第一篇：煤的先進燃燒技術（最終版）

煤的先進燃燒技術

化藝1101

苗蓓

目前，在我國的能源消費結構中，煤炭是第一能源，以煤、石油、和天然氣為主的化石燃料的使用也隨之帶來一系列的環(huán)境問題。煤是最重要的固體燃料，它是一種不均勻的有機燃料，主要由植物的部分分解和變質形成的，所以其形成要經歷一段很長的時期，常常是處于高壓覆蓋層以及較高的溫度條件。而在燃燒過程中，煤的發(fā)熱量低，灰分含量高，含硫量雖然比重油低，但為獲得同樣熱量所耗煤量要大的多，所以產生的硫氧化物反而可能更多。煤的含氮量約比重油高5倍，因而氮氧化物生成量也高于重油，此外煤的燃燒還會帶來汞、砷等微量重金屬類污染，氟、氯等鹵素污染和低水平的放射性污染。因此，采用先進的燃燒技術可以使煤充分燃燒，產生的污染會隨之減少。

控制NOx 排放的技術措施可以分為兩類，一是所謂的源頭控制，其特征是通過各種技術手段，控制燃燒過程中NOx 的生成反應，另一類是所謂的尾部控制，其特征是把已經生成的NOx 通過某種手段還原為N2，從而降低NOx 的排放量。低NOx 燃燒技術措施一直是應用最廣泛的措施，即便為滿足排放標準的要求不得不使用尾氣凈化裝置，仍需采用它來降低凈化裝置入口的NOx濃度，已達到節(jié)省費用的目的。從20世紀50年代起，人們就開始了燃燒過程中氮氧化物生成機理和控制方法的研究，到70年代末和80年代，低NOx 燃燒技術的研究和開發(fā)達到高潮，開發(fā)出低NOx 燃燒器等。90年代后，已開發(fā)的低NOx 燃燒器經過大量改進和優(yōu)化，日臻完善。

一、低NOx 燃燒技術

目前工業(yè)采用的低NOx 燃燒技術主要包括低氧技術、煙氣循環(huán)燃燒、分段燃燒和濃淡燃燒技術等。

1、低氧燃燒技術

NOx 排放量隨著爐內空氣量的增加而增加，為了降低其含量，鍋爐應在爐內空氣量較低的工況下運行，一般來說，可以降低15%-20%。鍋爐采用低空氣過剩系數(shù)運行技術，不僅可以降低NOx，還減少了鍋爐排煙熱損失，提高鍋爐熱效率。需要說明的是，由于采用低空氣過剩系數(shù)會導致一氧化碳、碳氫化合物以及炭黑等污染物相應增多，飛灰中可燃物質也可能增加，從而使燃燒效率下降，故電站鍋爐實際運行時的空氣過剩系數(shù)不能做大幅度調整。因此，在低空氣過剩系數(shù)燃燒時，必須同時滿足過路盒燃燒效率較高、而一氧化氮等有害物質最少的要求。

我國燃用煙煤的電站鍋爐多數(shù)設計在空氣過剩系數(shù)為1.17-1.20（氧含量為3.5%-4.0%）下運行，此時一氧化碳含量為（30-40）*10^-6；若氧含量降到3.0%以下，則一氧化碳含量將急劇增加，不僅導致化學不完全燃燒損失增大，而且會引起爐內的結渣和腐蝕。因此，以爐內含氧量3%以上或一氧化碳含量等于2*10?^-4作為最小空氣過剩系數(shù)的選擇依據(jù)。

2、降低助燃空氣預熱溫度

在工業(yè)實際操作中，經常利用尾氣的廢熱預熱進入燃燒器的空氣。雖然這樣有助于節(jié)約能源和提高火焰溫度，但也導致氮氧化物排放量增加。實驗數(shù)據(jù)表明，當燃燒空氣由27℃預熱至315℃，NO排放量將會增加三倍。降低助燃空氣預熱溫度可降低火眼去的溫度峰值，從而減少熱力型NOx 生成量。實踐表明，這一措施不宜用于燃煤、燃油鍋爐；對于燃氣鍋爐，則有明顯降低NOx 排放的效果。

3、煙氣循環(huán)燃燒

煙氣循環(huán)燃燒法將燃燒產生的部分煙氣冷卻后，再循環(huán)送回燃燒區(qū)，起到降低氧濃度和燃燒區(qū)溫度的作用，以達到減少NO生成量的目的。煙氣循環(huán)燃燒法主要減少熱力型NOx 的生成量，適合熱力型NOx 排放所占份額較大的液態(tài)排渣爐、燃油和燃氣鍋爐，對燃料型NOx 和瞬時NOx 的減少作用甚微。對固態(tài)排渣鍋爐而言，大約80%的NO由燃料氫生成的，這種方法的作用就非常有限。

在使用中，煙氣循環(huán)率在25%-40%的范圍內最為適宜。通常的做法是從省煤器出口抽出煙氣，加入二次風或者一次風中。加入二次風時，火焰中心不受影響，其唯一作用是降低火焰溫度。對不分級的燃燒器，在一次風中加入循環(huán)煙氣效果較好，但由于燃燒器附近的燃燒工礦會有所變化，要對燃燒過程進行調整。

4、分段燃燒技術

這種技術最早由美國在20世紀50年代發(fā)展起來。實驗表明，較低的空氣過剩系數(shù)有利于控制NOx 的形成，分段燃燒法控制氮氧化物就是利用這種原理。在分段燃燒裝置中，燃料在接近理論空氣量的條件下燃燒；通常空氣總需要量—（一般為理論空氣量的1.1-1.3倍）的85%-95%與燃料一起供到燃燒器，因為富燃料條件下的不完全燃燒，使得第一段燃燒的煙氣溫度較低，由于此時氧量不足，NOx 生成量很少。在燃燒裝置的尾端，通過第二次空氣，時的第一階段剩余的不完全燃燒產物CO和CH完全燃盡。這時雖然氧過量，但由于煙氣溫度仍然較低，動力學上限制了NOx 的形成。應當指出，在較低空氣過剩系數(shù)下，不利的燃料-空氣分布可能出現(xiàn)，這將導致CO和粉塵排放量增加，使得燃燒效率降低。根據(jù) 分段燃燒原理所研制的各類燃氣體、重油、粉煤燃料的燒嘴，以及分段燃燒技術在流化床上的應用，對降低廢氣排放中NOx 的含量，起到了很好作用。日本在這一領域的研究成果尤為顯著。我國應大力開展這方面的科研與技術開發(fā)工作，以改善目前爐窯廢氣污染狀況。DNOr—I型燒嘴的研制正是為了這一目的。試驗表明，此燒嘴不僅具有較好的熱工性能，而且對NOx 生成也具有較好的抑制功能。

5、再燃技術

再燃技術，即在爐膛的特定區(qū)域內注入再燃燃料（占燃料總量的10%-30%），再燃燃料需要使用微細的煤粉，在每個區(qū)域都需要保證充分的停留時間，才能達到完全燃燒。煤粉再燃技術又稱為燃料分級或爐內還原技術，它是降低NO 排放的諸多爐內方法中最有效的措施之一。再燃技術是先將80%～85% 的燃料送人主燃區(qū)，在空氣過量系數(shù)大于1的條件下燃燒，其余15% ～2O% 的燃料作為還原劑在主燃燒器的上部某一合適位置噴人形成再燃區(qū)，再燃區(qū)空氣過量系數(shù)小于1（再燃區(qū)不僅使已生成的N0x 得到還原，同時還抑制了新的No 的生成，進一步降低NOx）。再燃區(qū)上方布置燃盡風以形成燃盡區(qū)，保證再燃區(qū)出口的未完全燃燒產物燃盡。再燃區(qū)的化學計量數(shù)對氮氧化物的減少程度有著顯著的影響。改變化學計量數(shù)受到以下因素的限制：

1、各區(qū)域對火焰穩(wěn)定性的要求；

2、加入再燃燃料引起的CO和未燃炭增加；

3、再燃區(qū)水管發(fā)生腐蝕的潛在風險。

使用再燃技術會給系統(tǒng)帶來很大的靈活性，讓電廠有能力控制N0x 的排放濃度。如果僅使用再燃風可以去除25%的N0x，再加入再燃燃料可以控制60%的排放。管理者能夠根據(jù)不同的排放限制進行調整。

從原理上來說，任何碳氫燃料都可作為再燃燃料使用。但天然氣在再燃中使用的最為廣泛，煤炭也可作為再燃燃料。與天然氣相比，使用煤炭的優(yōu)勢是價格較低而且減少了在燃煤電廠使用第二種燃料帶來的系統(tǒng)復雜性。但使用煤炭作為再燃燃料通常需要在再燃區(qū)和燃盡區(qū)有相對較長的停留時間。在一些使用案例中，需要升級磨煤系統(tǒng)或者使用更細的煤，這些措施都提高了成本。

