硅酸鹽熱工基礎(chǔ)34

水煤漿燃燒加固體燃料燃燒過(guò)程及設(shè)備1 煤漿燃料煤漿燃料是煤粉與液體如水、油或甲醇混合而成的燃料。種類(lèi)以煤與何種液體相混合來(lái)命名有：（1）油煤漿（COM或COD）

油與煤粉混合，可以包含＜10%的水（2）煤油水漿（COW）和煤水油漿（CWO）：水含量大于10%加固體燃料燃燒過(guò)程及設(shè)備（3）水煤混合燃料煤與水的混合物煤漿CWF－水煤燃料CWS－水（4）煤－甲醇－水混合物（5）油－石油焦?jié){（6）水－石油焦?jié){2

水水煤煤漿漿加固體燃料燃燒過(guò)程及設(shè)備水煤漿是近十幾年發(fā)展起來(lái)的一種新型燃料，它由煤粉、水和少量化學(xué)添加劑組成。水煤漿的用途可以代油：（1）用于工業(yè)蒸汽鍋爐（2）用于電站鍋爐（3）用于各種工業(yè)窯爐（4）用于內(nèi)燃機(jī)（5）用于燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)（6）用于煤粉鍋爐的點(diǎn)火燃料3

水水煤煤漿漿的的種種類(lèi)類(lèi)加固體燃料燃燒過(guò)程及設(shè)備煤漿特征

使用方式特點(diǎn)用途50%煤

/

50%水管道運(yùn)輸降低運(yùn)輸費(fèi)用舊和新設(shè)計(jì)燃煤鍋爐70%煤

/

29%水 /

1%添加劑直接燃用燃料費(fèi)用低于燃油、民用燃

料舊的燃油設(shè)計(jì)鍋爐60%煤

/

40%水管道運(yùn)輸直接

過(guò)程費(fèi)用降燃用

低舊和新設(shè)計(jì)燃煤鍋爐超細(xì)煤漿直接燃用燃料減小降負(fù)荷燃油和燃?xì)忮仩t水焦?jié){直接燃用燃料降低燃料費(fèi)用船用鍋爐，燃油鍋爐降低燃料費(fèi)油焦?jié){直接燃用燃料用燃油鍋爐超細(xì)、超凈煤漿替代燃料替代油內(nèi)燃機(jī)直接燃用超凈煤漿直接燃用燃料減小降負(fù)荷燃油和燃?xì)忮仩t4

水煤漿的要求與特點(diǎn)加固體燃料燃燒過(guò)程及設(shè)備(1)非牛頓流體，一種高濃度煤粉顆粒在水中的懸浮混合物,可以泵送或霧化噴入爐中(2)需有穩(wěn)定的剪切應(yīng)力和良好的穩(wěn)定性（抵制煤粉顆粒沉積）(3)低粘度和很好的流變特性(4)霧化水煤漿時(shí)要求其顆粒容易分離加(5)水煤漿在制造過(guò)程中進(jìn)行凈化處理，處理以后可除去原料煤中灰分的50%～75%和黃鐵礦（硫）的40%～90%，并回收原料煤熱值的90%～98%。(6)煤礦可以用水力開(kāi)采，并把原煤的洗選和水煤漿的制造過(guò)程結(jié)合起來(lái)

水煤漿的經(jīng)濟(jì)性會(huì)更高。5

水水煤煤漿漿的的制制作作加固體燃料燃燒過(guò)程及設(shè)備制造水煤漿主要包括以下幾步：(1)濕磨

將原料煤

濕，一般為50~200μm。至需要的顆粒尺寸(2)浮選凈化

含有合格煤粉的煤漿被送到浮選凈化段，通過(guò)浮選工藝除去其中大部分灰分和硫分。加固體燃料燃燒過(guò)程及設(shè)備(3)過(guò)濾和脫水

從浮選段出來(lái)的煤漿送至一過(guò)濾器（常用真空濃縮過(guò)濾器），把水煤漿制成相對(duì)干燥和清潔的煤餅狀，以使最終的水煤漿產(chǎn)品達(dá)到所要求的固體濃度。(4)混合和儲(chǔ)存

