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1、工业锅炉和工业炉内净化技术,主讲人 龚金科,工业锅炉和工业炉概述工业锅炉和工业炉主要污染物及其生成机理工业锅炉内净化技术工业炉内净化技术,第1章 绪论,目录,工业锅炉和工业炉概述,工业锅炉 工业锅炉是重要的热能动力设备，我国是当今世界锅炉生产和使用最多的国家。 工业锅炉以燃煤占大多数，燃气的一般是余热锅炉用于回收废热。,工业炉 定义：工业炉是在工业生产中，利用燃料燃烧或电能转化的热量，将物料或工件加热的热工设备。 一般由工业炉砌体、工业炉排烟系统、工业炉预热器和工业炉燃烧装置等组成。,第1章 绪论,压铸机工业炉,工业锅炉和工业炉主要污染物及其生成机理,主要污染物：烟尘、硫氧化物、氮氧化物 主要
2、污染物的生成机理（1）烟尘在燃烧条件不理想的条件下，煤不能够完全燃烧，而且在高温下发生热解作用。煤热解极易形成多环化合物，即形成黑烟，其中主要含有笨、芘、蒽、苯并芘等。（2）硫氧化物和氮氧化物燃料中所含的硫、氮在燃烧过程中与氧化合而生成硫氧化物和氮氧化物。,工业锅炉内净化技术,工业锅炉内净化技术就是从有害排放污染物的生成机理及影响因素出发，以改进工业锅炉燃烧过程为核心，达到减少和抑制污染物生成的各种技术。工业锅炉内净化技术的主要包括： （1）工业锅炉燃煤高温固硫技术 （2）火力发电洁净煤燃烧技术 （3）循环流化床锅炉燃烧集散控制系统控制技术,（1）工业锅炉燃煤高温固硫技术根据控制二氧化硫排放的
3、工艺在煤炭燃烧过程中的位置，可将脱（固）硫技术分为燃烧前、燃烧中和燃烧后3种。燃烧前脱硫主要是指选煤、煤气化和水煤浆等技术；燃烧中脱硫指的是低污染燃烧（如工业型煤固硫、动力配煤加固硫剂固硫、炉内喷钙）、型煤和循环流化床锅炉燃烧技术；燃烧后脱硫即烟气脱硫技术。,1）燃烧前脱硫煤炭洗选技术选煤是除去或减少原煤中所含的硫分、灰分等杂质，并按不同用户对煤质的不同要求，实行对路供应发展煤炭洗选，是从源头上减少污染的有效措施。选煤技术分物理法、化学法和微生物法3种：.物理选煤法：除去原煤中的部分灰分和黄铁矿硫，是目前我国广泛采用的一种选煤方法。.化学选煤是借助化学反应使煤中有用成分富集或除去杂质和有害成分
4、的工艺过程。.微生物脱硫是把煤粉悬浮在含细菌的气泡液中细菌产生的酶促使硫氧化为硫酸盐，从而达到脱硫的目的。,煤气化技术煤气化是把经过适当处理的煤送入反应器，在一定的温度和压力下，通过气化剂（空气或氧和蒸汽）以一定的流动方式（移动床、流化床或携带床）转化成气体。,水煤浆技术水煤浆是一种低污染、高效率、流动性强的代油煤基型流体燃料。它是把灰分很低而挥发分很高的煤，研磨成微细煤粉，按煤水合理的比例，加入分散剂和稳定剂配制而成，可以像燃料油一样运输贮存和燃烧。水煤浆可分为高浓度水煤浆、普通浓度水煤浆、煤泥浆、精细水煤浆等。我国目前生产的主要品种为高浓度水煤浆，它是由65%70%的煤粉、30%35%的水
5、和1%2%的添加剂通过物理加工而成的浆体状燃料。,2）燃烧中脱（固）硫燃烧中脱（固）硫技术是在煤中添加一定的固硫剂使煤在燃烧或气化时生成的气态硫化物在炉内吸收，气相中残存的硫化物，与刚进入炉内的脱硫剂接触而被吸收，这样排出的气体中二氧化硫含量就大大降低了。3）燃烧后脱硫（烟气脱硫）目前国外控制二氧化硫排放的最有效的手段仍是烟气脱硫技术，但其基建投资和日常运行费用较高。4）固硫剂凡能与煤在燃烧过程中生成的二氧化硫或三氧化硫起化学或物理吸附反应，形成固态残渣而留在煤灰中的物质均可作为固硫剂，如石灰石、白云石、方解石、氧化钙、氧化镁、碳酸钠、氢氧化钠等均可作为固硫剂。,烟气脱硫工艺流程图,（2）火力
6、发电洁净煤燃烧技术1）常规火电机组炉内净化技术常规火电机组炉内脱硫对300MW及以上的新装机组，以采用湿法（石灰石石膏法）FGD为主。对300MW以下的中型机组，可采用价格比较便宜的炉内脱硫方式，如炉内喷钙脱硫等。对中小型老机组实施简易的脱硫改造。低NOx燃烧技术.分级燃烧方式。300MW、600MW机组的燃烧器具有分级燃烧功能，可降低NOX的排放量约2030%。.新型燃烧器的设计。如多功能船形体煤粉燃烧器、钝体燃烧器、浓淡型燃烧器等。,2）清洁发电技术煤燃烧技术循环流化床燃烧技术循环流化床锅炉燃烧效率高，燃料品种广，可以用高灰分、高含硫、低挥发性的劣质燃料，如褐煤、煤矸石、石油沥青焦、甚至木
