1、第七章 煤炭清洁燃烧技术 洁净燃烧技术本章主要内容：本章主要内容：l燃料的分类；燃料的分类；l燃料的燃烧过程及影响因素：燃烧及产物、燃料的燃烧过程及影响因素：燃烧及产物、完全燃烧的条件、发热量与热损失；完全燃烧的条件、发热量与热损失；l燃烧设备；燃烧设备；l燃烧产生的污染物及机制；燃烧产生的污染物及机制；l清洁燃烧技术清洁燃烧技术;l燃烧过程污染物排放量的计算。燃烧过程污染物排放量的计算。7.17.1燃料的燃烧过程燃料的燃烧过程（1 1）固体燃料）固体燃料l天然固体燃料：矿物燃料天然固体燃料：矿物燃料(煤煤)、生物质燃料、生物质燃料(林木林木)。l煤的主要组成和元素：煤的主要组成和元素：CC、
2、H H、OO、N N、S S及一些非可燃性矿及一些非可燃性矿物如灰分和水分等。物如灰分和水分等。l碳碳是煤发热主要来源，是煤发热主要来源，32700kJ/kg32700kJ/kg碳。碳。l煤含煤含氢氢3%3%5%5%，结合氢结合氢和氧结合成稳定化合物不能燃烧和氧结合成稳定化合物不能燃烧(如如:H2O):H2O)，可燃氢可燃氢与碳、硫结合成有机物。与碳、硫结合成有机物。l灰分灰分是煤中的碳酸盐、黏土及微量稀土元素。是煤中的碳酸盐、黏土及微量稀土元素。煤中的煤中的硫分硫分有无机硫（硫铁矿和硫酸盐）和有机硫有无机硫（硫铁矿和硫酸盐）和有机硫（硫醇、硫醚等）两种形态。（硫醇、硫醚等）两种形态。分为低硫
3、煤（分为低硫煤（1.5%1.5%）、中硫煤（）、中硫煤（1.5%1.5%2.4%2.4%）、高）、高硫煤（硫煤（2.4%4%4%）。）。（2 2）液体燃料）液体燃料 天然液体燃料主要指天然液体燃料主要指石油石油，加工，加工液体燃料汽油、煤液体燃料汽油、煤油、柴油和重油（石油直馏和裂化作用）等。油、柴油和重油（石油直馏和裂化作用）等。燃料乙醇燃料乙醇是替代能源，解决玉米等陈化粮问题。是替代能源，解决玉米等陈化粮问题。乙醇几乎完全燃烧，不产生对人体有害物质，降低汽乙醇几乎完全燃烧，不产生对人体有害物质，降低汽车尾气有害物排放。车尾气有害物排放。水煤浆水煤浆(70%(70%煤、煤、30%30%水及少
4、量化学添加剂水及少量化学添加剂)。浆体燃料，。浆体燃料，像油一样泵送、雾化、贮存和稳定燃烧像油一样泵送、雾化、贮存和稳定燃烧.优点优点:燃烧效率高、减少环境污染等。燃烧效率高、减少环境污染等。7.1.2 7.1.2 影响燃烧过程的主要因素影响燃烧过程的主要因素 影响燃烧过程的主要因素：影响燃烧过程的主要因素：足够量的空气；足够量的空气；足够高的的燃料温度；足够高的的燃料温度；燃料与氧气在炉膛高温区停留足够的时间燃料与氧气在炉膛高温区停留足够的时间；燃料与氧气的充分混合燃料与氧气的充分混合。在大气污染物排放量最低条件下实现有效燃烧的四个因在大气污染物排放量最低条件下实现有效燃烧的四个因素：素：空
5、气与燃料之比空气与燃料之比、温度温度(temperature)(temperature)、时间时间(time)(time)和和湍流湍流(torrent)(torrent)，后三者通常称为燃烧过程的，后三者通常称为燃烧过程的“三三T T”。（1 1）燃料燃烧过程需要的空气量和空气过剩系数燃料燃烧过程需要的空气量和空气过剩系数 燃烧是燃烧是可燃混合物的快速氧化可燃混合物的快速氧化过程，并伴有能量过程，并伴有能量的释放，同时使燃料的组成元素转化成相应的氧的释放，同时使燃料的组成元素转化成相应的氧化物。化物。完全燃烧（完全燃烧（CC和和H H完全转化）和不完全燃烧。完全转化）和不完全燃烧。按燃烧不同阶
6、段供给相适应的空气量。按燃烧不同阶段供给相适应的空气量。多数化石燃料完全燃烧的产物是多数化石燃料完全燃烧的产物是COCO2 2、水蒸汽；、水蒸汽；不完全燃烧过程将产生黑烟、不完全燃烧过程将产生黑烟、COCO等。等。若燃料中含若燃料中含S S、N N会生成会生成SOSO2 2和和NOxNOx。燃烧产生的污染物燃烧产生的污染物：硫氧化物、氮氧化物、一氧：硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳、烟尘、金属氧化物、碳氢化合物及多环有化碳、烟尘、金属氧化物、碳氢化合物及多环有机物。机物。理论空气量理论空气量 将完全燃烧将完全燃烧1kg1kg或或1m3(1m3(标准状态标准状态)燃料理论所需的空气量燃料理论所需的空
