《低污染燃烧技术讲义》由会员分享，可在线阅读，更多相关《低污染燃烧技术讲义（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、低污染燃烧技术,低污染燃烧技术技术,低污染燃烧技术,整体煤气化联合循环IGCC,燃气蒸汽联合发电,循环流化床燃烧,水煤浆燃烧,流化床燃烧,流化床燃烧是一种燃烧化石燃料、废物和各种生物质燃烧的燃烧技术，它的基本原理是燃料颗粒在流态化（流化）状态下进行燃烧。一般粗粒子在燃烧室下部燃烧，细粒子在燃烧室上部燃烧，被吹出燃烧室的细粒子采用各种分离器收集下来之后，送回床内循环燃烧。 流化床燃烧技术是一种介于层燃和悬浮燃烧之间的燃烧方式，而流化床燃烧技术又可分为鼓泡流化床燃烧技术和循环流化床燃烧技术。,典型的循环流化床燃烧系统,循环流化床燃烧技术具有如下特点和优势,整个燃烧室的颗粒浓度都比较高，而且下部密相
2、区和稀相区的之间存在一个过渡区域，在这个区域内颗粒浓度从密相区的高浓度逐渐降低到稀相区内的一个较低的浓度。 燃烧室内颗粒的横向混合更加剧烈，燃料加入点数可以大大减少。 炉膛上部稀相区存在着强烈的物料返混。颗粒在燃烧室上部稀相区的中心区域随气体向上流动，而在边壁区域内存在着大量向下流动的颗粒。同时，稀相区内存在着大量的由细灰颗粒聚集或团聚而成的颗粒团，这些颗粒不断形成和解体，并且向各个方向运动。,循环流化床燃烧技术具有如下特点和优势,颗粒与气体之间的相对滑移速度大和强烈的颗粒返混，使得燃烧室内的气固两相混合较好。 大量的燃烧颗粒和细灰颗粒被携带到燃烧室上部，不仅使得燃烧室上部区域燃烧份额提高和更
3、多的热量从密相区进入上部稀相区，而且高颗粒浓度和良好的混合强化了稀相区的传热传质过程，这使得循环流化床燃烧室温度分布均匀。 循环流化床具有很高的燃烧效率，通过颗粒分离及回送装置，实现燃料的循环燃烧，而且燃烧室内的颗粒存在返混，这使得固体物料在床内的停留时间大大延长，提高了燃烧效率，燃煤循环流化床燃烧效率可达达到98-99%。,循环流化床燃烧技术具有如下特点和优势,具有很高的炉内脱硫效率和脱硫剂利用率。由于停留时间长，气固两相混合好、燃烧室温度分布均匀以及颗粒磨损大等特点，使得脱硫剂颗粒能充分燃烧，在与烟气SO2良好接触状态下，在合适的温度下长时间反应，而且颗粒磨损可及时剥落颗粒表面的反应产物而
4、进入颗粒内部反应。这些使得循环流化床锅炉内脱硫过程可以获得比鼓泡流化床燃烧过程高得多的脱硫效率，而且脱硫剂利用率高，通常情况下，在钙与燃料中的硫摩尔比Ca/S为1.5-2.5的情况下可以达到90%以上的脱硫效率。 由于运行速度的提高，燃烧室截面小，循环流化床燃烧室的单位截面的热负荷较高，约为3.5-4.5MW/m2，与煤粉燃烧相当。 燃烧设备的负荷调节范围大，负荷调节速度快，循环流化床调节比可以达（3-4）:1，负荷调节速度可以达到每分钟5%左右。,整体煤气化联合循环,整体煤气化联合循环(IGCCIntegrated Gasification Combined Cycle)，是把高效的联合循环
5、总能系统和洁净的燃煤技术结合起来的先进发电系统，为当今世界能源界关注的一个热点。它由两大部分组成， 即煤的气化与净化部分和燃气一蒸汽联合循环发电部分。第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备(包括硫的回收装置)，第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。IGCC的工艺过程如下：煤经气化成为中低热值煤气，经过净化，除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料，然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质以驱动燃气透平作功，燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机作功。,IGCC发电图,IGCC过程图,整体煤气化联合循环(IGCC
6、)的特点,1.发电热效率高 气化炉的碳转化率可达96 99 ，动力岛中，由于燃气一蒸汽联合循环发电技术的快速发展，其热效率已达到6O ，与其相关的GCC发电效率已有可能从目前的43 45提高到5O 以上。 2.环保性能好 由于煤气在送入燃机燃烧之前， 已在压力状态下高效净化，IGCC电厂污染物的排放量仅为常规燃煤电站的10 ， 其脱硫效率可达99 ，SO 排放浓度在25mgNm。左右， (目前国家二氧化硫排放浓度为12OOmgNm。)，NO排放浓度是常规燃煤电站的15 9520 ，耗水指标是常规燃煤电站的30 50 ，其环保性能是其他燃烧发电技术所不能媲美的。,整体煤气化联合循环(IGCC )
