火電廠系統(tǒng)與煤的潔凈燃燒

1、煤的燃燒與潔凈煤技術目 錄 熱力發(fā)電廠燃燒系統(tǒng) 燃料煤 煤的燃燒過程與燃燒機理 目的和意義 主要研究內容 國內外動態(tài) 循環(huán)流化床鍋爐技術 展望1. 燃燒系統(tǒng) 輸煤，磨煤，鍋爐與燃燒，風煙系統(tǒng)，灰渣系統(tǒng)2. 汽水系統(tǒng) 給水系統(tǒng) ，冷卻水系統(tǒng)，補水系統(tǒng)3. 電氣系統(tǒng)磨煤制粉系統(tǒng)：輸煤皮帶，磨煤機，煤粉分離器，煤粉倉 鍋爐燃燒系統(tǒng)：排粉風機，燃燒器，鍋爐爐膛灰渣系統(tǒng)：引風機，煙氣除塵器，灰斗送風機將冷風送到空氣預熱器加熱，加熱后的氣體一部分經磨煤機、旋風分離器、排粉風機進入爐膛（一次風），另一部分經空氣預熱器后，直接進入爐膛，幫助爐膛燃燒（二次風）。煤粉懸浮在爐膛內燃燒，燃燒中心的溫度可高達1500

2、度以上。燃燒形成的高溫煙氣沿著煙道，依次沖刷過熱器、再熱器、省煤器、空氣預熱器等受熱面，自身溫度逐漸降低，煙氣到達煙道尾部時大約有130度。在引風機的作用下，煙氣流入除塵器進行除塵凈化，最后經煙囪排入大氣。汽水系統(tǒng)：由鍋爐，汽輪機，凝汽器，除氧器，加熱器等構成，主要包括給水系統(tǒng)，冷卻水系統(tǒng)，補水系統(tǒng)。由鍋爐產生的過熱蒸汽沿主蒸汽管道進入汽輪機，汽輪機葉片轉動。作功后的蒸汽，其溫度和壓力大大降低，最后排入凝汽器并被冷卻水冷卻凝結成水（稱為凝結水）。凝結水由凝結水泵打至低壓加熱器中加熱，再經除氧器除氧并繼續(xù)加熱。由除氧器出來的水（叫鍋爐給水），經給水泵升壓和高壓加熱器加熱，最后送入鍋爐。 電站鍋爐

3、的本體結構類型主要取決于燃料特性、鍋爐容量和蒸汽參數等因素。常見的有倒U型、塔型和箱型。鍋 - 汽水系統(tǒng) 吸收燃料燃燒放出的熱量，加熱水變成過熱蒸汽爐 - 燃燒系統(tǒng) 使燃料良好燃燒，放出熱量（組成：爐膛，燃燒器，空氣預熱器，煙道）輔助設備：燃料供應，煤粉制備，給水系統(tǒng)，通風系統(tǒng)等。1、爐膛、爐膛爐膛是由爐墻圍城的供燃料燃燒的立體空間，它是鍋爐的燃燒設備。作用：提供燃料燃燒的空間；組織爐內輻射換熱。結構：固態(tài)排渣煤粉爐的爐膛包括爐墻、冷灰斗和爐頂，爐墻四周布置水冷壁，前后墻水冷壁彎曲形成冷灰斗，后墻水冷壁的上部彎曲形成折焰角，爐頂布置頂棚過熱器。位置：進口連接燃燒器，進口連接水平煙道和除渣設備。

4、2、燃燒器、燃燒器燃燒器是將煤粉和一定比例的空氣送入爐膛點火并組織燃燒的裝置，它是煤粉爐燃燒設備的主要部件。作用：將煤粉和燃燒所需空氣送入爐膛；組織良好的燃燒工況，使煤粉在爐內迅速完全燃燒。結構：根據出口氣流特征，燃燒器分為直流和旋流兩種。旋流燃燒器射流在噴入爐膛時依靠射流旋轉時產生的中心回流來穩(wěn)定燃燒。 位置：直流燃燒器在爐膛四角切圓布置，旋流燃燒器多布置在爐膛前墻、前后墻或兩側墻上。3、空氣預熱器、空氣預熱器概念：空氣預熱器是利用鍋爐尾部煙氣的熱量加熱燃料燃燒所需空氣的熱交換器。作用：降低排煙溫度，提高鍋爐效率；改善燃料的著火條件和燃燒過程；節(jié)約蒸發(fā)受熱面金屬，降低鍋爐造價。結構：常用管式