7、屑和工业可燃废物等，燃料适应性强。我国自主研发的首台国产100MW循环流化床锅炉整体结构如右图所示。,循环流化床锅炉整体布置可采用H型结构，即4个旋风分离器分置于炉膛两侧。下图为H型国产200MW循环流化床锅炉布置图（俯视图），右图为其前视图。,固体颗粒在自下而上的气流作用下具有流体性质的过程称为流化。颗粒尺度较小、操作气速甚高，加以使用分离器使逸出物料不断返回时，形成另一流化形态，称快速流化床。,增压循环流化床锅炉联合循环发电系统图,增压流化床燃烧联合循环技术增压流化床锅炉采用了一种新的增压燃烧技术，并同时控制燃烧温度，使燃料在增压与低温环境下燃烧，从而最大限度地降低 NOx排放，以满足愈加
8、苛刻的环保要求。同时可采用燃气轮机以实现发电与集中供热，而且设计紧凑，能大幅度地减少占地面积。,整体煤气化联合循环技术整体煤气化联合循环(IGCC)，其主要流程为：在气化炉中喷入煤粉(或水煤浆)、水蒸汽和经空气分离而得到的压缩纯氧气，产生中低热值的合成粗煤气(CO+H2)；经净化系统将粗煤气除尘、脱硫、去除杂质而净化成精煤气；再送入燃气-蒸汽联合循环装置发电。IGCC较好地实现了煤中化学能的洁净转化，通过联合联合循环实现了能量的高效梯级利用。,整体煤气化联合循环典型流程图,（3）循环流化床锅炉燃烧集散控制技术集散控制系统(DCS)目前在全国300MW及以上的火力发电机组获得普遍采用，其功能已经
9、覆盖了数据采集(DAS)、模拟量控制(MAC)、顺序控制(SCS)等部分。DCS系统是一个分布计算机控制系统，从功能上分成现场控制站、操作员站和工程师站三种类型。这些节点通过系统网络连接在一起，所有节点之间数据和信息传递都由系统网络完成。,典型应用的控制系统结构,工业炉内净化技术,工业炉内净化技术就是从有害排放物的生成机理及影响因素出发，以改进工业炉燃烧过程为核心，达到减少和抑制污染物生成的各种技术。工业炉内净化技术主要包括：（1）煤粉低尘燃烧技术（2）高温空气燃烧技术（3）重油乳化燃烧技术,第1章 绪论,第1章 绪论,（1）煤粉低尘燃烧技术目前在工业窑炉上使用的燃煤技术大约有下面几种：层燃方
10、式：常用的燃煤工业窑炉。但不能长时间连续稳定燃烧。煤粉燃烧方式：燃烧稳定连续，易于调节。但火焰中含有大量飞灰。煤气化技术：燃煤工业窑炉现代化改造常用的方法。但投资大，成本高，效率低。水煤浆燃烧技术：水煤浆燃烧方式接近于燃油。但灰份较高，火焰洁净度不够，且价格高。煤粉液排渣旋风燃烧技术：和煤粉燃烧相似，但可在燃烧过程中实现灰渣捕集，可降低火焰含尘浓度。,煤粉低尘燃烧技术是使煤粉在一个圆柱形的燃烧室中进行半气化旋风燃烧，煤中的灰渣被燃烧室的壁面捕集并除去。在炉膛中再引入二次风进行补充燃烧提高效率。,这项技术具有煤粉燃烧方式的优点，如燃烧连续稳定、易于调节、燃烧气氛可控等，克服了煤粉火焰含灰量高的缺
11、点。,第1章 绪论,（2）高温空气燃烧技术高温空气燃烧技术是近10年来高速发展的一种新型燃烧技术，具有高效、节能和低污染等特性，目前正得到越来越广泛的应用。,HTAC技术的工作原理HTAC的技术关键是采用高效蓄热式燃烧系统。如图所示。当烧嘴A工作时，废气经烧嘴B排出，将热量传给蓄热体。经过一定时间间隔后，切换阀使助燃空气流经蓄热体B，蓄热体将热量传给空气，空气通过烧嘴B完成燃烧过程。并交替运行，可实现烟气余热极限回收和助燃空气预热。,第1章 绪论,高效蓄热式燃烧系统简图,为降低NOx生成量，采用两段燃烧法和烟气自身再循环法。右图是蓄热式燃烧器烧嘴的原理图。一次燃料（比二次燃料少得多）的燃烧属富
12、氧燃烧，很快完成。大量燃料通过二次燃气通道喷入炉内，与炉内含氧浓度较低的烟气混合并燃烧。炉内形成温度分布较均匀的火焰。NOx排放量大大降低。,第1章 绪论,蓄热式燃烧器烧嘴的原理图,第1章 绪论,（3）重油乳化燃烧技术 雾化是提高燃烧效率的先决条件。重油雾化得越细，颗粒分布越均匀，便越可以加快蒸发、混合和燃烧的速度。,从工艺投资、经济效益、燃烧效率以及环境保护等方面综合考虑，重油掺水乳化具有十分重大的应用价值。,重油乳化燃烧特点重油的燃烧速度取决于重油的雾化粒径。重油的乳化燃烧就是乳化燃料燃烧时，包裹在油相中的水滴的微爆作用使油的雾化更细微化，燃烧更完全。水分子与油中析出的碳粒起水煤气反应，改善了燃烧工况，提高了重油完全燃烧程度，减少了烟炱的产生。此外，水汽化吸收热量，一定程度上降低了烧嘴喷口附近温度，减少了重碳氢化合物和游离碳粒的生成，冒黑烟现象可以得到一定的控制，而且也能减少NOX的生成。,第1章 绪论,第9章 发动机排放污染物净化方案及分析,思考题,工业锅炉内净化技术主要有哪些？,1,2,工业炉内净化技术主要有哪些？,