7、气量称为理论空气量，用符号称为理论空气量，用符号A Ao o表示表示。空气过剩系数（空气过剩系数（）实际的燃料燃烧过程中，为了使燃料能够完全燃烧，必须实际的燃料燃烧过程中，为了使燃料能够完全燃烧，必须提供过量的空气。超出理论空气量的空气称为过剩空气。提供过量的空气。超出理论空气量的空气称为过剩空气。实际供给的空气量与理论空气量比值称为空气过剩系数实际供给的空气量与理论空气量比值称为空气过剩系数 空燃比（空燃比（AFAF）指单位质量燃料燃烧所需要空气的质量。可由燃挠方程直指单位质量燃料燃烧所需要空气的质量。可由燃挠方程直接求得。接求得。（2 2）燃料的着火温度）燃料的着火温度 只有达到着火温度，
8、才能与氧化合而燃烧。只有达到着火温度，才能与氧化合而燃烧。着火温度：着火温度：在氧存在下可燃质开始燃烧必须达到的最低温在氧存在下可燃质开始燃烧必须达到的最低温度。见教材度。见教材1919页表页表2-32-3。反应速度随温度升高而加快，反应速度随温度升高而加快，TtTt。（3 3）燃烧的时间与空间因素）燃烧的时间与空间因素 时间因素时间因素是指燃料在燃烧妒中停留时间的长短。是指燃料在燃烧妒中停留时间的长短。空间因素空间因素是指燃烧室的大小与形状。是指燃烧室的大小与形状。（4 4）燃料与空气的混合）燃料与空气的混合 混合程度取决于空气湍流度。燃料不同，湍流作用不同。混合程度取决于空气湍流度。燃料不
9、同，湍流作用不同。对于蒸气相的燃烧，湍流可以加速液体燃料的蒸发；对于对于蒸气相的燃烧，湍流可以加速液体燃料的蒸发；对于固体燃料的燃烧，湍流有助于提高额粒表面反应氧气的传固体燃料的燃烧，湍流有助于提高额粒表面反应氧气的传质速度，使燃烧过程加速质速度，使燃烧过程加速7.1.3 7.1.3 发热量与热损失发热量与热损失 （1 1）发热量）发热量 单位质量燃料完全燃烧产生的热量，在燃烧前后状态相单位质量燃料完全燃烧产生的热量，在燃烧前后状态相同情况下同情况下(通常指通常指298K298K和和101325Pa)101325Pa)的热量变化值，称的热量变化值，称为燃料的发热量，单位是为燃料的发热量，单位是
10、kJkJkgkg，或，或KJKJm3m3。（2 2）热损失）热损失排烟热损失排烟热损失 排烟带走部分热量，一般锅炉排烟热损失为排烟带走部分热量，一般锅炉排烟热损失为6%6%12%12%。减少措施：减少措施：设置省煤器和空气预热器。一般工业锅炉排设置省煤器和空气预热器。一般工业锅炉排烟温度取烟温度取433433473K473K，大中型锅炉取，大中型锅炉取383383453K453K。不完全燃烧热损失不完全燃烧热损失 化学不完全燃烧热损失化学不完全燃烧热损失：烟气中残留的：烟气中残留的COCO及少量的及少量的H H2 2、CHCH4 4等可燃气体。等可燃气体。机械不完全燃烧热损失机械不完全燃烧热损
11、失：灰渣未燃尽的碳、漏煤和飞灰：灰渣未燃尽的碳、漏煤和飞灰带走的碳产生的热损失。带走的碳产生的热损失。7.1.4 7.1.4 固体燃料的燃烧过程和设备固体燃料的燃烧过程和设备 固体燃料的燃烧主要指煤或焦炭的燃烧。煤的燃烧过程固体燃料的燃烧主要指煤或焦炭的燃烧。煤的燃烧过程概括起来至少有四个主要过程：概括起来至少有四个主要过程：气相中的氧分子扩散到煤粒子的表面；气相中的氧分子扩散到煤粒子的表面；煤中挥发分的扩散；煤中挥发分的扩散；进行化学反应；进行化学反应；反应产物转移到气流中。反应产物转移到气流中。煤的燃烧方式分为层燃、室燃和流态化燃烧。煤的燃烧方式分为层燃、室燃和流态化燃烧。燃烧设备大致可以