5、（傳熱式）和回轉式（蓄熱式）空氣預熱器。受熱面為鋼管或波形板，此外有連接的風道和密封裝置等。位置：布置在尾部煙道內，分單級與雙級布置。進口連接送風機，出口熱風進入二次風箱、一次風箱和磨粉機。鍋爐經濟和安全指標鍋爐效率 指送入鍋爐的全部熱量中被有效利用的百分數鍋爐凈效率 指扣除了鍋爐機組運行時的自用能耗(熱能和電能)后的鍋爐效率連續(xù)運行小時數 鍋爐兩次被迫停爐進行檢修之間的運行小時數可用率 事故率鍋爐分類(用途，容量，主蒸汽壓，燃燒方式等）按出口蒸汽壓力：低壓，中壓，高壓，超高壓，亞臨界，超臨界低壓鍋爐：一般壓力小于1.275MPa 中壓鍋爐：一般壓力為3.825MPa 高壓鍋爐：9.8MPa

6、超高壓鍋爐：13.73MPa 亞臨界壓力鍋爐：16.67MPa 超臨界壓力鍋爐：22.13MPa 超超臨界鍋爐：大于25MPa爐內燃燒方式：火床爐、旋風爐、室燃爐和循環(huán)流化床爐工質在蒸發(fā)受熱面的流動方式：自然循環(huán)鍋爐、直流鍋爐、強制循環(huán)鍋爐1. 依靠下降管中的水和上升管中的汽水混合物之間的密度差所產生的壓力差進行循環(huán)的鍋爐2. 給水靠給水泵的壓頭，一次通過鍋爐各受熱面產生蒸汽的鍋爐3. 工質除了依靠下降管中的水和上升管中的汽水混合物之間的密度差所產生的壓力差以外， 還依靠循環(huán)泵的壓頭進行循環(huán)的鍋爐室燃爐：燃料以粉狀、霧狀或氣態(tài)隨同空氣噴入爐膛中進行燃燒的方式稱為火室燃燒方式流化床爐：燃料顆粒在

7、大于臨界風速的空氣流速作用下，在流化床上呈沸騰狀態(tài)的燃燒方式 （高分子碳氫化合物）煤的元素分析 工業(yè)中以煤作燃料時進行熱量計算的基礎 煤的成分包括碳（C）、氫（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）五種主要元素以及水分（W）和灰分（A）煤的工業(yè)分析 主要測定煤中水分、揮發(fā)分、固定碳和灰分含量，用以表明煤的主要燃燒特性, 也是評價煤質的基本依據揮發(fā)分：煤中有機質的可揮發(fā)的熱分解產物，可燃氣體。其中除含有氮、氫、甲烷、一氧化碳、二氧化碳和硫化氫等氣體外，還有一些復雜的有機化合物煤的加熱過程煤的特性1.煤的分類 指標：干燥無灰基揮發(fā)分含量無煙煤，煙煤，褐煤2.發(fā)熱量 單位質量煤完全燃燒放出的熱量3.標準

8、煤 收到基發(fā)熱量為29270KJ/Kg的煤4.煤的成分對鍋爐的影響揮發(fā)分（易燃燒），水分（燃燒熱損增加），硫份（腐蝕）灰分（降低煤的發(fā)熱量）1.燃燒速度化學反應速度（壓力，溫度，催化劑等）氧的擴散速度（反應消耗氧，氧向炭粒表面擴散）3.燃燒區(qū)域（按照化學反應條件和氣體擴散條件對速度的影響）動力燃燒區(qū)（氧的擴散速度大于化學反應速度）提高溫度擴散燃燒區(qū)（化學反應速度大于氧的擴散速度）改善擴散混合條件過度燃燒區(qū)2.炭粒燃燒過程氧擴散到炭粒表面 氧被炭粒表面吸附 在炭粒表面進行燃燒化學反應 燃燒產物解吸附 產物離開碳粒表面，擴散4.煤的燃燒階段與燃燒區(qū)著火前準備階段（水分蒸發(fā)，析出揮發(fā)分，揮發(fā)份著火）

