接触，并具有大量颗粒返混的流态化燃烧反应过程；同时，在炉外将绝大部分高温的固体颗粒捕集，并将它们送回炉内再次参与燃烧过程,反复循环地组织燃烧。显然，燃料在炉膛内燃烧的时间延长了。在这种燃烧方式下，炉内温度水平因受脱硫最佳温度限制，一般850℃左右。这样的温度远低于普通煤粉炉中的温度水平，并低于一般煤的灰熔点，这就免去了灰熔化带来的种种烦恼。这种“低温燃烧”方式好处甚多，炉内结渣及碱金属析出均比煤粉炉中要改善很多，对灰特性的敏感性减低，也无须很大空间去使高温灰冷却下来，氮氧化物生成量低，可于炉内组织廉价而高效的脱硫工艺，等等。从燃烧反应动力学角度看，循环流化床锅炉内的燃烧反应控制在动力燃烧区(或过渡区)内。由于循环流化床锅炉内相对来说温度不高，并有大量固体颗粒的强烈混合，这种情况下的燃烧速率主要取决于化学反应速率，也就是决定于温度水平，而物理因素不再是控制燃烧速率的主导因素。循环流化床锅炉内燃料的燃尽度很高，通常，性能良好的循环流化床锅炉燃烧效率可达95～99％以上。b、高速度、高浓度、高通量的固体物料流态化循环过程。循环流化床锅炉内的固体物料（包括燃料、残炭、灰、脱硫剂和惰性床料等）经历了由炉膛、分离器和返料装置所组成的外循环。同时在炉膛内部因壁面效应还存在着内循环，因此循环流化床锅炉内的物料参与了外循环和内循环两种循环运动。整个燃烧过程以及脱硫过程都是在这两种形式的循环运行的动态过程中逐步完成的。c、高强度的热量、质量和动量传递过程。在循环流化床锅炉中，大量的固体物料在强烈湍流下通过炉膛，通过人为操作可改变物料循环量，并可改变炉内物料的分布规律，以适应不同的燃烧工况。在这种组织方式下，炉内的热量、质量和动量传递过程是十分强烈的，这就使整个炉膛高度的温度分布均匀。

循环流化床锅炉的优点：a、燃料适应性广。这是循环流化床锅炉的主要优点之一。在循环流化床锅炉中按重量计，燃料仅占床料的1～3％，其余是不可燃的固体颗粒，如脱硫剂、灰渣等。因此，加到床中的新鲜煤颗粒被相当于一个“大蓄热池”的灼热灰渣颗粒所包围。由于床内混合剧烈，这些灼热的灰渣颗粒实际上起到了无穷的“理想拱”的作用，把煤料加热到着火温度而开始燃烧。在这个加热过程中，所吸收的热量只占床层总热容量的千分之几，因而对床层温度影响很小，而煤颗粒的燃烧，又释放出热量，从而能使床层保持一定的温度水平，这也是流化床一般着火没有困难，并且煤种适应性很广的原因所在。b、燃烧效率高。循环流化床锅炉的燃烧效率要比鼓泡流化床锅炉高，通常在95～99％范围内，可与煤粉锅炉相媲美。循环流化床锅炉燃烧效率高是因为有下述特点：气固混合良好；燃烧速率高，其次是飞灰的再循环燃烧。c、高效脱硫。由于飞灰的循环燃烧过程，床料中未发生脱硫反应而被吹出燃烧室的石灰石、石灰能送回至床内再利用；另外，已发生脱硫反应部分，生成了硫酸钙的大粒子，在循环燃烧过程中发生碰撞破裂，使新的氧化钙粒子表面又暴露于硫化反应的气氛中。这样循环流化床燃烧与鼓泡流化床燃烧相比脱硫性能大大改善。当钙硫比为1.5～2.0时，脱硫率可达85～90％。而鼓泡流化床锅炉，脱硫效率要达到85～90％，钙硫比要达到3～4，钙的消耗量大一倍。与煤粉燃烧锅炉相比，不需采用尾部脱硫脱硝装置，投资和运行费用都大为降低。d、氮氧化物（NOX）排放低。氮氧化物排放低是循环流化床锅炉另一个非常吸引人的特点。运行经验表明，循环流化床锅炉的NOX排放范围为50～150ppm或40～120mg/MJ。循环流化床锅炉NOX排放低是由于以下两个原因：一是低温燃烧，此时空气中的氮一般不会生成NOX ；二是分段燃烧，抑制燃料中的氮转化为NOX，并使部分已生成的NOX得到还原。e、燃烧强度高，炉膛截面积小。炉膛单位截面积的热负荷高是循环流化床锅炉的另一主要优点。其截面热负荷约为3.5～4.5MW/m2，接近或高于煤粉炉。同样热负荷下鼓泡流化床锅炉需要的炉膛截面积要比循环流化床锅炉大2～3倍。f、负荷调节范围大，负荷调节快 当负荷变化时，只需调节给煤量、空气量和物料循环量，不 必像鼓泡流化床锅炉那样采用分床压火技术。也不象煤粉锅炉那样，低负荷时要用油助燃，维持稳定燃烧。一般而言，循环流化床锅炉的负荷调节比可达（3～4）：1。负荷调节速率也很快，一般可达每分钟4％。