12、分为炉排炉、煤粉炉、旋风燃烧炉和燃烧设备大致可以分为炉排炉、煤粉炉、旋风燃烧炉和流化床锅炉。流化床锅炉。各种炉排炉采用各种炉排炉采用层燃层燃方式；方式；煤粉妒和旋风燃烧炉则采用煤粉妒和旋风燃烧炉则采用室燃室燃方式；方式；沸腾炉和循环流化床锅炉均属于沸腾炉和循环流化床锅炉均属于流态化燃烧流态化燃烧方式。方式。l链条炉示意图链条炉示意图l 振动炉排炉示意图振动炉排炉示意图 l 抛煤机炉排炉示意图抛煤机炉排炉示意图 l圆柱形煤粉燃烧炉圆柱形煤粉燃烧炉 旋风燃烧炉示意旋风燃烧炉示意图图典型的流化床锅炉示意图典型的流化床锅炉示意图1.1.原煤仓；原煤仓；2.2.石灰石仓；石灰石仓；3.3.二次风；二次风
13、；4.4.一次风一次风;5.;5.燃烧室燃烧室;6.;6.旋风分离器旋风分离器;7.;7.外置流化床热交换器外置流化床热交换器;8.;8.控制阀控制阀;9.;9.对流竖井对流竖井;10.;10.除尘器除尘器;11;11引风机引风机.;12.;12.汽轮发电机汽轮发电机;13.;13.烟囱烟囱7.1.5 7.1.5 气体燃料的燃烧过程和设备气体燃料的燃烧过程和设备l气体燃料燃烧分三个阶段：气体燃料燃烧分三个阶段：l气体燃料与空气的混合阶段；气体燃料与空气的混合阶段；l混合后可燃气的加热和着火阶段；混合后可燃气的加热和着火阶段；l可燃气燃烧反应阶段。可燃气燃烧反应阶段。l第一阶段是一个物理过程，混
14、合过程不仅需要一第一阶段是一个物理过程，混合过程不仅需要一定的时间，而且还要消耗一定的能量。定的时间，而且还要消耗一定的能量。l根据气体与空气混合状况的不同，可将气体燃料根据气体与空气混合状况的不同，可将气体燃料的燃烧过程分为的燃烧过程分为有焰燃烧有焰燃烧、无焰燃烧无焰燃烧和和半无焰燃半无焰燃烧烧三种过程。三种过程。(1)(1)有焰燃烧有焰燃烧l有焰燃烧是指气体燃料和空气在燃烧器中不预先混合，而是送入燃有焰燃烧是指气体燃料和空气在燃烧器中不预先混合，而是送入燃烧室进行边混合边燃烧，可见明显的火焰。烧室进行边混合边燃烧，可见明显的火焰。(2)(2)无焰燃烧无焰燃烧l指气体燃料和空气在进入燃烧室前
15、就已混合均匀，又称混合燃烧。指气体燃料和空气在进入燃烧室前就已混合均匀，又称混合燃烧。(3)(3)半无焰燃烧半无焰燃烧l半无焰燃烧是将燃烧所需要的空气分两部分与气体燃料相互混合燃半无焰燃烧是将燃烧所需要的空气分两部分与气体燃料相互混合燃烧，一部分空气烧，一部分空气(一次空气）在预热室内与气体燃料混合；另一部一次空气）在预热室内与气体燃料混合；另一部分空气分空气(二次空气二次空气)借助于混合后可燃气的喷射作用，携入燃烧室进借助于混合后可燃气的喷射作用，携入燃烧室进行边混合边燃烧。行边混合边燃烧。l气体燃烧无一例外均为气体燃烧无一例外均为室燃烧室燃烧；l不同类型燃烧装置差别：燃烧室结构、喷嘴结构、
16、空气和燃料供给不同类型燃烧装置差别：燃烧室结构、喷嘴结构、空气和燃料供给装置、点火装置及安全装置等方面。装置、点火装置及安全装置等方面。半无焰燃烧示意图半无焰燃烧示意图7.2 7.2 燃烧过程中主要污染物的形成机制燃烧过程中主要污染物的形成机制7.2.1 7.2.1 硫氧化物的形成机制硫氧化物的形成机制l硫氧化物是指硫氧化物是指SOSO2 2和和SOSO3 3。当燃料中的可燃性硫进行燃烧时，。当燃料中的可燃性硫进行燃烧时，就生成了就生成了SOSO2 2。l元素硫燃烧元素硫燃烧 S +OS +O2 2 =SO =SO2 2 l硫化物硫燃烧硫化物硫燃烧 SOSO2 2 +1/2O +1/2O2 2
17、 =SO =SO3 3l 4FeS 4FeS2 2 +11O +11O2 2 =2Fe =2Fe2 2OO3 3+8SO+8SO2 2l SO SO2 2 +1/2O +1/2O2 2 =SO =SO3 3（1%1%5%5%）l有机硫有机硫CHCH3 3CHCH2 2SCHSCH2 2CHCH3 3HH2 2S+2HS+2H2 2+2C+C+2C+C2 2H H4 4l H H2 2S+3OS+3O2 2 =2SO =2SO2 2+2H+2H2 2OOl SO SO2 2+1/2O+1/2O2 2 =SO =SO3 3l一般主要生成一般主要生成SOSO2 2，SOSO3 3可忽略。可忽略。7.