由濃縮過(guò)濾器出來(lái)的清潔煤漿的濾餅被送到連續(xù)攪拌的混合器，在混合器中加入化學(xué)添加劑，以滿(mǎn)足所需要的水煤漿特性。當(dāng)混合過(guò)程完成以后，水煤漿就制備好了，可以泵送去儲(chǔ)存或直接輸送到用戶(hù)。

水煤漿的制作流程圖加固體燃料燃燒過(guò)程及設(shè)備6

水水煤煤漿漿的的霧霧化化加固體燃料燃燒過(guò)程及設(shè)備水煤漿良好的霧化特性是使其穩(wěn)定著火和燃

燒并保證高的燃燒效率的首要因素。霧化不好不僅會(huì)造成燃燒不穩(wěn)定和燃燒損失增加，而且還會(huì)造成爐膛結(jié)渣。因此，水煤漿霧化噴嘴是關(guān)鍵的燃燒設(shè)備。

由于水煤漿在常溫下的工作粘度一般為0.3~1Pa·s，比燃料油在運(yùn)行時(shí)的工作粘度大得多，所以，水煤漿多用空氣或蒸汽霧化噴嘴。一個(gè)良好設(shè)計(jì)的水煤漿噴嘴應(yīng)能達(dá)到以下要求：水煤漿噴嘴要求：加固體燃料燃燒過(guò)程及設(shè)備(1)具有良好的霧化性能，能得到盡可能細(xì)的水煤漿液滴。希望霧化炬的平均液滴直徑在75μm，這樣才能保證良好的燃燒。(2)霧化介質(zhì)（壓縮空氣或蒸汽）和水煤漿的流量比為0.1~0.25，這樣經(jīng)濟(jì)上才合理。(3)由于水煤漿中含有70%~75%的固體顆粒，因此，從結(jié)構(gòu)和材料上，要使噴嘴具有防磨損的功能。采用碳化硅或陶瓷作為噴口材料，可使噴嘴的工作壽命在2000小時(shí)以上。(4)噴嘴不會(huì)被水煤漿堵塞，并能承受燃燒器重復(fù)

啟停所產(chǎn)生的熱應(yīng)力

空氣霧化水煤漿噴嘴加固體燃料燃燒過(guò)程及設(shè)備a）

T型噴嘴；b）標(biāo)準(zhǔn)Y型噴嘴；c）漸擴(kuò)Y型噴嘴1-碳化硅或陶瓷管水煤漿水分含量和霧化液滴質(zhì)量平均直徑的關(guān)系加固體燃料燃燒過(guò)程及設(shè)備圖為以煙煤為原料煤制成的水煤漿，當(dāng)采用空氣霧化噴嘴，空氣壓力為1.2×105Pa，空氣和水煤漿的流量比分別為10%、20%、30%、40%和50%時(shí)，水煤漿的水分含量和霧化液滴的質(zhì)量平均直徑的關(guān)系。7水煤漿的燃燒加體料固 燃 燃燒過(guò)程及設(shè)備

水煤漿的燃燒過(guò)程加固體燃料燃燒過(guò)程及設(shè)備首先通過(guò)噴嘴將其霧化成液滴，液滴在高溫爐膛中迅速蒸發(fā)掉水分，然后就像煤粉燃燒那樣，析

出揮發(fā)分、著火和焦炭粒燃燒和燃盡。由于水煤漿的水分含量為25~30%，因此其燃燒的首要問(wèn)題是在燃燒器根部保證穩(wěn)定的著火。保證水煤漿的穩(wěn)定著火和燃燒，除了上述的正

確設(shè)計(jì)噴嘴和保證霧化質(zhì)量外，還要能在燃燒器出口火焰根部維持一個(gè)高溫區(qū)