9、燃燒階段（揮發(fā)份燃燒，引燃炭，關鍵階段）燃盡階段（剩余少量殘?zhí)坷^續(xù)燃燒）燃燒區(qū)域劃分主要包括著火區(qū)（噴燃器出口附近）、燃燒區(qū)（與燃燒器水平的爐膛中部）和燃盡區(qū) 5.影響煤粉著火與燃燒的因素 燃料因素燃料品質，煤粉細度及顆粒分布 設備結構因素燃燒器，爐膛溫度和停留時間 運行因素鍋爐負荷，調節(jié)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.煤炭利用與環(huán)境問題 世界和中國能源結構 中國探明資源百分比中國探明資源百分比我國能源結構與世界其他國家顯著不同，煤炭在中國能源資源中占絕對優(yōu)勢，水能次之，油氣相對較少，煤炭占一次能源生產總量的70%-75%，大約78%的電力裝機是以煤為燃料的

10、火電機組，而發(fā)電量的84%來自煤電 煤炭燃燒引起環(huán)境問題中國是燃煤大國，煤炭在能源消耗中占了70%，因而我國的大氣污染主要是燃煤造成的。大氣中的主要污染物二氧化硫氮氧化物一氧化碳煙塵顆粒物重金屬有機污染物主要污染：酸雨，光化學煙霧，顆粒物污染（霧霾），全球變暖 潔凈煤技術的興起1. 日益嚴峻的環(huán)境問題迫使我們采取必要措施2. 以煤為主的一次能源格局在相當長時期內不會改變3. 為了人類生存的環(huán)境，應設法使煤“清潔”利用 潔凈煤技術（Clean coal technology CCT）指煤炭從開發(fā)到利用全過程中，旨在減少污染排放與提高利用效率的加工、燃燒、轉化及污染控制等高新技術的總稱1.燃燒前的

11、凈化加工技術主要是洗選、型煤加工和水煤漿技術。原煤洗選采用篩分、物理選煤、化學選煤和細菌脫硫方法，除去或減少灰分、矸石、硫等雜質；型煤加工是把散煤加工成型煤，由于成型時加入石灰固硫劑，可減少二氧化硫排放，減少煙塵，還可節(jié)煤；水煤漿是用優(yōu)質低灰原煤制成，可以代替石油2.燃燒中清潔燃燒技術 循環(huán)流化床燃燒流化床燃燒方式就是燃料顆粒在大于臨界風速(由固定床轉化為流化床的風速)的空氣流速作用下，在流化床上呈沸騰狀態(tài)的燃燒方式。這種燃燒方式有明顯的優(yōu)點，即能夠燃用劣質煤和污染物排放少等 超臨界/超超臨界燃煤發(fā)電技術蒸汽的溫度和壓力越高，發(fā)電的效率就越高。溫度和氣壓升高到600攝氏度、2528兆帕這樣的區(qū)

12、間，就進入了超超臨界的“境界”。超臨界機組的熱效率比亞臨界機組的高2%3%左右，而超超臨界機組的熱效率比超臨界機組的高4%左右3.燃燒后煙氣凈化技術消煙除塵消煙除塵技術中靜電除塵器效率最高，可達以上脫硫脫氮技術脫硫有干法和濕法兩種，干法是用漿狀石灰噴霧與煙氣中二氧化硫反應，生成干燥顆粒硫酸鈣；濕法是用石灰水淋洗煙塵，生成漿狀亞硫酸排放4.煤的氣化液化技術 煤的氣化 煤的液化 整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)IGCC煤經氣化成為中低熱值煤氣，經過凈化，除去煤氣中的硫化物、氮化物、粉塵等污染物，變?yōu)榍鍧嵉臍怏w燃料，然后送入燃氣輪機的燃燒室燃燒，加熱氣體工質以驅動燃氣透平做功，燃氣輪機排氣進入余熱鍋爐加熱給水，產