6、濃淡燃燒技術

通過將整個燃燒過程人為區(qū)分為燃氣和空氣配比不同的若干階段，使燃氣的燃燒分別在燃氣過濃、燃氣過淡和燃盡三個區(qū)域分階段完成，從而達到在燃燒過程中一直NOx生成的目的。NOx的生成與空燃比有關。當空燃比接近1時，NOx的生成量最大。空燃比小于1時，由于氧濃度較低，燃燒過程緩慢，可抑制NOx的生成。當空燃比大于1.5時，由于燃燒溫度較低，也能抑制NOx的生成。因此該類方法又稱為非化學當量燃燒或者偏差燃燒。

通常燃料稀薄燃燒的燃燒器和燃料過濃燃燒的燃燒器互相配置交替使用，也可有效降低NOx的生成。在燃燒器多層不值得電廠鍋爐，通過調整各層燃燒器的燃料和空氣分配，既可降低NOx的濃度。實現(xiàn)濃淡偏差燃燒技術有兩種方法，一是在總風量不變的條件下，調整上下燃燒器噴口的燃料和空氣的比例，將氣流中0.3-0.5g（煤粉）/kg(空氣)的常規(guī)濃度提升至0.6-1.0kg（煤粉）/kg(空氣)，例如W形火焰爐使用的旋風分離濃縮；另一種方法是使用濃淡燃燒型低氮燃燒器，下面簡單介紹一下。

各種低NOx燃燒器依據(jù)一種原理或者幾種原理的組合，僅僅采用空氣分級燃燒的技術多為第二代低NOx燃燒器，采用燃料分級技術的燃燒技術多為第三代低NOx燃燒器。為了減少未完全燃燒造成的熱損失，空氣分級的特征是助燃空氣分級進入燃燒裝置，降低初始燃燒去的氧濃度，以降低火焰的峰值溫度。空氣分級燃燒一般有兩類：一是整個燃燒室內的分級燃燒，另一類是單個燃燒器的分級燃燒。燃料分級燃燒中能形成二次火焰區(qū)，在這里還原部分已生成的NOx。延期再循環(huán)技術將煙氣直接送到燃燒器，產生還原性氣氛。目前有多種類型的低NOx燃燒器廣泛應用于電站鍋爐和大型工業(yè)鍋爐。

1）、爐膛內整體空氣分級的低NOx直流燃燒器

這種燃燒器與傳統(tǒng)燃燒器的區(qū)別在于設置了一層或兩層燃盡風噴口，一部分助燃空氣（5%-30%)通過這些噴口進入爐膛。前面講的分段燃燒技術是這種燃燒器的最早形式。這種燃燒器的主燃區(qū)處于空氣過剩系數(shù)較低的工況，使得燃燒生成CO；而且燃料中的揮發(fā)分氮分解生成大量的HN、HCN、NH3以及NH2等，它們或相互復合生成N2或與生成的NOx發(fā)生還原反應，因而抑制了NOx的生成。在頂部引入的燃盡風用于保證燃料完全燃燒。

這類燃燒器要求：

a、合理的確定燃盡風（OFA）噴口與最上層煤粉噴口的距離，距離越大，分級效果越好，NO生成量的下降幅度大，但飛灰等可燃物濃度會增加。最佳距離的確定取決于爐膛結構和燃料種類。

b、燃盡風量要適當。風量大，分級效果好，但燃盡風量過大會引起一次燃燒區(qū)因嚴重缺氧而出現(xiàn)結渣和高溫腐蝕。對于燃煤爐合理的燃盡風量約為20%左右，對燃油和燃氣爐可以再高一些。

c、燃盡風應有足夠高的流速，以便能與煙氣充分混合。燃盡風一般有三種布置形式：強耦合式燃盡風、分離式燃盡風以及兩者一起采用的形式。使用兩層OFA時，為保證飛灰可燃物不至于升高過多，需將煤粉磨得更細一些，目前我國對此使用較少。OFA能減少NOx排放20%-60%。控制效果與燃煤性質、鍋爐設計、燃燒器設計和初始NOx濃度有關。當煤中揮發(fā)分較高時，效果較好。一些新型的OFA方法能獲得更好的去除效果。2）空氣分級的低NOx旋流燃燒器

在這種燃燒器的出口，助燃空氣便逐漸混入煤粉-空氣射流。準確的控制燃燒器區(qū)域燃料與助燃空氣的混合過程成為這種助燃器的技術關鍵，這種技術能控制燃料型NOx和熱力型NOx的生成，同時又能具有較高的燃燒效率。通過良好的結構設計，合理地控制燃燒器喉部空氣和燃料的動量以及射流的流動方向，可以滿足以上兩項要求。該燃燒器的設計是在緊靠燃燒器前沿陳生了一個主燃燒區(qū),常稱為一次火焰區(qū)。一次火焰區(qū)內燃料相對比較富裕，經常形成實際空氣量低于理論空氣量的狀況。在一次火焰區(qū)的外圍供入過剩的空氣，形成二次火焰區(qū)，將燃料燃盡。揮發(fā)分和含氮組分的大部分在一次火焰區(qū)析出，但因處于缺氧、高CO和高CH濃度區(qū)，限制了喊單組分向NOx的轉化。研究表明，低NOx燃燒器與燃盡風的結合，可使NOx減少幅度高達50%。

3）濃淡偏差型低NOx燃燒器

濃淡偏差型NOx燃燒器的基本原理是在燃燒器中增加了氣固分離裝置，使進入燃燒器風管中的煤粉-空氣混合物分離，在攝入爐膛之后，使向火側煤粉濃度高，背火側的煤粉濃度低，富粉流的空氣量少，抑制燃料型NOx的生成；貧粉流因空氣量多，燃料型NOx生成增多，但因溫度低，熱力型NOx減少，所以總的NOx排放會降低，并且加快和強化煤粉的著火和燃燒。該燃燒器噴嘴體內設導向管，利用離心分離作用，使得彎頭處風粉分離，通過隔板保持風粉分離狀態(tài)，實現(xiàn)了濃淡偏差燃燒，可以使NOx降低，濃煤粉流由于熱容小加上高溫煙氣回流，將先著火。然后對淡煤粉流進行輻射加熱使之著火，這樣著火比較穩(wěn)定，在出口形成一個回流區(qū)，可燃物損失減少，因此這種燃燒器具有高效低NOx的綜合性能。

4）空氣/燃料分級低NOx燃燒器

這種燃燒器的主要特征是空氣和燃料都是分級送入爐膛。燃料分級送入，可在一次火焰區(qū)的下游形成一個富集NH3、CH、HCN的低氧還原區(qū)，燃燒產物通過此區(qū)時，已經生成的NOx會被部分的還原為N2。分級送入的燃料常稱為輔助燃料或者還原燃料。該燃燒器原理與空氣分級低NOx燃燒器一樣，形成一次火焰區(qū)，接近理論空氣量燃燒，可以保證火焰穩(wěn)定性；分級燃料在一次火焰下游一定距離混入，形成二次火焰（超低氧條件），在此區(qū)域內，已經生成的NOx被NH3、HCN和CO等還原為N2；分級風在第三階段送入，完成燃盡階段。這種燃燒器的性能取決于以下條件：

a、一次火焰的擴散度

b、二次火焰區(qū)的空氣/燃料比例（還原燃料量）c、燃燒產物在二次火焰區(qū)的停留時間 d、還原燃料的還原活性

增加還原燃料量有利于NOx的還原，但還原燃料過多會使一次火焰不能維持其主導作用并產生不穩(wěn)狀況，最佳還原燃料比例在20%-30%之間。還原燃料的反應活性會影響燃盡時間和燃燒產物在還原區(qū)的停留時間。用氮含量低、揮發(fā)分高的燃料作為還原燃料較佳。

與此類似，利用直流燃燒器可以在爐膛內同時實現(xiàn)空氣和燃料分級，在爐膛內形成三個區(qū)域，即一次區(qū)、還原區(qū)和燃盡區(qū)，常稱為三級燃燒技術。

另外，采用循環(huán)流化床鍋爐也是控制氮氧化物排放的先進技術。

二、循環(huán)流化床燃燒技術

循環(huán)流化床燃燒技術是一項近二十年發(fā)展起來的清潔煤燃燒技術。當氣流速度達到使升力與煤粒的重力相當?shù)呐R界速度時，煤粒將開始浮動流化。維持料層內煤粒間的氣流實際速度大于臨界值而小于輸送速度，是建立流化狀態(tài)的必要條件。流化床為固體燃料的燃燒創(chuàng)造了良好的條件。首先，流化床內物料顆粒在氣流中進行強烈的湍動和混合強化了氣固兩相的熱量和質量交換；其次，燃料顆粒在料層內上下翻滾，延長了它在爐內的停留時間；同時，由于流化床內的料層主要由炙熱的灰渣粒子組成，料層內有很大的儲熱量，一旦新煤加入，立即被高溫灼熱的灰渣顆粒包圍加熱、干燥乃至著火燃燒。燃燒過程中，處于沸騰狀的煤粒和灰渣粒子相互碰撞，使煤粒不斷更新表面，再加上能與空氣充分混合并在床內停留較長時間，促進了它的燃盡過程。流化床燃燒的這些特點，使得它具有燃料適應性廣、燃燒效率高、氮氧化物排放低、低成本石灰石爐內脫硫、負荷調節(jié)比大和負荷調節(jié)快等突出優(yōu)點。