以保證水煤漿霧化炬具有很高的升溫速率，以使水煤漿液滴中的水分能迅速蒸發(fā)和使揮發(fā)分析出并著火。

水煤漿的燃燒階段加固體燃料燃燒過(guò)程及設(shè)備水煤漿燃燒過(guò)程分三個(gè)階段：（1）水分蒸發(fā)（2）揮發(fā)分析出和燃燒（3）焦炭燃燒

水煤漿燃燒器加固體燃料燃燒過(guò)程及設(shè)備旋流燃燒器

水煤漿的燃燒特點(diǎn)（與一般煤粉燃燒相比）加固體燃料燃燒過(guò)程及設(shè)備(1)

水煤漿中含有30%～40%的水分，在燃燒過(guò)程中首先必須有一個(gè)蒸發(fā)過(guò)程

使煤漿的著火熱增加，大約是同種煤粉的66%～87%。(2)水煤漿以噴霧方式進(jìn)入燃燒區(qū)域，為達(dá)到良好的霧化，噴嘴出口速度往往高達(dá)200～300m/s，而煤粉則以一次風(fēng)混合帶入，速度較低，一般為20～30m/s。(3)霧化過(guò)程不可能得到比原煤粉更小的液滴，在煤粉燃燒中，往往小顆粒煤粉在著火階段起主要作用，可以迅速加熱而著火，而對(duì)于煤漿，這些小顆粒都形成了較大的液滴。加固體燃料燃燒過(guò)程及設(shè)備(4)水煤漿霧滴中有多個(gè)煤粉顆粒，在水分加熱蒸發(fā)和揮發(fā)分析出過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生二次破碎分離和結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，由于這種結(jié)團(tuán)引起焦炭顆粒明顯大于一般煤粉焦炭粒子而難于燃燒。(5)水煤漿霧炬本身具有很高的動(dòng)量，這對(duì)燃燒室流場(chǎng)組織產(chǎn)生影響。

水煤漿單滴燃燒模型加料固 燃 燃燒過(guò)程及設(shè)備體

水煤漿群燃燒模型加固體燃料燒燒過(guò)過(guò)程程及及設(shè)設(shè)備備液滴云的四種群燃燒方式：群燃燒數(shù)：G

nm

R

/

VG

102，外部殼燃燒101＜G

102，外部群燃燒102＜G

101，內(nèi)部群燃燒

G

102，單滴燃燒燃燃

水煤漿群燃燒模型（一）加固體燃料燃燒過(guò)程及設(shè)備Lf

群殼包住火焰長(zhǎng)度Ldv

揮發(fā)分析出長(zhǎng)度群燃燒三種模式：Ladq

缺氧焦碳粒子存在區(qū)的

長(zhǎng)度Lcc

焦碳燃燒區(qū)長(zhǎng)度Lash

灰/無(wú)反應(yīng)長(zhǎng)度帶缺氧焦碳粒子存在區(qū)的水煤漿霧群燃燒

水煤漿群燃燒模型（二）加固體燃料群燃燒三種模式：燃燃燒過(guò)程及設(shè)備不帶缺氧焦碳粒子存在區(qū)的水煤漿霧群燃燒

水煤漿群燃燒模型（三）加固體燃料群燃燒三種模式：燃燃燒過(guò)程及設(shè)備顆粒揮發(fā)分析出和焦碳粒子燃燒的水煤漿霧群燃燒

水煤漿群燃燒模型加固體燃料群燃燒三種模式：火焰的4個(gè)燃燃區(qū)域：燒過(guò)程及設(shè)備①揮發(fā)分析出區(qū)②空氣不足未燃焦炭區(qū)③焦炭燃燒區(qū)④非燃燒區(qū)六 燃燒污染及防治加固體燃料燃燒過(guò)程及設(shè)備目前，我國(guó)的大氣環(huán)境，具有普遍影響的