18、2.2 7.2.2 氮氧化物的形成机制氮氧化物的形成机制l大气中的大气中的NOx90%NOx90%以上产生于燃烧过程。以上产生于燃烧过程。（1 1）热力型）热力型NOxNOxl热力型热力型NOxNOx是高温燃烧时是高温燃烧时N N2 2和和OO2 2反应生成的反应生成的NOxNOx；l与与燃烧温度燃烧温度、氧气的浓度氧气的浓度及气体在高温区的及气体在高温区的停留时间停留时间有关。有关。l燃烧温度低于燃烧温度低于13001300时，只有少量时，只有少量NONO生成，燃烧温度高生成，燃烧温度高于于1500 1500 时，时，NONO的生成量显著增加。的生成量显著增加。l N N2 2 +O +O2
19、 2 =2NO=2NOl 2NO +O 2NO +O2 2 =2NO =2NO2 2l减少热力型减少热力型NOxNOx的生成量的生成量措施措施：降低燃烧温度，减少过量：降低燃烧温度，减少过量空气，缩短气体在高温区停留的时间。空气，缩短气体在高温区停留的时间。（2 2）燃料型）燃料型NOxNOxl燃料型燃料型NOxNOx燃料中有机氮经过化学反应生成的燃料中有机氮经过化学反应生成的NOxNOx。l燃料型燃料型NOxNOx的的发生机制发生机制：一般认为，燃料中的氮化合物首：一般认为，燃料中的氮化合物首先发生热分解形成中间产物，然后再经氧化生成先发生热分解形成中间产物，然后再经氧化生成NONO。l燃料
20、中的氮经过燃烧约有燃料中的氮经过燃烧约有20%20%70%70%转化成燃料型转化成燃料型NOxNOx，主要是主要是NONO，在一般锅炉烟道气中只有不到，在一般锅炉烟道气中只有不到10%10%的的NONO氧化氧化成成NONO2 2。l旋风燃烧炉因炉温高，使燃料中的氮大部分转化为旋风燃烧炉因炉温高，使燃料中的氮大部分转化为NOxNOx，热力型热力型NOxNOx生成量也增加，限制了使用。生成量也增加，限制了使用。7.2.3 7.2.3 颗粒污染物的形成机制颗粒污染物的形成机制l燃烧过程中产生的颗粒污染物主要是燃烧不完全形成的炭黑、燃烧过程中产生的颗粒污染物主要是燃烧不完全形成的炭黑、结构复杂的有机物
21、、烟尘和飞灰等。结构复杂的有机物、烟尘和飞灰等。（1 1）燃煤粉尘的形成）燃煤粉尘的形成l煤在非常理想的燃烧条件下，可以完全燃烧，即挥发分和固定煤在非常理想的燃烧条件下，可以完全燃烧，即挥发分和固定炭都被氧化成二氧化碳，余下灰分。炭都被氧化成二氧化碳，余下灰分。l燃烧条件不够理想，在高温时会发生热解作用，形成多环化合燃烧条件不够理想，在高温时会发生热解作用，形成多环化合物而产生黑烟。物而产生黑烟。l随烟气一起排出的固体颗粒物一般都称为随烟气一起排出的固体颗粒物一般都称为飞灰飞灰，包括未燃尽的，包括未燃尽的煤粒、燃尽后余下的灰粒及燃烧过程中形成的炭黑等。煤粒、燃尽后余下的灰粒及燃烧过程中形成的炭
22、黑等。（2 2）气、液燃料燃烧形成的碳粒子）气、液燃料燃烧形成的碳粒子l气态燃料燃烧的颗粒污染物为气态燃料燃烧的颗粒污染物为积碳积碳，液态燃料高温分解形成颗，液态燃料高温分解形成颗粒污染物为粒污染物为结焦结焦和和煤胞煤胞。7.3 7.3 煤脱硫技术和低煤脱硫技术和低NOxNOx生成燃烧技术生成燃烧技术燃煤脱硫技术可划分为：燃煤脱硫技术可划分为：(1)(1)燃烧前脱硫燃烧前脱硫l原煤在投入使用前，用物理、物理化学、化学及微生物等方原煤在投入使用前，用物理、物理化学、化学及微生物等方法，将煤中的硫份脱除掉。法，将煤中的硫份脱除掉。l炉前脱硫能除去灰分，减轻运输量，减轻锅炉的粘污和磨损，炉前脱硫能除
23、去灰分，减轻运输量，减轻锅炉的粘污和磨损，减少灰渣处理量，还可回收部分硫。减少灰渣处理量，还可回收部分硫。l煤的洗选技术、煤的转化。煤的洗选技术、煤的转化。(2)(2)燃烧中脱硫燃烧中脱硫l在燃烧过程中，在炉内加入固硫剂，使煤中硫分转化为硫酸在燃烧过程中，在炉内加入固硫剂，使煤中硫分转化为硫酸盐，随炉渣排除。盐，随炉渣排除。l型煤固硫及流化床燃烧脱硫。型煤固硫及流化床燃烧脱硫。(3)(3)燃烧后脱硫燃烧后脱硫 烟气脱硫。烟气脱硫。7.3.17.3.1煤脱硫技术煤脱硫技术(1)(1)燃烧前脱硫燃烧前脱硫洗煤洗煤又称选煤，是通过物理或物理化学方法将煤中的含硫矿物又称选煤，是通过物理或物理化学方法将
24、煤中的含硫矿物和矸石等杂质去除，来提高煤的质量。是燃前除去煤中矿物和矸石等杂质去除，来提高煤的质量。是燃前除去煤中矿物质，降低硫含量的主要手段。质，降低硫含量的主要手段。煤炭经洗选后，可使原煤中的含硫量降低煤炭经洗选后，可使原煤中的含硫量降低4040一一9090，含灰，含灰分降低分降低5050一一8080。目前广泛采用的选煤工艺仍是重力洗选法。目前广泛采用的选煤工艺仍是重力洗选法。重力洗选：重力洗选：利用煤与杂质密度不同进行机械分离。利用煤与杂质密度不同进行机械分离。硫的净化效率硫的净化效率取决于煤中黄铁矿的颗粒大小及无机硫含量。有机取决于煤中黄铁矿的颗粒大小及无机硫含量。有机硫含量大，或煤中
25、黄铁矿嵌布很细时，仅用重力脱硫法，精硫含量大，或煤中黄铁矿嵌布很细时，仅用重力脱硫法，精煤硫分很难达到要求。煤硫分很难达到要求。淘汰分选原理图跳汰式洗煤机入洗粒度入洗粒度30mm30mm；筛板槽框宽；筛板槽框宽18mm18mm；跳汰面积：；跳汰面积：3.6m23.6m2；水压：水压：0.8-10.8-1公斤公斤/平方厘米；用水量平方厘米；用水量150150吨吨/小时小时 处理煤泥设备和处理煤泥设备和压滤机配套使用压滤机配套使用浓缩机浓缩机，即可提即可提高洗煤机产量、高洗煤机产量、又解决了环保问又解决了环保问题。题。l新的脱硫方法新的脱硫方法l浮选法浮选法：用于处理粒径小于：用于处理粒径小于0.