流化燃燒的床層溫度一般控制在850-900℃之間。床層溫度過低時，煤中析出的某些揮發(fā)分和燃燒中產生的CO來不及燃盡就從床層逸出，從而降低燃燒效率。由于料層中絕大部分是灰粒，為防止運行中結渣，床層溫度一般不宜超過1000℃。循環(huán)流化床的流化速度介于鼓泡流化床和氣力輸送之間，物料循環(huán)比約為20:1，甚至更高。循環(huán)流化床中無明顯的氣泡存在，斷面孔隙率大，沿垂直軸向存在顆粒的濃度梯度但不存在確定的床層界面。它與鼓泡床鍋爐的最大區(qū)別在于爐內流化風速較高（一般為4～8m/s），在爐膛出口加裝了氣固物料分離器。被煙氣攜帶排出爐膛的細小固體顆粒，經分離器分離后，再送回爐內循環(huán)燃燒。

循環(huán)流化床鍋爐可分為兩個部分：第一部分由爐膛（快速流化床）、氣固物料分離器、固體物料再循環(huán)設備和外置熱交換器（有些循環(huán)流化床鍋爐沒有該設備）等組成，上述部件形成了一個固體物料循環(huán)回路。第二部分為對流煙道，布置有過熱器、再熱器、省煤器和空氣預熱器等，與其它常規(guī)鍋爐相近。循環(huán)流化床鍋爐燃燒所需的一次風和二次風分別從爐膛的底部和側墻送入，燃料的燃燒主要在爐膛中完成，爐膛四周布置有水冷壁用于吸收燃燒所產生的部分熱量。由氣流帶出爐膛的固體物料在氣固分離裝置中被收集并通過返料裝置送回爐膛。

循環(huán)流化床燃燒鍋爐的基本技術特點：a、低溫的動力控制燃燒。循環(huán)流化床燃燒是一種在爐內使高速運動的煙氣與其所攜帶的湍流擾動極強的固體顆粒密切接觸，并具有大量顆粒返混的流態(tài)化燃燒反應過程；同時，在爐外將絕大部分高溫的固體顆粒捕集，并將它們送回爐內再次參與燃燒過程,反復循環(huán)地組織燃燒。顯然，燃料在爐膛內燃燒的時間延長了。在這種燃燒方式下，爐內溫度水平因受脫硫最佳溫度限制，一般850℃左右。這樣的溫度遠低于普通煤粉爐中的溫度水平，并低于一般煤的灰熔點，這就免去了灰熔化帶來的種種煩惱。這種“低溫燃燒”方式好處甚多，爐內結渣及堿金屬析出均比煤粉爐中要改善很多，對灰特性的敏感性減低，也無須很大空間去使高溫灰冷卻下來，氮氧化物生成量低，可于爐內組織廉價而高效的脫硫工藝，等等。從燃燒反應動力學角度看，循環(huán)流化床鍋爐內的燃燒反應控制在動力燃燒區(qū)(或過渡區(qū))內。由于循環(huán)流化床鍋爐內相對來說溫度不高，并有大量固體顆粒的強烈混合，這種情況下的燃燒速率主要取決于化學反應速率，也就是決定于溫度水平，而物理因素不再是控制燃燒速率的主導因素。循環(huán)流化床鍋爐內燃料的燃盡度很高，通常，性能良好的循環(huán)流化床鍋爐燃燒效率可達95～99％以上。b、高速度、高濃度、高通量的固體物料流態(tài)化循環(huán)過程。循環(huán)流化床鍋爐內的固體物料（包括燃料、殘?zhí)俊⒒摇⒚摿騽┖投栊源擦系龋┙洑v了由爐膛、分離器和返料裝置所組成的外循環(huán)。同時在爐膛內部因壁面效應還存在著內循環(huán)，因此循環(huán)流化床鍋爐內的物料參與了外循環(huán)和內循環(huán)兩種循環(huán)運動。整個燃燒過程以及脫硫過程都是在這兩種形式的循環(huán)運行的動態(tài)過程中逐步完成的。c、高強度的熱量、質量和動量傳遞過程。在循環(huán)流化床鍋爐中，大量的固體物料在強烈湍流下通過爐膛，通過人為操作可改變物料循環(huán)量，并可改變爐內物料的分布規(guī)律，以適應不同的燃燒工況。在這種組織方式下，爐內的熱量、質量和動量傳遞過程是十分強烈的，這就使整個爐膛高度的溫度分布均勻。

循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)點：a、燃料適應性廣。這是循環(huán)流化床鍋爐的主要優(yōu)點之一。在循環(huán)流化床鍋爐中按重量計，燃料僅占床料的1～3％，其余是不可燃的固體顆粒，如脫硫劑、灰渣等。因此，加到床中的新鮮煤顆粒被相當于一個“大蓄熱池”的灼熱灰渣顆粒所包圍。由于床內混合劇烈，這些灼熱的灰渣顆粒實際上起到了無窮的“理想拱”的作用，把煤料加熱到著火溫度而開始燃燒。在這個加熱過程中，所吸收的熱量只占床層總熱容量的千分之幾，因而對床層溫度影響很小，而煤顆粒的燃燒，又釋放出熱量，從而能使床層保持一定的溫度水平，這也是流化床一般著火沒有困難，并且煤種適應性很廣的原因所在。b、燃燒效率高。循環(huán)流化床鍋爐的燃燒效率要比鼓泡流化床鍋爐高，通常在95～99％范圍內，可與煤粉鍋爐相媲美。循環(huán)流化床鍋爐燃燒效率高是因為有下述特點：氣固混合良好；燃燒速率高，其次是飛灰的再循環(huán)燃燒。c、高效脫硫。由于飛灰的循環(huán)燃燒過程，床料中未發(fā)生脫硫反應而被吹出燃燒室的石灰石、石灰能送回至床內再利用；另外，已發(fā)生脫硫反應部分，生成了硫酸鈣的大粒子，在循環(huán)燃燒過程中發(fā)生碰撞破裂，使新的氧化鈣粒子表面又暴露于硫化反應的氣氛中。這樣循環(huán)流化床燃燒與鼓泡流化床燃燒相比脫硫性能大大改善。當鈣硫比為1.5～2.0時，脫硫率可達85～90％。而鼓泡流化床鍋爐，脫硫效率要達到85～90％，鈣硫比要達到3～4，鈣的消耗量大一倍。與煤粉燃燒鍋爐相比，不需采用尾部脫硫脫硝裝置，投資和運行費用都大為降低。d、氮氧化物（NOX）排放低。氮氧化物排放低是循環(huán)流化床鍋爐另一個非常吸引人的特點。運行經驗表明，循環(huán)流化床鍋爐的NOX排放范圍為50～150ppm或40～120mg/MJ。循環(huán)流化床鍋爐NOX排放低是由于以下兩個原因：一是低溫燃燒，此時空氣中的氮一般不會生成NOX ；二是分段燃燒，抑制燃料中的氮轉化為NOX，并使部分已生成的NOX得到還原。e、燃燒強度高，爐膛截面積小。爐膛單位截面積的熱負荷高是循環(huán)流化床鍋爐的另一主要優(yōu)點。其截面熱負荷約為3.5～4.5MW/m2，接近或高于煤粉爐。同樣熱負荷下鼓泡流化床鍋爐需要的爐膛截面積要比循環(huán)流化床鍋爐大2～3倍。f、負荷調節(jié)范圍大，負荷調節(jié)快 當負荷變化時，只需調節(jié)給煤量、空氣量和物料循環(huán)量，不 必像鼓泡流化床鍋爐那樣采用分床壓火技術。也不象煤粉鍋爐那樣，低負荷時要用油助燃，維持穩(wěn)定燃燒。一般而言，循環(huán)流化床鍋爐的負荷調節(jié)比可達（3～4）：1。負荷調節(jié)速率也很快，一般可達每分鐘4％。