污染主要是燃料的燃燒。影響較大的污染物有：飄塵、二氧化硫、氮

氧化物、一氧化碳等。各種污染物的濃度超過(guò)大氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，就會(huì)導(dǎo)致對(duì)環(huán)境污染，損害人體健康，造成對(duì)自然環(huán)境的嚴(yán)重破壞1 二氧化硫加固體燃料燃燒過(guò)程及設(shè)備主要為燃燒含硫的煤及石油等燃料產(chǎn)生。一般1t煤中含有約5~50kg硫，

1t石油約含5~30kg硫二氧化硫?yàn)闊o(wú)色有刺激性氣體，主要導(dǎo)致呼吸道疾病。大氣中SO2平均濃度達(dá)到3.5mg/m3，會(huì)誘發(fā)哮喘、

呼吸道感染、肺功能損傷。SO2還會(huì)對(duì)動(dòng)植物造成損害，對(duì)金屬、建材造成腐蝕作用。防治二氧化硫污染的措施：加固體燃料燃燒過(guò)程及設(shè)備提高窯爐熱效率，降低燃料消耗高煙囪排放，降低污染源區(qū)的污染物濃度燃燒脫硫（沸騰脫硫：細(xì)碎煤燃燒時(shí)加入脫硫劑如石灰石、白云石等，在灼熱的沸騰燃料層中邊燃燒邊脫硫，使SO2與脫硫劑形成CaSO4隨灰渣排出）燃料脫硫（固體燃料轉(zhuǎn)換成氣體燃料過(guò)程中脫硫；洗煤、重油加氫脫硫）排煙脫硫（活性炭吸附SO2，再用水吸附回

收，制得副產(chǎn)品硫酸）2 氮氧化物（NOx）加固體燃料燃燒過(guò)程及設(shè)備指NO，NO2，N2O，NO3，N2O3，N2O4，N2O5等總稱(chēng)

。造成大氣污染的主要是NO，NO2燃燒過(guò)程的是NOx有兩種：高溫燃燒下，空氣中N2的O2和反應(yīng)生成燃料中含氮化合物（C6H5N，C12H9N）及氨基化合物（RNH3）燃燒分解出N2的O2形成加固體燃料燃燒過(guò)程及設(shè)備N(xiāo)O對(duì)人體和動(dòng)物體內(nèi)的血色素有強(qiáng)烈的親和作用，比CO大1000倍，任何動(dòng)物吸入NO，會(huì)引起血液嚴(yán)重缺氧，損壞中樞

神經(jīng)系統(tǒng)引起麻痹癥狀。濃度為0.12×10-6時(shí)，有臭味濃度為80×10-6時(shí)，經(jīng)3~5min胸部出現(xiàn)絞痛

300~500×10-6時(shí)，數(shù)分鐘引起支氣管炎和肺水腫死亡加固體燃料燃燒過(guò)程及設(shè)備N(xiāo)O2對(duì)人體有強(qiáng)烈刺激作用。濃度1mg/m3時(shí)

連續(xù)吸入4h發(fā)生變化。肺細(xì)胞組織將濃度達(dá)100mg/m3時(shí)，1min內(nèi)人的呼吸發(fā)生異常。濃度達(dá)200~300mg/m3時(shí)，人在0.5~1h內(nèi)死亡。大氣中允許的濃度0.15mg/m33 煙塵加固體燃料燃燒過(guò)程及設(shè)備沒(méi)有完全燃燒的微小炭粒及隨廢氣一起排出的灰分。直徑大于10μm的煙塵在大氣中容易沉降，稱(chēng)為

降塵。直徑小于10μm的煙塵不容易沉降，長(zhǎng)時(shí)間漂浮于大氣，稱(chēng)為飄塵。直徑小于0.01~0.1μm的煙塵會(huì)在肺部沉積下來(lái)，