26、5mm0.5mm的煤粉，利用煤与矸石、的煤粉，利用煤与矸石、含硫矿物的性质不同进行分离。含硫矿物的性质不同进行分离。l高梯度磁分离法：高梯度磁分离法：利用煤与黄铁矿的磁性不同利用煤与黄铁矿的磁性不同(黄铁矿是顺黄铁矿是顺磁性物质，煤是反磁性物质磁性物质，煤是反磁性物质)，将黄铁矿分离去除，脱硫效，将黄铁矿分离去除，脱硫效率约率约6060。l化学氧化脱硫法：化学氧化脱硫法：将煤破碎后与硫酸铁溶液混合，在反应器将煤破碎后与硫酸铁溶液混合，在反应器中加热至中加热至120120左右，硫酸铁与黄铁矿反应生成硫酸亚铁和左右，硫酸铁与黄铁矿反应生成硫酸亚铁和S S，通人通人OO2 2将硫酸亚铁氧化为硫酸铁。
27、将硫酸亚铁氧化为硫酸铁。l微波辐射法微波辐射法 ：煤中黄铁矿的硫最容易吸收微波，有机硫次煤中黄铁矿的硫最容易吸收微波，有机硫次之，煤基质基本不吸收微波。微波吸收后削弱化学键，用浸之，煤基质基本不吸收微波。微波吸收后削弱化学键，用浸取液洗涤煤中硫，可以去无机硫和有机硫，还没在工业上应取液洗涤煤中硫，可以去无机硫和有机硫，还没在工业上应用。用。（）燃中固硫技术（）燃中固硫技术l型煤固硫型煤固硫l型煤：型煤：使用外力将粉煤挤压制成具有一定强度且块度使用外力将粉煤挤压制成具有一定强度且块度均匀的固体型块。均匀的固体型块。l型煤固硫：型煤固硫：选用不同煤种、以无粘结剂法或以沥青等选用不同煤种、以无粘结剂
28、法或以沥青等粘结剂，用廉价的钙系固硫剂，经干馏成型或直接压粘结剂，用廉价的钙系固硫剂，经干馏成型或直接压制成型。制成型。l美国型煤加石灰固硫率达美国型煤加石灰固硫率达87%87%，烟尘减少，烟尘减少60%60%；日本；日本蒸汽机车用石灰使型煤固硫率达蒸汽机车用石灰使型煤固硫率达70%80%70%80%，脱硫费用，脱硫费用仅为选煤的仅为选煤的8%8%。l民用蜂窝煤民用蜂窝煤和煤球和煤球加石灰固硫率可达加石灰固硫率可达50%50%以上，工业以上，工业锅炉型煤加石灰固硫意义重大。锅炉型煤加石灰固硫意义重大。l固硫剂固硫剂一般有石灰粉及碱性工业废渣（电石渣）。一般有石灰粉及碱性工业废渣（电石渣）。l成
29、型设备成型设备多采用多采用单螺杆挤压成型机单螺杆挤压成型机和和对辊成型机对辊成型机。压球机蜂窝煤机 流化床燃烧脱硫流化床燃烧脱硫l当气流速度达到使升力和煤粒的重力相当的临界速度时，煤当气流速度达到使升力和煤粒的重力相当的临界速度时，煤粒将开始浮动。粒将开始浮动。l流化床燃烧脱硫具有炉内脱硝脱硫的优点，故普遍受到重视。流化床燃烧脱硫具有炉内脱硝脱硫的优点，故普遍受到重视。l原理：原理：l流化床燃烧是一低温燃烧过程。炉内存在局部还原气氛，热流化床燃烧是一低温燃烧过程。炉内存在局部还原气氛，热型型NoxNox基本上不产生，因而基本上不产生，因而NOxNOx生成量减少。生成量减少。l流化床燃烧脱硫流化
30、床燃烧脱硫常用的脱硫剂常用的脱硫剂是石灰石或白云石。是石灰石或白云石。l石灰石粉碎至与煤同样的粒度（石灰石粉碎至与煤同样的粒度（2mm2mm左右）与煤同时加入左右）与煤同时加入炉内。在炉内。在1073117310731173K K下燃烧，下燃烧，CaOCaO为多孔，达固硫目的。为多孔，达固硫目的。l流化锅炉分为流化锅炉分为鼓泡流化床锅炉（鼓泡流化床锅炉（FBC）和和循环循环流化床锅炉（流化床锅炉（CFB）。l鼓泡流化床锅炉：鼓泡流化床锅炉：在分布板区有较大的空隙率在分布板区有较大的空隙率和细小气泡，气泡上升过程中反复发生聚并和和细小气泡，气泡上升过程中反复发生聚并和分裂，泡径随之增大，直到床面
31、破裂。分裂，泡径随之增大，直到床面破裂。l循环流化床锅炉：循环流化床锅炉：无明显的气泡，断面空隙率无明显的气泡，断面空隙率大，高温除尘器使飞出的物料又返回炉膛内循大，高温除尘器使飞出的物料又返回炉膛内循环利用。环利用。鼓泡流化床锅炉燃烧鼓泡流化床锅炉燃烧鼓泡流化鼓泡流化床锅炉床锅炉（FBC）炉膛炉膛鼓泡流化床锅炉系统鼓泡流化床锅炉系统循环流化循环流化床锅炉的床锅炉的炉膛炉膛（CFBCFB）典型的流化床锅炉示意图典型的流化床锅炉示意图1.1.原煤仓；原煤仓；2.2.石灰石仓；石灰石仓；3.3.二次风；二次风；4.4.一次风一次风;5.;5.燃烧室燃烧室;6.;6.旋风分离器旋风分离器;7.;7.