三、煤的先進燃燒技術在國內外的發(fā)展現(xiàn)狀

1、低NOx 燃燒技術

為了控制燃燒裝置排放的氮氧化物對生態(tài)環(huán)境的危害，國外從50年代起就開始了燃燒過程中氮氧化物生成機理和控制方法的研究。到70年代末和80年代 , 低NOx燃燒技術的研究和開發(fā)達到高潮 , 開發(fā)出了低NOx燃燒器等實用技術。進入90年代，有關電站鍋爐供貨商又對其開發(fā)的低NOx燃燒器做了大量的改進和優(yōu)化工作 , 使其日臻完善。空氣分級燃燒技術是目前國內外采用的較多的一種低氮燃燒技術，又稱分段送風，基本原理是將燃燒過程分兩階段完成。1989 年，德國 Babcock公司設計的一臺新型低NOx 煤粉鍋爐投入商業(yè)運行 , 這臺安裝在STEAG煤電聯(lián)營公司He rne熱電廠的4號機組鍋爐是德國綜合采 用抑制NOx生成(兩次空氣分級)、爐內還原已生成的NOx(燃料分級)和煙氣脫硝裝置(SCR)的首臺機組。早在1980年日本的三菱公司就將天然氣再燃技術應用于實際鍋爐NOx排放減少50%以上。美國能源部的“潔凈煤技術”計劃也包括再燃技術，其示范項目分NOx排放減少30%到70%。在日本、美國、歐洲再燃技術大量應用于新建電站鍋爐和已有電站鍋爐的改造在商業(yè)運行中取得良好的環(huán)境效益和經濟效益。在我國燃料再燃燒技術研究和應用起步較晚，主要是因為我國過去對環(huán)保的要求較低。另一方面則是出于技術經濟上的考慮。進入90年代，我國嚴重缺電局面開始緩和，大氣污染日益嚴重。1994年全國85個大中城市中NOx超標的城市就有30個，占35%。1998年對全國322個省控城市量監(jiān)測結果分析NOx年日平均值范圍在0.006一0.152mg/m3。全國平均為0.037mg/m3，治理大氣污染成為十分迫切的任務。隨著環(huán)保要求的不斷提高，研究適應我國國情的低成本的再燃低NOx燃燒技術具有良好的前景。

2、循環(huán)流化床燃燒技術

德國魯奇公司首先取得了循環(huán)流化床燃燒技術的專利,并研究開發(fā)出當時世界上最大的270 t/h循環(huán)流化床鍋爐,由此引發(fā)出了循環(huán)流化床燃燒技術的開發(fā)熱潮,至今已經形成幾個技術流派：以魯奇公司為代表(包括Stain公司和ABB公司)的絕熱旋風筒帶有外置換熱床的流化床鍋爐技術，以美國FW公司為代表的帶有 Intrex的汽冷旋風分離循環(huán)流化床鍋爐技術;以原芬蘭Alhstrom公司為代表的燃燒室內布置翼形受熱面的高溫絕熱旋風分離的循環(huán)流化床鍋爐技術等。上世紀90年代中期,又迅速崛起了由前Alhstrom公司開發(fā)出的冷卻式方型分離緊湊式循環(huán)流化床鍋爐技術。技術流派的演變是一個技術發(fā)展的過程。上世紀80年代,由笨重易損的熱旋風筒,進步到上世紀90年代初的精巧耐用的汽冷旋風筒,進而到上世紀90年代中開發(fā)出的冷卻式方型分離緊湊式循環(huán)流化床鍋爐又克服了汽冷旋風筒的生產成本問題,并為循環(huán)流化床鍋爐最終回歸到傳統(tǒng)鍋爐的簡潔布置開創(chuàng)了道路;目前由F.W.公司生產,安裝于波蘭的260MW循環(huán)流化床鍋爐即采用方形分離器技術。我國曾多次引進國外循環(huán)流化床鍋爐技術,并數(shù)次購買國外循環(huán)流化床鍋爐產品,推動了中國循環(huán)流化床鍋爐技術的發(fā)展。國內三家大型鍋爐廠先后引進了美國F.W.公司50～100 MW汽冷旋風筒循環(huán)流化床鍋爐技術、德國EVT150 MW以下容量再熱循環(huán)流化床鍋爐技術和前ABB-CE的再熱循環(huán)流化床鍋爐技術。目前國家發(fā)改委組織引進了阿爾斯通300 MW循環(huán)流化床鍋爐技術。國內的循環(huán)流化床技術發(fā)展,在消化引進國外循環(huán)流化床技術和研制開發(fā)自主知識產權的大型循環(huán)流化床鍋爐制造技術并重的基礎上,一方面消化完善引進國外循環(huán)流化床技術,使之完全適應我國的國情;另一方面在消化的基礎上找到突破口,結合自己開發(fā)工作的成果和經驗予以創(chuàng)新,形成自己的專利技術,將大大推動中國的循環(huán)流化床技術發(fā)展。

目前隨著工業(yè)化進程的推進，環(huán)境問題越來越嚴峻。保護環(huán)境是人類有意識地保護自然資源并使其得到合理的利用，防止自然環(huán)境受到污染和破壞；對受到污染和破壞的環(huán)境必須做好綜合的治理，以創(chuàng)造出適合于人類生活、工作的環(huán)境。讓人民的生活更美好。有利于解決現(xiàn)實的或潛在的環(huán)境問題，協(xié)調人類與環(huán)境的關系，保障經濟社會的持續(xù)發(fā)展。經過學習本門課程，我感覺收獲很多很多。雖然是化學工藝而非環(huán)境保護專業(yè)，但是經過課程的學習、資料的查詢以及作業(yè)的完成，我發(fā)現(xiàn)不管任何專業(yè)，只要你想做環(huán)保方面的事情，需要好好學習專業(yè)知識，然后進行發(fā)散性思維，為我國乃至世界的環(huán)境做出自己的貢獻。經過學習，我明白了工藝的創(chuàng)新是在最簡單的原理基礎之上，萬變不離其宗，需要改變的是個人的閱歷以及專業(yè)知識的武裝。本門課程改變了我對專業(yè)的一些看法，之前一直以為學一門只能在本專業(yè)有所成就，現(xiàn)在看來之前的想法有多幼稚。感謝本門課程讓我明白了很多很多，也感謝老師的耐心指導。

第二篇：煤的清潔燃燒技術

煤的先進清潔燃燒技術介紹

【摘要】中國作為世界上最大的發(fā)展中國家，每年都需要燃燒大量的煤。據(jù)可靠統(tǒng)計，2013年中國煤的燃燒量達到了36億噸，比世界其他國家燃煤量的總和還要多。大量煤的燃燒不僅使中國煤炭資源急劇減少，而且嚴重污染了大氣環(huán)境，所以發(fā)展煤的清潔燃燒技術迫在眉睫。本文從煤的污染物的產生原因和防止措施出發(fā)，詳細介紹了當前比較先進的煤炭清潔燃燒技術。

【關鍵詞】煤 燃燒 清潔

一、引言

燃燒是當今世界的主要能源來源，超過85％的全球一次能源消費都是由化石燃料的燃燒提供的。然而，全球能源需求量的不斷增長與有限的化石能源儲量之間存在著嚴重的矛盾，從而引發(fā)了一系列政治、經濟和社會問題；化石燃料燃燒所排放的大量顆粒物、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等大氣污染物還會影響環(huán)境安全和人類健康。因此，如何實現(xiàn)高效清潔的燃燒已經成為包括我國在內的世界各國所面臨的重大問題。

二、直接燃煤是我國城鄉(xiāng)大氣污染的主要原因

由于傳統(tǒng)的燃煤方式和煤炭加工過程中產生大量的污染物，必然會導致嚴重的大氣污染、酸雨和水污染，甚至造成生態(tài)環(huán)境與自然植物的破壞，特別是以煤為主要能源的動力燃料的消耗。每年我國電站鍋爐、工業(yè)爐窯與工業(yè)鍋爐，僅發(fā)電與其它工業(yè)耗煤就占了煤炭總消費量的2／3左右，而用于民用生活僅占1／10左右，用于城市供熱的占不到1／20。因此，長期以來我國在能源生產與消費中，以煤炭作為主要能源而直接燃燒，又正是造成我國嚴重大氣污染的主要原因之一。

三、煤粉富氧燃燒技術

燃燒中碳捕集即富氧燃燒技術，它是在現(xiàn)有電站鍋爐系統(tǒng)基礎上，用高純度的氧氣代替助燃空氣，同時輔助以煙循環(huán)的燃燒技術，可獲得高達富含80％體積濃度的C02煙氣，從而以較小的代價冷凝壓縮后實現(xiàn)C02的永久封存或資源化利用：具有相對成本低、易規(guī)模化、可改造存量機組等諸多優(yōu)勢，被認為是最可能大規(guī)模推廣和商業(yè)化的CCUS技術之一。其系統(tǒng)流程：由空氣分離裝置(ASU)制取的高純度氧氣(02純度95％以上)，按一定的比例與循環(huán)回來的部分鍋爐尾部煙氣混合，完成與常規(guī)空氣燃燒方式類似的燃燒過程，鍋爐尾部排出的具有高濃度C02的煙氣產物，經煙氣凈化系統(tǒng)(FGCD)凈化處理后，再進入壓縮純化裝置(CPU)，最終得到高純度的液態(tài)C02，以備運輸、利用和埋存。

國際能源署在減少溫室氣體排放的研究與開發(fā)計劃中明確指出，在全球能源與電力生產如此多樣化的今天，不能僅用一種方法來達到減少和控制 CO2 排放的目的，應采用不同的方法或相互的結合來適應各種不同的燃料資源、環(huán)境和地區(qū)的具體條件。從技術創(chuàng)新角度來說，可采用提高電站的效率、采用超高參數(shù)的發(fā)電機組、聯(lián)合循環(huán)等方法;而從燃煤煙氣產物中捕集CO2、儲存和利用這些高濃度 CO2被認為是近期內減緩CO2 排放的根本方法，也是真正實現(xiàn)無碳化、低碳化較為可行的措施與技術。中國在發(fā)展空間受制、減排壓力不斷增大的嚴峻挑戰(zhàn)下，積極推動溫室氣體減排與控制技術的研究與應用尤為重要。