難以排出,嚴(yán)重危害健康。窯爐、熔化爐、退火爐、干燥器、煤氣發(fā)生爐等易產(chǎn)生防治煙塵污染的措施：加固體燃料燃燒過(guò)程及設(shè)備合理選擇燃料組織燃燒過(guò)程氣體燃料灰塵甚少液體燃料燃燒不完全，煙囪冒大量黑煙，造成污染浪費(fèi)燃料固體燃料加煤、拔火時(shí)易產(chǎn)生煙塵4 含酚廢水加固體燃料燃燒過(guò)程及設(shè)備煤氣凈化時(shí)易產(chǎn)生。其凈化洗滌水中含酚量較

高，若直接排入這些有毒廢水，會(huì)污染水源，危害人體將康，危害漁業(yè)、農(nóng)業(yè)酚類(lèi)屬有較高毒性的有機(jī)化合物，主要破壞細(xì)胞原漿，低濃度酚使蛋白質(zhì)變質(zhì)，高濃度酚使蛋白質(zhì)沉淀，對(duì)各種細(xì)胞有直接危害，對(duì)皮膚、粘膜有強(qiáng)烈的腐蝕作用。長(zhǎng)期飲用含酚廢水，會(huì)造成頭暈、貧血、皮疹、神經(jīng)系統(tǒng)癥狀含酚廢水很難處理，工廠發(fā)生爐廢水一般采取廢水全封閉循環(huán)。含酚廢水全封閉循環(huán)措施：加固體燃料燃燒過(guò)程及設(shè)備嚴(yán)格清污分流（將煤氣洗滌冷卻用水與生活污水、煤氣設(shè)備冷卻水和蒸汽冷凝水嚴(yán)格分開(kāi)）廠區(qū)和站區(qū)的煤氣管道及設(shè)備冷凝下來(lái)的煤氣中水，應(yīng)定期集中，納入循環(huán)水系統(tǒng)防止雨水和其他用水進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)設(shè)置循環(huán)水調(diào)節(jié)池，作為清理池內(nèi)污物和特殊情況的備用池以防止廢水外泄含酚廢水全封閉循環(huán)問(wèn)題：加固體燃料燃燒過(guò)程及設(shè)備投資費(fèi)用大長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)后，廢水中含酚量漸趨飽和，煤氣中酚不再溶解于水

而會(huì)被廢氣帶走循環(huán)水之惡化，會(huì)堵塞設(shè)備，腐蝕金屬設(shè)備水中揮發(fā)酚會(huì)彌散到大氣中污染環(huán)境含酚廢水經(jīng)溶劑萃取脫酚、活性污泥生化處理（利用活性污泥中的好氧微生物，在有氧條件下

將分氧化成二氧化碳、銨、水），可向外排放5 熱污染加固體燃料燃燒過(guò)程及設(shè)備主要集中在城市、工廠、火電站等人口稠密和

能源消耗大的地區(qū)（1）大氣中CO2的溫室效應(yīng)

隨消耗能源量的增加，尤其是大量石油、煤等石化燃料的燃燒，使大氣中CO2量日益增加大氣中CO2可選擇性地吸收太陽(yáng)輻射能，還大量吸收地球表面輻射出的紅外線(xiàn)，使大氣升溫。吸熱后的CO2再將能量輻射到地面，就像是個(gè)防止把熱散射到宇宙的蓋子，增強(qiáng)了近地層的熱效應(yīng)（2）熱島效應(yīng)加固體燃料燃燒過(guò)程及設(shè)備城市消耗大量燃料，燃燒產(chǎn)生的能量部分轉(zhuǎn)化為廢熱；部分轉(zhuǎn)化為有用功，最終也成為廢熱向環(huán)境散發(fā)。使城市氣溫升高，發(fā)生“熱島效應(yīng)”。市、郊區(qū)的氣溫差顯著增大，市中心區(qū)溫度最高，往郊區(qū)逐漸降低，農(nóng)村溫度最低。據(jù)一些城市檢測(cè)結(jié)果表明：在數(shù)百萬(wàn)人口的城市，

市內(nèi)外溫差為5

℃以上，數(shù)十萬(wàn)人口的城市，市內(nèi)外溫差為4~5℃。熱島效應(yīng)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，并使城市上空云霧和降水量增加