32、外置流化床热交换器外置流化床热交换器;8.;8.控制阀控制阀;9.;9.对流竖井对流竖井;10.;10.除尘器除尘器;11;11引风机引风机.;12.;12.汽轮发电机汽轮发电机;13.;13.烟囱烟囱最新循环流化床最新循环流化床回转式空预器回转式空预器l流化床燃烧特点：流化床燃烧特点：强化气固两相的热量和质量交换，有强化气固两相的热量和质量交换，有利于燃料燃烧。不仅适用于煤燃烧，还可以适用于热值利于燃料燃烧。不仅适用于煤燃烧，还可以适用于热值小的燃料，如煤矸石、城市垃圾；小的燃料，如煤矸石、城市垃圾；l延长燃料的停留时间；延长燃料的停留时间；l料层蓄热量大，新煤易着火燃烧。料层蓄热量大，新煤
33、易着火燃烧。l循环流化床炉内燃烧温度保持在循环流化床炉内燃烧温度保持在900900左右，有利于燃烧左右，有利于燃烧过程脱硫。石灰石在该温度下分解形成氧化钙，与二氧过程脱硫。石灰石在该温度下分解形成氧化钙，与二氧化硫和氧反应形成硫酸钙，而硫酸钙在这个温度下不容化硫和氧反应形成硫酸钙，而硫酸钙在这个温度下不容易再次分解，比一般的其他锅炉易再次分解，比一般的其他锅炉12001200有优势。有优势。l从工业运行的经验来看，炉内钙从工业运行的经验来看，炉内钙/硫摩尔比在硫摩尔比在1.8-2.51.8-2.5时，时，脱硫效率可以达到脱硫效率可以达到90%90%以上。以上。(3)(3)整体煤气化联合循环系统
34、整体煤气化联合循环系统lIGCCIGCC又称为煤气化联合循环又称为煤气化联合循环(CGCC)(CGCC)l工艺流程：煤进入有压力的气工艺流程：煤进入有压力的气化炉中，与氧气和水蒸气反应化炉中，与氧气和水蒸气反应产生粗煤气，除去粉尘和气态产生粗煤气，除去粉尘和气态污染物后，送入燃气轮机发电。污染物后，送入燃气轮机发电。l排出的高温烟气经余热锅炉产排出的高温烟气经余热锅炉产生蒸汽，供汽轮机发电。生蒸汽，供汽轮机发电。l脱硫效率：脱硫效率：9797一一9999，NOxNOx排放浓度低，对煤种的适排放浓度低，对煤种的适应性也较广，同时得到副产品应性也较广，同时得到副产品硫。硫。（4 4）煤炭的转化）煤
35、炭的转化煤炭的转化主要是气化、液化，对煤进行脱硫或加氢改变其原煤炭的转化主要是气化、液化，对煤进行脱硫或加氢改变其原有的碳氢比、使煤转变为清洁的二次燃料。有的碳氢比、使煤转变为清洁的二次燃料。A.A.煤的气化煤的气化l煤的气化是以煤为原料，采用空气、氧气、煤的气化是以煤为原料，采用空气、氧气、COCO2 2和水蒸气为气和水蒸气为气化剂，在气化炉内进行煤的气化反应，可以产出不同组分、不化剂，在气化炉内进行煤的气化反应，可以产出不同组分、不同热值的煤气。同热值的煤气。l煤的气化技术发展很快：第一代干式排灰气化；第二代液态排煤的气化技术发展很快：第一代干式排灰气化；第二代液态排渣气化；第三代实验阶段
36、的煤催化气化。渣气化；第三代实验阶段的煤催化气化。l原理：原理：在氧气不足时，在氧气不足时，CC与与OO2 2反应可以生成反应可以生成COCO。l若将炽热的煤与水蒸气反应，就生成中热值焦炉煤气，即所谓若将炽热的煤与水蒸气反应，就生成中热值焦炉煤气，即所谓的的水煤气水煤气。l煤气化系统由煤的预处理、气化、清洗和优化组成。煤气化系统由煤的预处理、气化、清洗和优化组成。l煤气主要是煤气主要是H H2 2、COCO、CHCH4 4等，硫以等，硫以H H2 2S S形式存在。生产出煤气形式存在。生产出煤气中中H H2 2S S含量几百到几千含量几百到几千mg/mmg/m3 3。l大型煤气厂先用湿法洗涤脱
37、除大部分大型煤气厂先用湿法洗涤脱除大部分H H2 2S S，再用干法吸附和催再用干法吸附和催化转化去除其余部分。小型煤气厂一般用氧化铁法脱除化转化去除其余部分。小型煤气厂一般用氧化铁法脱除H H2 2S S。B.B.煤的液化煤的液化l煤的液化指在一定条件下使煤转化为有机液体燃料。煤的液化指在一定条件下使煤转化为有机液体燃料。l直接液化直接液化：对煤进行高温高压加氢直接得到液体产品。：对煤进行高温高压加氢直接得到液体产品。l间接液化间接液化：煤气化转化成合成气（：煤气化转化成合成气（CO+HCO+H2 2），再催化合成液体），再催化合成液体燃料。燃料。l煤的液化时耗水量很大，排水含高浓度煤的液化