四、濃淡燃燒技術

煤粉濃淡燃燒技術是指通過一定的措施把一次風分成煤粉濃度高的濃氣流和煤粉濃度低的淡氣流噴入爐內進行燃燒。理論和實踐均證明：采用濃淡燃燒技術可提高煤粉著火的穩(wěn)定性和有效地降低 NOx 排放量。NOx 生成機理： 再燃區(qū)： XN+NO →N2+XN CH+NO →XN（NH3＋NO＋HCN）燃盡區(qū)：

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

從水平濃淡燃燒器的燃燒過程來看，濃側煤粉氣流先著火，然后是淡側氣流的混入，然后才是與二次風的混合，因此從燃燒過程看，它屬于分級燃燒，有利于降低鍋爐機組的 NOx 排放量；一次風煤粉氣流經過濃縮器分離后，濃側煤粉氣流內濃度高，含粉量大，空氣量變化不大，濃側一次風氣流中的空氣量僅僅能維持煤粉內揮發(fā)份的著火和燃燒，燃料相對較多，即過量空氣系數(shù)小，屬于缺氧燃燒，燃燒溫度低，故燃料型 NOx 和熱力型 NOx 都低，因而能大大降低NOx 的排放量；而在淡側由于空氣量相對較大，屬于富氧燃燒，燃燒溫度也低，熱力型 NOx 生成也少。這樣水平濃淡燃燒器就能從總體上控制熱力型 NOx，降低鍋爐機組的 NOx 等污染物的排放量，根據(jù)研究，采用分級燃燒，最高可降低 NOx 30%~40%。經工業(yè)性試驗表明，對于不同的煤種，采用水平濃淡煤粉燃燒技術可以將 NOx 的排放量控制在以下范圍：無煙煤 <650mg/mn3，貧煤 <550mg/mn3，煙<450mg/mn3，達到國家排放標準。

五、新型催化法脫硫（催化劑梯級再生）

新型催化法煙氣脫硫技術是在傳統(tǒng)的炭法脫硫技術的基礎上發(fā)展而成的。由四川大學采用特殊工藝技術，開發(fā)出低溫高催化活性的 新型催化劑及脫硫工藝與設備，集成為新型催化法 煙氣脫硫成套技術。該技術的開發(fā)成功改變了我國煙氣脫硫環(huán)保產業(yè)現(xiàn)狀，為廣大用戶提供了獨創(chuàng)的具有自主知識產權的技術。新型催化法基本原理，煙氣中的SO２、H２O、O２被吸附在催化劑的孔隙中，在活性組分的催化作用下變?yōu)榫哂谢钚缘姆肿樱瑫r反應生成 H２SO４，催化反應生成的硫酸富集在催化劑孔隙內，當脫硫一段時間，孔隙能在硫酸達到飽和后再生，釋放出催化劑的活性位，催化劑的脫硫能力得到恢復。生成的副產品 H２SO４以不同濃度返回工藝系統(tǒng)，最終制得硫酸溶液，無有害物質進入環(huán)境中。其脫硫反應原理如下: SO２（ｇ）→SO２*（1）O２（ｇ）→O２ *（2）H２O（ｇ）→H２O*（3）SO２ * ＋1/2O２ * →SO３ *（4）SO３ * ＋H２O* →H２SO４ *（5）式中 * 代表吸附態(tài)。

新型催化法脫硫工藝流程見圖 １

脫硫塔經過再生后是可以反復循環(huán)使用的，這是新型催化法最大的技術優(yōu)勢。循環(huán)使用使得該技術運行成本遠遠低于其他脫硫技術。

六、結束語

中國是一個能源大國，但又是一個能源貧國。中國的人均能源資源占有量為全世界人均水平的1/2，僅為美國人均水平的1/10。而且，能源結構的組成75％以上是煤，從傳統(tǒng)的能源消費與開采情況看，中國是世界上最大的煤炭生產國和消費國，占全世界煤產量的1/4。中國的煤炭資源有量超過一萬億噸，居世界第三位，再加上地下1500米以內的深層資源，總量估計可達5萬億噸，從而成為我國分布最廣，最為豐富的礦物能源。因此，在相當一段時間內我國以煤為主的能源結構將不會改變，煤炭仍然將是當今和今后中國能源的一個最重要的組成，所以煤的清潔燃燒技術的研究與應用對我國發(fā)展的意義是不言而喻的。

七、拓展 一種水基燃燒新技術及其清除海洋油污應用

基于海水的長時間燃燒技術原理

提出的基于海水的長時間燃燒新技術，是一種二元激活式的水基燃燒技術。它同時以使用海域的海水和空氣為激活條件而引發(fā)預設的燃燒，并且無需額外的點火裝置，僅利用其自身特定的化學自持點火扳機反應，在使用區(qū)域的氣水界面自行引燃。該技術的核心部分，主要包括主劑反應、副劑反應、燃燒程度和安全性等部分。

⑴主劑反應

選擇特殊性能的主劑，與天然海水發(fā)生化學反應，以產生燃燒所需的大量易燃氣，并且可通過對主劑粒徑分布的設計，來控制易燃氣的生成速率與反應持續(xù)時間。

⑵副劑反應

選擇特種材料作為副劑，按一定比例摻雜在主劑中，起“點火扳機 ”的作用，副劑與水反應生成點火氣體，同時提供點火能量，從而在水-氣兩相界面處發(fā)生“點火反應 ”放熱燃燒產生明火，引燃水上的易燃氣體。

⑶燃燒程度

通過對副劑外層進行覆膜等處理，利用不同的覆膜厚度，可控制點火時間的長短，結合不同粒徑主劑反應與連續(xù)的副劑點火反應形成的持續(xù)燃燒，或通過較小粒徑的主劑和單一覆膜厚度的副劑組成的由短暫、強烈的主劑反應和集中的副劑點火反應形成的劇烈燃燒。⑷安全性

該技術使用天然海水與空氣作為二元激活組分，即缺少其中任一組分都不會發(fā)生燃燒或爆炸，從其技術原理上即可以保證使用安全可靠，而且可保證使用后的殘留物與海水天然組分一致，因此還能實現(xiàn)環(huán)境友好。

上述原理表明，該燃燒技術易于有效形成強度與范圍可控、作用時間可調、不受天氣條件影響的水基燃燒，并可通過空中、水面或水下投放等多種方式使用，具有成本低廉、使用后殘留物又無污染或者低污染等優(yōu)越性。特別是，其最重要的持續(xù)燃燒時間這一關鍵特性可實現(xiàn)人為控制，這是由以下兩方面原因決定的:一是其易燃氣體可實現(xiàn)長時間持續(xù)供給，這是它的火焰可以持續(xù)存在的原料基礎。根據(jù)某易燃氣體在空氣中的燃燒速率和某主劑水化反應速率，可得出維持持續(xù)燃燒所需的主劑總量，也就是說主劑的總量是直接決定火焰持續(xù)存在的時間長短。二是其點火扳機可實現(xiàn)長時間的持續(xù)點火作用，這是確保其火焰持續(xù)存在的重要條件。顯然，有了易燃氣體的長時間持續(xù)供給這一前提，再要確保其火焰一定能夠持續(xù)存在，便可通過其點火扳機在該時段內一直進行副劑強烈的水化反應而釋放能量產生明火。前述水基燃燒原理表明，通過對副劑的覆膜等處理，完全可以滿足這一需求。

正是因為該技術的燃燒持續(xù)時間可根據(jù)需求進行設定，保證實現(xiàn)長時間的持續(xù)燃燒，從而可對海洋油污層進行不斷加熱和點燃，確保即使對厚度很小的油層也可使其燃燒殆盡，達到有效清除的目的。

第三篇：淺談煤燃燒

淺談煤燃燒的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

我國是世界上最大的煤炭生產和消費國，也是世界上為數(shù)不多的以煤炭為主要一次能源的國家之一。煤炭在我國能源消費結構中的比例一直很高，1959年是94．7％，1976年為最低點69．9％，自20世紀9o年代以來，一直在75％ ～76％之間。當前，煤炭為我國提供了70％以上的發(fā)電燃料，60％的化工原料和80％的民用燃料。根據(jù)預測，到2015年，煤炭還要占62．6％，即使到了2050年，煤炭仍占50％ 以上。因此，在相當長的一個時期內，我國以煤為主的能源消費結構將難以改變。但是，煤炭的利用效率不高和由燃燒造成的環(huán)境污染一直是制約我國可持續(xù)發(fā)展的最重要的因素之一。