7、的特点,3.负荷适用性好。调峰能力强 IGCC电厂可在35 100 负荷条件下平稳运行(常规燃煤电站为50 100 )，负荷变化率可达7 9515 min (常规燃煤电站为 2 5 )，具有很好的调峰效果。 4.燃料适用性广 从一般高硫煤种到低品位的劣质煤，甚至生物废料，对IGCC气化炉的性能影响不大，具有良好的煤种适应性，进料价格远低于天然气价格。 5.可实现多联产。提高经济效益 合成气中主要成分为H 和CO，可大量生产氢气等清洁能源，为今后进入氢能经济时代创造条件。此外，还可生产硫酸等副产品。,国际IGCC现状,IGCC发电是20世纪70年代西方国家在石油危机时期开始研究和发展的一种新技术
8、。1972年在德国建成的I unen电厂和1985年在美国建成的Cool Water电厂，是两座成功的利用煤作为进料，经气化后发电的里程碑式IGCC实验电厂。由于20世纪90年代世界上研制出一批高性能的燃气轮机，IGCC机组的效率达到45 95以上，从而使得IGCC可以和传统的燃煤发电机组相竞争，加之IGCC机组污染物排放要比传统燃煤电厂低得多，故90年代在世界范围内先后建成了10余座IGCC电厂，其中4台大容量(250MW 以上)、比较有代表性的以煤为进料的IGCC电厂简况如表1。这四台机组分别采用了四种不同的气流床工艺，反映了当今世界不同的IGCC发电技术水平。它们的成功运行为IGCC技术
9、的发展奠定了良好的基础并提供了宝贵的经验。,国内IGCC现状,我国在1992年就开展了IGCC示范项目的前期工作，经过数年的工作，最终决定在烟台发电厂内规划2套300MW 级或400MW 级IGCC机组，作为我国IGCC技术发电的示范工程，一期先建设1套， 目前该项目合作方案答询书综合评审报告已编制完成并上报国家发改委待批。我国正在规划建设的项目还有：上海2400MW 级IGCC发电项目，广东汕头电厂燃机应用煤气化技术改造成IGCC项目，河北超化3120MWIGCC电厂，辽宁阜新以IGCC为基础的热、电、煤气三联供项目。,IGCC技术发展的障碍,目前联合循环动力系统、煤气化系统和高温净化等系统
10、的设备和关键技术尚需从发达国家引进。表是国内某燃煤热电厂和IGCC示范电厂的对比表，从表中可以看出IGCC示范电厂单位造价约是国内燃煤电厂的单位造价的2倍，测算出的其上网电价、热价也尚不具备市场竞争力。,燃气蒸汽联合发电,燃气蒸汽联合循环发电是指燃气轮机运行的高温发电循环系统和蒸汽轮机循环运行的低温发电循环系统的组合。这样不仅可以提高发电效率，而且由于气化炉所产生的煤气在燃烧前必须通过各种净化措施，因此能够满足非常严格的污染控制指标。不足之处在于投资大，运行费用高，商业竞争力不足。 联合循环的基本方案 1.余热锅炉型联合循环 将燃气轮机的排气通至余热锅炉中，加热锅炉中的水产生蒸汽驱动汽轮机作功
11、。,燃气蒸汽联合发电,2排气补燃型联合循环 排气补燃型联合循环包括在余热锅炉前增加烟道补燃器以及在锅炉中加入燃料燃烧这两种方案。,燃气蒸汽联合发电,余热锅炉型燃气一蒸汽联合循环的主要性能指标 （一）燃气蒸汽联合循环的功率 鉴于联合循环由燃气轮机循环与朗肯循环所组成，故联合循环功率为燃气、蒸汽两部分输出净功率之和， （二）燃气一蒸汽联合循环的比功 由于联合循环中有不止一种工质，流量也各异，联合循环比功是以燃气轮机压气机进口的空气单位流量为基准折算的总功率， （三）燃气蒸汽联合循环的效率,水煤浆燃烧技术,水煤浆是一种煤基的液体燃料，一般是指由6070%的煤粉、4030%的水和少量的化学添加剂组成的
12、混合物。它是20世纪70年代世界范围内出现石油危机的时候，人们在寻找以煤代油的过程中发展起来的石油替代技术。水煤浆既保持了煤炭原有的物理化学特性，又具有和石油类似的流动性和稳定性，而且工艺过程简单，投资少，燃烧产物污染较小，具有很强的实用性和商业推广价值。 水煤浆的用途十分广泛，它可以像油一样的管运、储存、泵送、雾化和稳定着火燃烧，其热值相当于燃料油的一半，因而可直接替代燃煤、燃油最为工业锅炉或电站的直接燃料；水煤浆还是理想的气化原料，产生的煤气化可以用于煤化工或用于联合循环发电；对于特制的精细水煤浆，还可以作为燃气轮机的燃料使用；可见，水煤浆技术是洁净煤技术的一个重要组成部分，发展水煤浆技术
13、具有十分重要的意义。,水煤浆燃烧技术的意义,1.替代石油，合理利用我国能源资源 由于水煤浆具有同石油一样的流动和雾化特性，因此，以水煤浆替代石油可以利用原有设备，改动工作量很小，投资小。 2.解决煤炭运输问题 我国煤炭资源丰富，但地区分布极不平均，北煤南运和西煤东运的局面将长期存在。靠铁路运输既增加了铁路的负担，又对沿途环境造成了污染。发展水煤浆进行管道运输将在很大程度上缓解能源运输的压力和污染问题。 3.降低煤利用过程中的污染 制备水煤浆的原料煤是经过洗选的，含灰量和含硫量都大为降低，燃烧后产生的飞灰和SO2都比一般的燃煤锅炉低。同时由于水煤浆中的水分在燃烧时具有还原作用，理论燃烧温度也比相同煤质的煤粉燃烧低200左右，因此可以在一定程度上降低NOX的排放量。,完,