13、生過熱蒸汽驅動蒸汽輪機做功 西方的能源公司最感興趣的是煤炭氣化技術，煤炭氣化技術特別是“集成氣化聯(lián)合循環(huán)”技術今后會得到廣泛應用，目前美國已有7個大規(guī)模的煤炭氣化項目在運營 燃燒后脫硫，脫硝，脫碳技術，如先進的煤炭分選技術，氧燃燒技術，先進的廢煙處理技術，先進的焦炭生產技術等 循環(huán)流化床燃燒技術 煤炭轉化技術，如煤炭直接液化，加氫氣化，煤氣化聯(lián)合燃料電池和煤的熱解等；我國圍繞提高煤炭開發(fā)利用效率、減輕對環(huán)境污染開展了大量的研究開發(fā)和推廣工作，但仍有許多問題等待攻克： 大型循環(huán)流化床技術 煙氣脫硫，脫碳技術 煤炭氣化，液化技術 IGCC 這些技術還處于引進和部分吸收階段1.固體流態(tài)化與流化床的流

14、型不通氣流速度下固體顆粒床層流動狀態(tài)固體顆粒在流體的作用下呈現(xiàn)出與流體相似的流動性能的現(xiàn)象在流體作用下呈現(xiàn)流（態(tài)）化的固體粒子層稱為流化床。隨流體速度的不同，床層可具有不同的流化特性 循環(huán)硫化床鍋爐是一種高效、低污染的清潔燃燒設備2.工作原理基本流程：基本流程： 煤和脫硫劑送入爐膛后，迅速被大量惰性高溫物料包圍，著火燃燒，同煤和脫硫劑送入爐膛后，迅速被大量惰性高溫物料包圍，著火燃燒，同時進行脫硫反應，并在上升煙氣流的作用下向爐膛上部運動，對水冷壁和爐時進行脫硫反應，并在上升煙氣流的作用下向爐膛上部運動，對水冷壁和爐內布置的其他受熱面放熱。粗大粒子進入懸浮區(qū)域后在重力及外力作用下偏內布置的其他受

15、熱面放熱。粗大粒子進入懸浮區(qū)域后在重力及外力作用下偏離主氣流，從而貼壁下流。氣固混合物離開爐膛后進入高溫旋風分離器，大離主氣流，從而貼壁下流。氣固混合物離開爐膛后進入高溫旋風分離器，大量固體顆粒（煤粒、脫硫劑）被分離出來回送爐膛，進行循環(huán)燃燒。未被分量固體顆粒（煤粒、脫硫劑）被分離出來回送爐膛，進行循環(huán)燃燒。未被分離出來的細粒子隨煙氣進入尾部煙道，以加熱過熱器、省煤器和空氣預熱器，離出來的細粒子隨煙氣進入尾部煙道，以加熱過熱器、省煤器和空氣預熱器，經除塵器排至大氣。經除塵器排至大氣。3.循環(huán)流化床鍋爐特點 對對燃料的燃料的適應性好適應性好 ，可燃燒劣質燃料，可燃燒劣質燃料在爐膛形成一個中心區(qū)氣

16、流與細顆粒向上運動而四周近壁環(huán)形區(qū)顆粒向下沉降的強烈內循環(huán)運動 燃燒效率高燃燒效率高燃料通過物料循環(huán)系統(tǒng)在爐內循環(huán)反復燃燒，使燃料顆粒在爐內的停留時間大大增加，直至燃盡 爐爐內傳熱能力內傳熱能力強強隨煙氣流出爐膛的高溫固體顆粒被分離捕集后再次送回爐膛，強化傳熱傳質 脫硫脫硫效率高效率高 爐膛溫度（850度）剛好為最佳脫硫溫度，向爐內加入石灰石粉或其他脫硫劑，在燃燒中直接除去SO2 NOX排放量低排放量低 低溫動力燃燒， NOX生成量少；分段燃燒，抑制了氮的氧化 負荷負荷變化范圍大，調節(jié)特性好變化范圍大，調節(jié)特性好4.主要設備 燃燒室（爐膛）燃燒室（爐膛）循環(huán)流化床鍋爐燃燒室與煤粉爐的不同，燃燒室底部有布風板把爐膛封住，防止爐內床料從下部漏掉。以二次風噴口為界，下部為密相還原燃燒區(qū)，上部為稀相氧化燃燒區(qū)。還原燃燒區(qū)布置有燃料、石灰石、循環(huán)灰進口。燃燒室底部有布風板，其作用是使一次風均勻進入爐內 布風裝置布風裝置提供流化床鍋爐燃燒所需