煤碳的燃燒過程： 煤從進入爐膛到燃燒完畢，一般經歷四個階段：水分蒸發(fā)，當溫度達到105℃左右時，水分全部被蒸發(fā)；揮發(fā)物著火階段，煤不斷吸收熱量后，溫度繼續(xù)上升，揮發(fā)物隨之析出，當溫度達到著火點時，揮發(fā)物開始燃燒。揮發(fā)物燃燒速度快，一般只為煤整個燃燒時間的1/10左右；焦碳燃燒階段，煤中的揮發(fā)物著火燃燒后，余下的碳和灰組成的固體物便是焦碳。此時焦碳溫度上升很快，固定碳劇烈燃燒，放出大量的熱量。煤的燃燒速度和燃燼程度主要取決于這個階段；燃燼階段，這個階段使灰渣中的焦碳盡量燒完，以降低鍋爐熱損失，提高效率。良好燃燒必須具備三個條件：

1、溫度。溫度越高，化學反應速度快，燃燒就愈快。層燃爐溫度通常在1100~1300℃。

2、空氣。空氣沖刷碳表面的速度愈快，碳和氧接觸越好，燃燒就愈快。

3、時間。要使煤在爐膛內有足夠的燃燒時間。碳燃燒時在其周圍包上一層灰殼，碳燃燒形成的一氧化碳和二氧化碳往往透過灰殼向外四周擴散運動，其中一氧化碳遇到氧后又繼續(xù)燃燒形成二氧化碳。也即，碳粒燃燒時，灰殼外包圍著一氧化碳和二氧化碳兩層氣體，空氣中的氧必須穿過外殼才能與碳接觸。因此，加大送風，增加空氣沖刷碳粒的速度，就容易把外包層的氣體帶走；同時加強機械撥動，就可破壞灰殼，促使氧氣與碳直接接觸，加快燃燒速度。如果氧氣不充足，攪動不夠，煤就燒不透，造成灰渣中有許多未參與燃燒的碳核，另外還會使一部分一氧化碳在爐膛中沒有燃燒就隨煙氣排出。對于大塊煤，必須有較長的燃燒時間，停留時間過短，燃燒不完全。因此，實際運行中，一般采取供給充足的氧氣，采用爐拱和二次風來加強擾動，提高燃燒溫度，爐膛不宜過小等措施保證煤充分燃燒。煤質對鍋爐穩(wěn)定燃燒的影響： 煤的發(fā)熱量是反映煤質好壞的一個重要指標，當煤的發(fā)熱量低到一定數(shù)值時，不僅會影響燃燒不穩(wěn)定不完全，而且會導致鍋爐熄火，使鍋爐出口溫度很難達標，影響正常供熱。揮發(fā)分在較低溫度下能夠析出和燃燒，隨著燃燒放熱，焦碳粒的溫度迅速提高，為其著火和燃燒提供了極其有利的條件，另外揮發(fā)分的析出又增加了焦碳內部空隙和外部反應面積，有利于提高焦碳的燃燒速度。因此，揮發(fā)分含量越大，煤中難燃的固定碳成分越少，煤粉越容易燃燼，揮發(fā)分析出的空隙多，增大反應表面積，使燃燒反應加快。揮發(fā)份含量降低時，煤粉氣流著火溫度顯著升高，著火熱隨之增大，著火困難，達到著火所需的時間變長，燃燒穩(wěn)定性降低，火焰中心上移，爐膛輻射受熱面吸收的熱量減少，對流受熱面吸收的熱量增加，尾部排煙溫度升高，排煙損失增大。煤的灰份在燃燒過程中不但不會發(fā)出熱量，而且還要吸收熱量。灰分含量越大，發(fā)熱量越低，容易導致著火困難和著火延遲，同時爐膛溫度降低，煤的燃燼程度降低，造成的飛灰可燃物高。灰分含量增大，碳粒可能被灰層包裹，碳粒表面燃燒速度降低，火焰?zhèn)鞑ニ俣葴p小，造成燃燒不良。另外飛灰濃度增高，使鍋爐受熱面特別是省煤器、空氣預熱器等處的磨損加劇，除塵量增加，鍋爐飛灰和爐渣物理熱損失增大，降低了鍋爐的熱效率。有關資料顯示，平均灰份從13%上升到18%，鍋爐的強迫停運率將從1.3%上升到7.54%。煤的顆粒度對鍋爐的燃燒有很大影響。顆粒度過大時，煤塊在鍋爐內燃燒時停留時間過短，煤炭中的焦碳沒有完全燃燼，爐渣中的含碳量增大，增加了鍋爐爐渣的物理熱損失；顆粒度過小時，細煤粉在爐排上燃燒時通風不好，碳與氧不能很好地接觸發(fā)生化學反應，易形成黑帶，同時細煤粉也易被空氣吹起，很快隨著煙氣被帶走，增加了鍋爐煙氣中的飛灰熱損失。因此要根據(jù)煤炭顆粒度合理調整給風量。煤的含水量在一定的含量限度內與揮發(fā)分對燃煤的著火特性影響一致，少量水分對著火有利，從燃燒動力學角度看，在高溫火焰水蒸氣對燃燒具有催化作用，可以加速煤粉焦碳的燃燒，可以提高火焰黑度，加強燃燒室爐壁的輻射換熱。另外，水蒸氣分解時產生的氫分子和氫氧根可以提高火焰的熱傳導率。但水分含量過大時，著火熱也隨之增大，同時由于一部分燃燒熱熱耗在加熱水分并使其汽化和過熱也降低了爐內煙氣溫度，從而使煤粉氣流吸卷的煙氣溫度以及火焰對煤粉的輻射熱都降低，這對著火不利。煤中雜質不僅會吸收煤燃燒生產的熱量，降低鍋爐熱效率，增大鍋爐運行時的除渣除灰量，而且對鍋爐的安全運行帶來很大危害。

煤炭在鍋爐內燃燒放出的熱量，將水加熱成具有一定壓力和溫度的蒸汽，然后蒸汽沿道進入汽輪機膨脹做功，帶動發(fā)電機一起高速旋轉，從而發(fā)電。在汽輪機中做完功的蒸汽排入冷汽器中并凝結成水，然后被凝結水泵送入除氧器。水在除氧器中被來自抽氣管的汽輪機抽汽加熱并除去所含氣體，最后又被給水泵送回鍋爐中重復參加上述循環(huán)過程。顯然，在這種火力發(fā)電廠中存在著三種型式的能量轉換過程：在鍋爐中煤的化學能轉變成熱能，在汽輪機中熱能轉變?yōu)闄C械能，在發(fā)電機中機械能轉換成電能。進行能量轉換的主要設備----鍋爐、汽輪機和發(fā)電機，被稱為燃燒發(fā)電廠的三大主機，而鍋爐則是三大主機中最基本的能量轉換設備。

不過，在送進鍋爐燒灼之前，還需要由磨煤機將煤炭磨成不規(guī)則的細小煤炭顆粒，其顆粒平均在0.05-0.01mm，其中20-50um（微米）以下的顆粒占絕大多數(shù)。這是因為煤粉顆粒很小，表面很大，能吸附大量的空氣，且具有一般固體所未有的性質----流動性。煤粉的粒度趙小，含濕量越小，其流動性也越好，但煤粉的顆粒過小細小或過于干燥，則會產生煤粉自流現(xiàn)象，使給煤機工作特性不穩(wěn)，給鍋爐運行的調整操作造成困難。另外煤粉與氧氣接觸而氧化，在一定可能發(fā)生煤粉自燃。在制粉系統(tǒng)中，煤粉是由于氣體來輸送的，氣體和煤粉的混合物一火花就會使火源擴大而產生較大壓力，從而造成煤粉的爆炸。

由煤粉制備系統(tǒng)制成的的煤粉經煤粉燃燒進入爐內，燃燒器是煤粉爐的主要燃燒設備。燃燒器的作用有三個：一是保證煤粉氣流噴入爐膛后迅速著火,二是使一、二次風能夠強烈混合以保證煤粉充分燃燒，三是讓火焰充滿爐瀉膛而減少死滯區(qū)。煤粉分流經燃燒器進入爐膛后，便開始了煤的燃燒過程。燃燒過程的三個階段與其他爐型大體相同，所不同的是，這種爐型燃燒前的準備階段和燃燒階段時間很短，而燃盡階段時間相對較長。

研究表明，煤及燃煤產物中的Hg、Cr、Cd的淋出濃度高于國家的水質標準，其對水體的污染應引起高度重視。Mn、Zn、Cl的總淋出濃度都明顯低于地面水和飲用水國家標準；本次實驗樣品中Pb、Cu、Ni、Co等有害元素含量低，且主要是與粘土礦物或煤大分子結合，因此沒有被淋濾出來。所以，Mn、Cl、Zn、Pb、Cu、Co、Ni等元素在濃度較低或主要與粘土礦物及煤大分子結合的情況下，淋出濃度低或不能淋出，因此對環(huán)境影響不大。這些成果對于預測、預防煤及燃煤產物中有害元素的環(huán)境污染具有實際指導意義。

（6）對脫礦鏡煤和絲炭中微量元素的分布研究表明，有害元素Co、Cr、Sb、U、Th、V等主要富集在鏡煤中，Hg、Zn等主要與絲炭有關，而As等其它有害元素的含量與絲炭和鏡煤的關系不明顯；鏡煤由于凝膠化作用強烈而富集了水溶性較強的V、U、Th、Cr、Fe、Br等元素；未脫礦鏡煤和絲炭中的元素可通過酸處理而脫出，這為制備高純煤提供了依據(jù)。