38、时耗水量很大，排水含高浓度CODCOD，要求大规模水要求大规模水处理设施。处理设施。7.3.27.3.2低低NOxNOx生成燃烧技术生成燃烧技术l过过量量空气系数越大，燃料空气系数越大，燃料中氮的转化率就越高，当过量空气系数小中氮的转化率就越高，当过量空气系数小于于0.70.7时，几乎没有燃料型时，几乎没有燃料型NOxNOx生成。生成。l控制控制燃料型燃料型NOxNOx生成量的生成量的主要措施主要措施：NOxNOx生成阶段采用富燃料燃烧生成阶段采用富燃料燃烧(1)1)，燃料氮在还原性气氛中尽可能多的转化为分子氮，燃料氮在还原性气氛中尽可能多的转化为分子氮N2N2。l发展了两段式燃烧、低过量空气
39、系数和烟气再循环等低发展了两段式燃烧、低过量空气系数和烟气再循环等低NOxNOx生成燃生成燃烧技术。烧技术。l低低NOxNOx燃烧技术关键设备是燃烧技术关键设备是新型燃烧器新型燃烧器：降低燃烧区氧气的浓度，：降低燃烧区氧气的浓度，降低高温区的火焰温度或缩短可燃气在高温区的停留时间。降低高温区的火焰温度或缩短可燃气在高温区的停留时间。l燃烧器的燃烧器的主要类型主要类型：强化混合型低：强化混合型低NOxNOx燃烧器、分割火焰型低燃烧器、分割火焰型低NOxNOx燃烧器、部分烟气循环低燃烧器、部分烟气循环低NOxNOx ，燃烧器和二段燃烧低，燃烧器和二段燃烧低NOxNOx燃烧器。燃烧器。强化混合型低强
40、化混合型低NOxNOx燃烧器燃烧器分割火焰型低分割火焰型低NOxNOx燃烧器燃烧器部分烟气循环低部分烟气循环低NOxNOx燃烧器燃烧器二段燃烧低二段燃烧低NOxNOx燃烧器示意燃烧器示意图图7.4 7.4 燃烧过程污染物排放量的计算燃烧过程污染物排放量的计算7.4.17.4.1烟气体积的计算烟气体积的计算l烟气：烟气：燃料燃烧生成的高温气体；燃料燃烧生成的高温气体；l排烟：排烟：热烟气经传热降温后再经烟道及烟囱排向大气，排出的烟气；热烟气经传热降温后再经烟道及烟囱排向大气，排出的烟气；l湿烟气：湿烟气：通常在排烟中台有不饱和状态的水蒸气，排烟中的水蒸气通常在排烟中台有不饱和状态的水蒸气，排烟中
41、的水蒸气是由燃料中的自由水、空气带入的水蒸气以及燃烧所生成的水蒸气是由燃料中的自由水、空气带入的水蒸气以及燃烧所生成的水蒸气所组成，这种含有水蒸气的烟气，用所组成，这种含有水蒸气的烟气，用GG0 0示；示；l干烟气：干烟气：不含水蒸气的烟气，用不含水蒸气的烟气，用GG0 0；l烟气的主要成分有烟气的主要成分有CO2CO2、N2N2、SO2SO2等。等。l理论烟气量理论烟气量：指在供给理论空气量：指在供给理论空气量(1)1)的条件下，燃料完全燃烧的条件下，燃料完全燃烧时所产生的烟气量。时所产生的烟气量。l理论烟气体积等于干烟气的体积和水蒸气体积之和。理论烟气体积等于干烟气的体积和水蒸气体积之和。
42、（1 1）烟气的体积和密度换算）烟气的体积和密度换算l燃烧过程的温度和压力一般是在燃烧过程的温度和压力一般是在高于标准状态。高于标准状态。l烟气体积和密度计算，换算成标烟气体积和密度计算，换算成标准状态，方便比较。准状态，方便比较。l用理想气体有关方程式进行换算。用理想气体有关方程式进行换算。（2 2）实际烟气体积）实际烟气体积l实际燃烧过程中空气有剩余，所以燃烧过程中的实际烟实际燃烧过程中空气有剩余，所以燃烧过程中的实际烟气体积应为理论烟气体积与过剩空气体积之和。气体积应为理论烟气体积与过剩空气体积之和。（3 3）燃煤设备污染物产生量和排故量的估算）燃煤设备污染物产生量和排故量的估算l燃煤设
43、备是指工业锅炉、茶浴炉和食堂大灶。燃煤设备是指工业锅炉、茶浴炉和食堂大灶。l产污量和排污量的估算产污量和排污量的估算 l燃煤工业锅炉污染物的产污和排污系数燃煤工业锅炉污染物的产污和排污系数la.a.烟尘产污和排污系数烟尘产污和排污系数l燃煤锅炉的产污系数与燃煤中灰分含量、燃烧方式、锅炉负燃煤锅炉的产污系数与燃煤中灰分含量、燃烧方式、锅炉负荷有关；荷有关；l排污系数除与上述因素有关外，还与锅炉配用的各种不同类排污系数除与上述因素有关外，还与锅炉配用的各种不同类型的除尘器有关。见教材表型的除尘器有关。见教材表2-62-6、2-72-7、2-82-8、2-92-9。b.b.二氧化硫产污和排污系数二氧
