洁净煤技术第05章洁净燃烧技术..docVIP

第五章 洁净燃烧技术 第一节 概 述 一、洁净燃烧技术所涉及的领域我国煤利用的主要形式是直接燃烧，直接燃煤量占用煤总量的80%以上。燃煤设备的容量差异很大，由小到大依次为民用(含商用)炉灶，工业(含供暖)锅炉和工业窑炉，热电站及自备电站锅炉，大型火力发电锅炉，小时燃煤量由几百克到数百吨。目前的中小燃煤设备(小时燃煤量5吨以下)燃用着总用煤量的40%以上。它们的燃烧效率及热效率不高，民用炉灶热效率约为16%左右，工业炉窑热效率仅40%左右，工业及供暖锅炉热效率也仅50%～65%。以高效技术改造后该领域可节约我国总用煤量的10%左右。大型燃煤设备指电站锅炉，我国大型电站几乎全部使用低于临界参数的蒸汽循环机组，平均供电效率仅为32%左右，如用高效技术使之达40%～45%，则电站可节约我国总用煤量的7%～10%。直接燃煤也是我国大气污染物的主要来源。目前除对尘排放有一定治理外，SOx、NOx、CO和CO、CnHm等污染均有待治理。实现高效洁净燃煤有两条路，一个是在现有设备上改进，包括燃用型煤，烟气净化等；另一条路就是采用新燃烧技术，其中包括循环流化床燃烧(CFBC)、煤气、蒸汽联产(CFBG-C)、增压流化床联合循环(PFBC)、整体气化联合循环(1GCC)和部分气化联合循环(PGCC)，本章将介绍新燃烧技术。二、实现高效洁净燃烧新燃烧技术与旧有层燃和室燃技术不同，其特点是煤被部分和完全气化，即使是直接燃烧固体燃料也是在流化床内进行。气化和流化床燃烧均是高效洁净燃烧。除改变燃烧方式外新燃烧方式还可构成燃气、蒸汽联合循环发电技术，以提高循环效率。新燃烧技术将引起一系列变化；首先可使居民和小型设备燃料煤气化，特别令人感兴趣的是它利用我国富产的高挥发分非强粘结性粉末煤，新气化工艺的投资和成本较现有技术均有显著降低；所列技术将更适于发展热电联供，使工业及城市用热(冷)效率更高；将既可使用优质燃料又可使用劣质燃料，使地产的或加工副产的可燃物物尽其用；所列技术将以低的投资和运行费大幅度降低SOx、NOx的污染，是难得的，可减少CO的有效途径，灰渣特别是固硫后的灰渣有良好的可用性；所包括的联合循环发电技术与超临界技术一起是发电领域近期可大幅度提高供电效率的现实途径。三、由相关技术构成的大系统尽管所涉及的应用领域很宽，但各项技术处于一个层次分明、关联性强的系统中。除整体气化联合循环发电技术外，其余技术均以流化床燃烧技术为基础。循环流化床燃烧是技术系统中最简单也是最基础的形式；在此基础上增加固体载热部分气化功能后构成煤气、蒸汽联产；增压流化床联合循环是在压力下的流化床燃烧，然后构成联合循环发电；部分气化与联合循环结合可构成一个难度较低、效果不错的联合循环系统；将煤气、蒸汽联产结构增压可形成效率更高的第二代增压流化床联合循环发电；高温净化则是IGCC和PFBC都需解决的问题。调查表明：所涉及的技术还可以用于在我国若干大煤田建设煤化工和天然气生产基地。以储有高挥发分非强粘结性煤达数百亿吨的山西朔州地区为例，将现有煤产量的1/4以短回收期、低成本技术转化后即可生产数百万吨/年尿素和数亿m/年天然气。可以看出不同层次的技术将用于不同容量和不同目的，它们之间有很强的相关性，统一规划将有利于系统的发展。 第二节 燃烧技术的国内外发展历史及现状 一、循环流化床燃烧技术循环流化床燃烧技术的前身是鼓泡流化床燃烧技术。鼓泡流化床燃烧技术已显示燃料适应性强，能在燃烧中脱硫和降NOx的优点。60和70年代鼓泡床技术在中国得到很大发展，但该技术也表现出严重缺点，如细颗粒(≤800P)燃烬度差；床内浸埋受热面磨损严重；脱硫时钙利用率仅为20%以下，床温超过900℃后，脱硫效率显著降低等，德国Lurgi公司首先推出循环流化床燃烧技术，它采用高操作气速(8～10m/s)和高携带率(8～12kg颗粒/kg烟气)，同时设置炉外换热床，1987年首台270t/h炉投产。芬兰Ahlstrom公司舍去炉外换热床，依靠炉内水冷壁换热，最初的锅炉出现水冷壁因高速高浓度而严重磨损，此后普遍采用中等气速(5～6m/s)和中等携带率(3～5kg/kg)。Luigi公司的270t/h炉出现旋风分离器超温，经诊断确定其中燃烧份额过大，采取将燃料由全部900μ增至≤6mm获得解决。目前Ahlstrom技术主要用于130～410t/h容量，再增大容量遇到炉内受热面不足的困扰，拟用鳍式水冷壁解决，结构过于复杂；而Lurgi型技术(包括法国tean和美国ABBCE)更适于≥410t/h容量，特别是带再过热的锅炉。瑞典Stucvick研究所首先采用槽形惯性分离器，后发现分离效率不够高，增加了中温区的二级分离，该炉型结构简单，但不适于大容量，Duich—Babcoke针对高温旋风分离器的缺点研制了中温分离循环床