（7）對中國煤中氯，特別是山西平朔煤中氯的分布特征研究表明，絕大多數(shù)中國煤不是高氯煤，且中國北方煤中的氯含量比南方煤高，這可能與氣候有關；平朔煤中的氯主要以無機態(tài)形式賦存在鏡質組和惰質組中，而殼質組中氯含量較低。

煤炭資源是大自然賦予人類的財富，它的總儲量是有限的，在不斷使用中逐漸減少。所以如何合理高效利用煤是當今我們所面對的非常緊迫的問題，如何提高燃煤機組效率成了解決這一問題的關鍵。同時，隨著我國電力行業(yè)改革的不斷深入，即廠網分開，競價上網，要使發(fā)電企業(yè)在行業(yè)中立住足、立穩(wěn)足，就必須大力降低發(fā)電成本。而發(fā)電成本的主要構成因素就是發(fā)電煤耗，所以降低火力發(fā)電廠的煤耗成了現(xiàn)代發(fā)電企業(yè)關注的問題。

第四篇：燃燒劣質煤的探討

劣質煤的燃燒問題及其調整技術探討我國的劣質煤儲量豐富，開發(fā)和利用劣質煤是我國一項重要的能源政策。劣質煤的特點：水份高，灰份大，發(fā)熱量低，揮發(fā)份低，著火點高等。火力發(fā)電廠在燃用劣質煤時，一方面，鍋爐燃燒不穩(wěn)，易引起鍋爐滅火放炮事故；另一方面，為穩(wěn)定燃燒需投油助燃，浪費了大量的燃油。同時，飛灰含碳量增大，鍋爐效率降低，經濟性差。此外，還存在燃用劣質煤，使鍋爐易結焦，各受熱面磨損嚴重，鍋爐運行各參數(shù)不穩(wěn)，運行人員調整工作量增大等問題。此外，劣質煤是火電廠鍋爐運行人員最難調整，最頭疼、最不愿燃用的煤種。焦作電廠670T/H鍋爐燃煤種類很雜，先后燃用了焦作、山西、鞏義、義馬、新密等地方煤礦的劣質煤。下面就四角直流燃燒器鍋爐在燃燒劣質煤時影響燃燒的因素和調整技術作初步探討和研究。1 用劣質煤采用集中燃燒有利于提高爐膛溫度，有利于煤粉著火燃燒(1)集中燃燒是燒好劣質煤的有效措施，理由是：(2)增加了煤粉的濃度，集中了燃燒的揮發(fā)物。(4)降低了著火區(qū)的過量空氣。(5)燃燒中心集中，使火焰溫度水平升高。煤愈差，一次風比例就越小，分散送風、送粉會使射流剛性變差，燃燒不易穩(wěn)定，集中一次風布置后，氣流射流剛性變強。(1)以上這些都有利于劣質煤的著火和燃燒，但一次風集中布置也帶來兩個問題：由于煤粉高度集中，可能出現(xiàn)著火、燃燒初期氧量不足的問題，在一次風噴嘴內加周界風量解決方法之一。(2)集中布置后噴口截面增大，不但噴嘴機械強度變差，易發(fā)生變形，同時也易出現(xiàn)速度不均，氣粉分層等不良現(xiàn)象，可通過在噴嘴內加縱向或橫向隔板來解決，由于隔板把一次風分割成多個小股射流，使氣流擾動增強，有利于著火燃燒穩(wěn)定。2 控制好一次風量有利于劣質煤的燃燒一次風量的大小對燃燒的著火影響較大，直流燃燒器煤粉著火，主要是依靠射流卷吸周圍高溫煙氣對一次風的氣粉混和物進行加熱，一次風量愈大，要求加熱至著火所需熱量愈多，對著火不利。實踐證明：當一次風量增加時，噴嘴出口附近火焰溫度明顯降低，著火推遲，再加上劣質煤著火溫度本來就較高，因此在調整時，對劣質煤在煤粉管道不積粉堵管的前提下，應盡可能降低一次風比例，這樣就有利于劣質煤的燃燒。3 調整好一次風速有利于劣質煤的燃燒燃燒劣質煤時，一次風速過高或過低都是不合適的，一次速過高，會推遲著火，引起燃燒不穩(wěn)定，而且較粗的煤粉因慣性過大易穿過劇烈的燃燒區(qū)而落下或逸走，形成機械不完全燃燒損失，有時甚至噴射到爐墻上引起結焦，一次風速過低亦是不利的，原因在于：(1)煤粉氣流剛性削弱，氣流穩(wěn)定性變差擾動又不強烈，火焰容易擺動，切圓形成不佳。(2)抽吸周圍高溫煙氣量減少，降低煤粉氣流著火前的加熱強度。(3)易產生氣粉分層和氣粉分布不均，堵塞一次風管等不良現(xiàn)象。(4)燃料如能著火，則因著火點距離噴嘴較近，容易燃壞噴嘴。因此，對于低揮發(fā)份無煙煤宜選擇低限來調試，以選擇最佳一次風速。4 控制好二次風與一次風交匯點有利于劣質煤燃燒的穩(wěn)定性采用一次風集中送粉的措施后，二次風往往有如下布置形式：一次風下設置二次風，一次風上設置中二次風及上二次風，根據(jù)著火三角形原理，二次風應該在煤粉火焰邊緣著火后和一次風相交，以實現(xiàn)分段送風的目的，煤種愈差，就愈難著火，交點相應要推遲，控制二次風和一次風相交的是手段是：二次風嘴的角度、風速及一、二次風嘴間的距離，在燃燒器結構一定的情況下，可用控制二次風速的大小來調節(jié)一、二風的交點距離，至于一、二次風噴嘴的距離它對燃燒影響頗大，間距太近時，對一、二次風干擾太大，一、二次風相交提前，影響穩(wěn)定燃燒，此時只好降低二次風速運行，因而容易造成爐膛空氣過量系數(shù)偏低現(xiàn)象，這會影響鍋爐出力及效率，因此，對揮發(fā)份較低的無煙煤在結構一定情況下，燃燒不穩(wěn)時，應將距離一次風速較近的二次風速降下來，以不至于一、二次風相交過早而造成燃燒不穩(wěn)。5 合理分配各層二次風有利于劣質煤穩(wěn)定燃燒燃燼鍋爐在燃用劣質煤時，各層二次風的分配比例對保證鍋爐的穩(wěn)定燃燒起著至關重要的作用。調整時一般采用下少上多的二次風分配方式即所謂的“倒寶塔形”配風，下二次風的作用是：(1)分段送入空氣，使下側煤粉火焰燃燒。(2)第二托起煤粉氣流中分離出來的粉粒，減少灰渣未燃燼損失，實踐表明，隨著下二次風率增加，爐膛中心溫度和下部溫度均有所提高，飛灰、爐渣可燃物逐漸下降，在燃用揮發(fā)份較低的煤時，應將下二次風適當減少，以提高燃燒穩(wěn)定性。為避免風量減少引起出口風速減小，以提高燃燒穩(wěn)定性。為避免風量減小后引起風速過低，導致落灰可燃物增加，一般當燃燒能夠保持穩(wěn)定的前提下，下二次風量不宜過小，以保證燃燒的經濟性。因為煤粉火焰著火后轉彎向上，因此下二次風量不能太多，一般下二次風為總二次風量的20%-25%，但要保持一定的風速，上中二次風速在40-50M/S范圍才能有力的穿透煤粉火焰達到補氧托粉的目的。在燃燒劣質煤的實際運行調整中，由于中二次風一般離相鄰的一次風距離較小，當其風量過大，風速過高時，該氣流將過多地與一次風氣流相混合，影響煤粉著火燃燒。另外，由于該噴燃口與相互間距較小的一次風口緊密連在一起，當風量風速過大時，將使燃燒器出口氣流屏的背火面補氣條件更差，加劇一次風煤粉偏轉靠墻，促使煤粉離析，所以適當降低中二次風的風量，風速有助于提高燃燼度，降低爐渣可燃物。在燃燒劣質煤的實際運行調整中，電負荷在140~160MW時，第四層火嘴全停運，投一、二、三層火嘴情況下，保持上上二次風較小，上下二次風較大的配風方式較好，其上下二次風率約為上上二次風率的兩倍，分析認為，由于第四層火嘴停運，使得上下噴口的二次風到一次風的距離增加較多，在上下均等配風工況下，該噴口風量、風速相應減少，其動量較弱，使一、二次風混合過遲，當采用上小下大的配風方式時，隨著上下層噴口風量、風速的提高，將使著火后的煤粉氣流及時同二次風相混合，加速擴散燃燒，提高燃燼度，飛灰爐渣可燃物下降，因此，在140~160MW時，上排二次風采用上下下大的配風方式有利燃燒穩(wěn)定和燃燒完全。