三、煤的先进燃烧技术在国内外的发展现状

1、低NOx 燃烧技术

为了控制燃烧装置排放的氮氧化物对生态环境的危害，国外从50年代起就开始了燃烧过程中氮氧化物生成机理和控制方法的研究。到70年代末和80年代 , 低NOx燃烧技术的研究和开发达到高潮 , 开发出了低NOx燃烧器等实用技术。进入90年代，有关电站锅炉供货商又对其开发的低NOx燃烧器做了大量的改进和优化工作 , 使其日臻完善。空气分级燃烧技术是目前国内外采用的较多的一种低氮燃烧技术，又称分段送风，基本原理是将燃烧过程分两阶段完成。1989 年，德国 Babcock公司设计的一台新型低NOx 煤粉锅炉投入商业运行 , 这台安装在STEAG煤电联营公司He rne热电厂的4号机组锅炉是德国综合采 用抑制NOx生成(两次空气分级)、炉内还原已生成的NOx(燃料分级)和烟气脱硝装置(SCR)的首台机组。早在1980年日本的三菱公司就将天然气再燃技术应用于实际锅炉NOx排放减少50%以上。美国能源部的“洁净煤技术”计划也包括再燃技术，其示范项目分NOx排放减少30%到70%。在日本、美国、欧洲再燃技术大量应用于新建电站锅炉和已有电站锅炉的改造在商业运行中取得良好的环境效益和经济效益。在我国燃料再燃烧技术研究和应用起步较晚，主要是因为我国过去对环保的要求较低。另一方面则是出于技术经济上的考虑。进入90年代，我国严重缺电局面开始缓和，大气污染日益严重。1994年全国85个大中城市中NOx超标的城市就有30个，占35%。1998年对全国322个省控城市量监测结果分析NOx年日平均值范围在0.006一0.152mg/m³。全国平均为0.037mg/m³，治理大气污染成为十分迫切的任务。随着环保要求的不断提高，研究适应我国国情的低成本的再燃低NOx燃烧技术具有良好的前景。

2、循环流化床燃烧技术

德国鲁奇公司首先取得了循环流化床燃烧技术的专利,并研究开发出当时世界上最大的270 t/h循环流化床锅炉,由此引发出了循环流化床燃烧技术的开发热潮,至今已经形成几个技术流派：以鲁奇公司为代表(包括Stain公司和ABB公司)的绝热旋风筒带有外置换热床的流化床锅炉技术，以美国FW公司为代表的带有 Intrex的汽冷旋风分离循环流化床锅炉技术;以原芬兰Alhstrom公司为代表的燃烧室内布置翼形受热面的高温绝热旋风分离的循环流化床锅炉技术等。上世纪90年代中期,又迅速崛起了由前Alhstrom公司开发出的冷却式方型分离紧凑式循环流化床锅炉技术。技术流派的演变是一个技术发展的过程。上世纪80年代,由笨重易损的热旋风筒,进步到上世纪90年代初的精巧耐用的汽冷旋风筒,进而到上世纪90年代中开发出的冷却式方型分离紧凑式循环流化床锅炉又克服了汽冷旋风筒的生产成本问题,并为循环流化床锅炉最终回归到传统锅炉的简洁布置开创了道路;目前由F.W.公司生产,安装于波兰的260MW循环流化床锅炉即采用方形分离器技术。我国曾多次引进国外循环流化床锅炉技术,并数次购买国外循环流化床锅炉产品,推动了中国循环流化床锅炉技术的发展。国内三家大型锅炉厂先后引进了美国F.W.公司50～100 MW汽冷旋风筒循环流化床锅炉技术、德国EVT150 MW以下容量再热循环流化床锅炉技术和前ABB-CE的再热循环流化床锅炉技术。目前国家发改委组织引进了阿尔斯通300 MW循环流化床锅炉技术。国内的循环流化床技术发展,在消化引进国外循环流化床技术和研制开发自主知识产权的大型循环流化床锅炉制造技术并重的基础上,一方面消化完善引进国外循环流化床技术,使之完全适应我国的国情;另一方面在消化的基础上找到突破口,结合自己开发工作的成果和经验予以创新,形成自己的专利技术,将大大推动中国的循环流化床技术发展。

目前随着工业化进程的推进，环境问题越来越严峻。保护环境是人类有意识地保护自然资源并使其得到合理的利用，防止自然环境受到污染和破坏；对受到污染和破坏的环境必须做好综合的治理，以创造出适合于人类生活、工作的环境。让人民的生活更美好。有利于解决现实的或潜在的环境问题，协调人类与环境的关系，保障经济社会的持续发展。经过学习本门课程，我感觉收获很多很多。虽然是化学工艺而非环境保护专业，但是经过课程的学习、资料的查询以及作业的完成，我发现不管任何专业，只要你想做环保方面的事情，需要好好学习专业知识，然后进行发散性思维，为我国乃至世界的环境做出自己的贡献。经过学习，我明白了工艺的创新是在最简单的原理基础之上，万变不离其宗，需要改变的是个人的阅历以及专业知识的武装。本门课程改变了我对专业的一些看法，之前一直以为学一门只能在本专业有所成就，现在看来之前的想法有多幼稚。感谢本门课程让我明白了很多很多，也感谢老师的耐心指导。

第五篇：燃烧的煤诗歌

一个个黑乎乎的煤，

每天排成一队队，走进千家万户，从来没叫过苦和累。

你一直都是默默无闻，你一直都是忠心耿耿，无论春夏秋冬、寒来暑往，你总是牢记着诚实守信。

日复一日年复一年，勤勤恳恳任劳任怨，动人的故事，一庄庄一件件。

你日夜惦记的是百姓黎民，心中永远装着的是姐妹兄弟，关心别人，帮助别人，从来没有想想自己。

三十年前的你，朝气蓬勃，豪情满怀，流淌着青春的热血，实践着希望与梦想。

骄阳炙烤着你的背脊，脚踏着滚烫的路上，你常常行走在暴风骤雨中，穿行在冰天雪地里。

你敲响静静的黎明，你迎来朝霞万里，劳累奔波不计期数，夜幕中还有你行走的身影。