44、化硫产污和排污系数l二氧化硫的产污系数主要取决于煤的含硫量、锅炉燃烧方式、二氧化硫的产污系数主要取决于煤的含硫量、锅炉燃烧方式、煤在燃烧中硫的转化率；煤在燃烧中硫的转化率；l二氧化硫的排污系数与采用的脱硫措施的脱硫率有关二氧化硫的排污系数与采用的脱硫措施的脱硫率有关(见表见表2-2-1010和表和表2-11)2-11)。c.NOxc.NOx、COCO、CHCH化合物产污和排污系数化合物产污和排污系数l工业锅炉燃煤产污和排污系数主要依据实测数据经统计计算工业锅炉燃煤产污和排污系数主要依据实测数据经统计计算而定；而定；l燃煤工业锅炉燃煤工业锅炉NOxNOx、COCO、CHCH等污染物的产污和排污系
45、数见等污染物的产污和排污系数见表表2-122-12，产污、排污系数相等。，产污、排污系数相等。7.4.27.4.2工业生产废气和污染物排污量的估算工业生产废气和污染物排污量的估算l工业生产废气和污染物的产生且和排放量的估算是工业工业生产废气和污染物的产生且和排放量的估算是工业大气污染源调查的核心内容。大气污染源调查的核心内容。l污染物的排放分为有组织排放和无组织排放；污染物的排放分为有组织排放和无组织排放；l常用的估算方法主要有：现场实例法、物料衡算法、经常用的估算方法主要有：现场实例法、物料衡算法、经验估算法、类比分析法。验估算法、类比分析法。(1)(1)现场实测法现场实测法l现场实测污染源
46、排放的废气和污染物，包括废气流量和现场实测污染源排放的废气和污染物，包括废气流量和污染物浓度测定，以确定废气污染物的产生量和排放量。污染物浓度测定，以确定废气污染物的产生量和排放量。l主要针对有组织排放源，而无组织排放源需要特殊措施。主要针对有组织排放源，而无组织排放源需要特殊措施。l污染物的产生量或排放量：实测的平均浓度和实测的平污染物的产生量或排放量：实测的平均浓度和实测的平均流量的乘积，计算式如下：均流量的乘积，计算式如下：QQVCVC（2 2）物料衡算法）物料衡算法l物料衡算法物料衡算法基础基础：物质守恒定律。物质守恒定律。l根据生产部门的原料、燃料、产品、生产工艺及根据生产部门的原料
47、、燃料、产品、生产工艺及副产品等方面副产品等方面的物料平衡关系来推断污染物的产生量与排放的物料平衡关系来推断污染物的产生量与排放量，可以应用于量，可以应用于有组织和无组织排放。有组织和无组织排放。l对生产工艺过程及管理等方面深入了解。对生产工艺过程及管理等方面深入了解。l物料衡算前提物料衡算前提：掌握必要的基础数据。掌握必要的基础数据。l包括：产品的生产工艺过程；包括：产品的生产工艺过程；l产品生产品生产的化学反应式和反应条件产的化学反应式和反应条件；l污染物在产品、副产品、回收物品、原料及中间体当量关系；污染物在产品、副产品、回收物品、原料及中间体当量关系；l产品产量、纯度及原材料消耗量；杂
48、质含量；回收物数量；产产品产量、纯度及原材料消耗量；杂质含量；回收物数量；产品率及纯度、转化率；污品率及纯度、转化率；污染物的去除染物的去除率等。率等。l废气污染物产生量和排废气污染物产生量和排放量的估算模式为：放量的估算模式为：l产生量产生量BB（a+b+ca+b+c）l排放量排放量BB（a+b+ca+b+c+d+d）l 物料衡算法是一种理论估算方法。物料衡算法是一种理论估算方法。l特别适用：特别适用：很难进行现场实测以及所排污染物种类较多的污染很难进行现场实测以及所排污染物种类较多的污染源的估算。源的估算。l条件：条件：只要对生产工艺过程和生产管理各环节有比较深入的了只要对生产工艺过程和生
49、产管理各环节有比较深入的了解，就比较准确。解，就比较准确。l不仅适用于建成企业，也可用于预测新建企业的估算。不仅适用于建成企业，也可用于预测新建企业的估算。l对于复杂生产过程，估算投入人力、物力少，费用低。对于复杂生产过程，估算投入人力、物力少，费用低。（3 3）经验估算法）经验估算法l也称为排污系数法，是根据统计得到的生产单位产品产生或排也称为排污系数法，是根据统计得到的生产单位产品产生或排出污染物的数量出污染物的数量。l国家有关部门定期公布污染物总产生量和排国家有关部门定期公布污染物总产生量和排放量。放量。l排污系数是根据大量排污系数是根据大量的实测调查结果确定的实测调查结果确定。l具体估算模式如下具体估算模式如下：QQKM KM l经验估算法污染物产生和排放量准确与否关键是确定产物系数经验估算法污染物产生和排放量准确与否关键是确定产物系数和排污系数。和排污系数。