對于四層火嘴全部投運，滿負荷運行中，應采用上下二次風均等配風或上大下小的風量分配方式為宜，分析認為，由于第四層火嘴投運，此時上下二次風到一次風氣流的距離相應減少較多，因此上下二次風量不宜過大，否則將導致一次風中混入二次風量過多，影響著火燃燒特別是燃用高灰份低揮發(fā)份的劣質煤時影響更大。6 對于中間儲倉熱風送粉制粉系統(tǒng)，在燃燒劣質煤時，應采取的措施燃用劣質煤時，由于水份和灰份較高，制粉系統(tǒng)有漏風較大，使得三次風量和風速往往比設計值高得多，大量的三次風噴入對燃燒的影響主要有：(1)使爐膛火焰溫度降低，著火推遲，燃燒不穩(wěn)定。(2)大量高速、低溫的三次風穿入火焰，擾亂了爐內正常的空氣動力場，易引起氣流貼壁結焦現(xiàn)象。(3)降低了火焰溫度，惡化了燃燒條件，使飛灰可燃物增加。(4)當三次風中細粉較多時，會使火焰拖長，使爐膛出口煙溫及過熱蒸汽溫度均偏高。一般希望燃燒劣質煤時，把三次風量調整至不大于30％，三次風速不大于60m/s，但燃用水分較高的煤種時，實際運行三次風量往往比此值高，要保證在燃燒劣質煤時燃燒穩(wěn)定，減少三次風的不良影響，就要盡量降低三次風量和風速。降低三次風量可以采取以下措施：(1)減少制粉系統(tǒng)的漏風，往往會收到較好的效果。(2)提高干燥煤粉的熱風溫度也能降低乏氣量，在燃用多水劣質煤時，希望盡量高的熱風溫度，從結構布置多些空氣預熱器受熱面，這不但對強化燃燒穩(wěn)定著火有利，而且能有效降低三次風量。(3)在保證磨煤機出口溫度（即：干燥出力足夠）的情況下，盡量投入三次風再循環(huán)，把制粉系統(tǒng)的乏氣抽出部分送至磨煤機入口再循環(huán)，可以有效降低三次風量。(4)在粉位正常情況下，盡量減少運行制粉系統(tǒng)的套數(shù)是減少三次風量最有效的方法。或節(jié)流排粉機擋板的開度，以減少三次風量。三次風的合理布置，處理能把煤粉系統(tǒng)乏氣中煤粉燒掉外，還能加強對火焰中心的擾動，有利于煤粉火焰的燃燼，我廠三次風分兩層布置噴燃器的最上方，當細粉分離器工作良好時，三次風帶粉量不多時，可加強火焰尾部擾動，降低飛灰可燃物含量。我廠上三次下傾角設計為10℃，下三次風下傾角設計為7.5℃，由于上三次風下傾角較大，對燃燒擾動動力強，煤愈差，其影響愈明顯，所以，在燃燒劣質煤和負荷低時，要盡量避免上三次風所在的制粉系統(tǒng)的運行，我廠甲、丁制粉系統(tǒng)所帶的乏氣是上三次風，所以在燃燒劣質煤時，在粉位允許的條件下，盡量避免或減少甲、丁制粉系統(tǒng)運行時間。此外，在燃用劣質煤時，制備較細的煤粉，有利于低揮發(fā)份煤的著火，燃燒和燃燼。因此，制粉系統(tǒng)在運行中必須嚴格控制煤粉細度，為鍋爐穩(wěn)定燃燒打下良好的基礎。這一點在燃燒劣質煤時顯得尤為重要。7 燃用劣質煤時要時刻注意防止鍋爐結焦(1)對易結焦的劣質煤，采用較小的假想切圓直徑是合適的。因為假想切圓直徑較大時，氣流易貼邊，雖然氣流貼邊并不意味著結焦，還應考慮兩相氣流的運行特點，由于氣流旋轉會出現(xiàn)氣粉分離的特點，即在爐墻四周會出現(xiàn)煤粉顆粒較集中的現(xiàn)象，如果在有較大的沖向爐墻的風速，則會容易帶動煤粉結焦。熱態(tài)時因氣流膨脹，實際切圓直徑較冷態(tài)設計切圓直徑大許多，而且爐內最大旋轉速度亦較冷態(tài)高許多，切高溫區(qū)靠近爐壁四周，因而過大的切圓直徑使得出現(xiàn)結焦的可能性增加。(2)下、中二次風量可關小些，上二次風可開大些，使下部氣流貼邊少，上部擾動增強。(3)對結焦嚴重的煤種，四角一次風速要配比均勻，在保證爐膛燃燒穩(wěn)定情況下，均衡各層給粉機的轉速，以降低局部熱負荷使爐內溫度場趨于均勻。(4)在保證爐膛溫度情況下，合理布置衛(wèi)燃帶位置，一般情況應將衛(wèi)燃帶布置偏下，并分割成許多小塊，這樣可以有效地避免爐膛上部粘結大焦而掉下對燃燒造成強烈擾動，甚至造成鍋爐滅火的發(fā)生。(5)保證爐壁四周有足夠的過量空氣，因為在氧氣不足的還原性氣氛中，灰熔點有時會下降150－200℃，易產生結焦，為此，除要有合適的空氣動力場外，還要求四角一、二次風及煤粉分布要均勻，避免形成局部的高煤粉濃度而缺氧燃燒。為此，要積極采用高新技術，給鍋爐燃燒調整配備能顯示瞬時一、二次風速及煤粉濃度的鍋爐優(yōu)化燃燒微機顯示系統(tǒng)（西安熱工研究所研制）。該系統(tǒng)通過在我廠近幾年的投入運行，效果良好，給司爐燃燒調整帶來很大方便，有效地防止四角一、二次風速不均而造成的火焰中心偏斜問題，從而防止了火焰偏斜引起的結焦問題。在實際運行中，判斷爐內火焰中心是否偏斜，應以汽包兩側水位是否平衡為依據(jù)，不能以爐膛出口兩側煙溫是否平衡為標準。(6)燃用劣質煤時，在需要投油穩(wěn)燃時，常常存在煤、油混燃的工礦，如果煤、油在同一燃燒器上混燃，常常會出現(xiàn)嚴重結焦現(xiàn)象，這是由于油的燃燒性能好，著火后很快放出大部分熱量，使火焰中心溫度升高，另一方面是因為一次風大部分都被油燃燒消耗掉，使煤粉的不到著火所需要得一次風量，即所謂的“油槍風”現(xiàn)象，其結果使煤粉燃燒推遲，飛灰可燃物含量增加，并且在爐膛的局部地區(qū)產生還原性氣氛，使灰的熔點降低，使該處的結焦可能性大大增加。由于上述原因，如果需要穩(wěn)定燃燒投油時，應盡量避免在同一只燃燒器上進行煤、油混燒，而宜投入煤粉燃燒器下面的油槍進行穩(wěn)定煤粉的著火燃燒，從而避免煤、油混燒而產生的局部結焦現(xiàn)象的發(fā)生。8 燃用劣質煤時，要注意控制過熱器的超溫鍋爐在燃用高灰份、低揮發(fā)份的劣質煤時，由于以下原因易使過熱器超溫和超溫爆管(1)劣質煤著火遲，使火焰延長。(2)因燒劣質煤時，投粉量大，使得磨煤機系統(tǒng)難以適應，煤粉往往變粗，這也會使火焰拖長。(3)多灰煤粉所需的燃燼時間較長。(4)劣質煤的水份較高時，制粉所產生的三次風量增大。(5)劣質煤結焦性強時，造成水冷壁吸熱減少，爐膛出口煙溫偏高。以上這些原因都將會導致燃燒延遲，火焰中心上移，爐膛出口煙溫及出口煙氣的均勻性變差。因此，在燒劣質煤時，要注意過熱器和再熱器管壁溫度的監(jiān)視，注意是否有管壁超溫和熱偏差現(xiàn)象的存在，如果存在超溫現(xiàn)象要及時采取有效措施，當減溫水量不足時，要及時調整燃燒，調整無效時要降低鍋爐負荷運行，以確保過熱器的安全運行。總之，劣質煤的燃燒及其調整存在著一系列復雜的理論和技術問題，還有待我們今后的工作中不斷摸索和探討，不斷學習，不斷總結經驗，為鍋爐的安全經濟運行貢獻自己的力量。

第五篇：燃燒的煤詩歌

一個個黑乎乎的煤，

每天排成一隊隊，走進千家萬戶，從來沒叫過苦和累。

你一直都是默默無聞，你一直都是忠心耿耿，無論春夏秋冬、寒來暑往，你總是牢記著誠實守信。

日復一日年復一年，勤勤懇懇任勞任怨，動人的故事，一莊莊一件件。

你日夜惦記的是百姓黎民，心中永遠裝著的是姐妹兄弟，關心別人，幫助別人，從來沒有想想自己。

三十年前的你，朝氣蓬勃，豪情滿懷，流淌著青春的熱血，實踐著希望與夢想。

驕陽炙烤著你的背脊，腳踏著滾燙的路上，你常常行走在暴風驟雨中，穿行在冰天雪地里。

你敲響靜靜的黎明，你迎來朝霞萬里，勞累奔波不計期數(shù)，夜幕中還有你行走的身影。