《洁净煤燃烧技术》课程复习题

洁净煤燃烧技术课程复习题
目录
洁净煤燃烧技术课程复习题 (1)
第一章超临界与超超临界燃煤发电技术 (3)
1.1、超临界锅炉的工作原理 (3)
1.2、超临界锅炉水冷壁安全工作存在的不利条件及其原因 (3)
1.3、为什么采用螺旋管圈后水冷壁管间的吸热偏差较小？超临界锅炉
消除热偏差有哪些方法 (3)
1.4、垂直管低质量流速技术中的正流量补偿特性原理 (4)
第二章超超临界机组结构特点及应用 (4)
2.1、结合系统简图说明HG-1000MW超超临界锅炉带再循环泵的启动
系统流程，并说明启动初期尽量减小工质热损失的措施 (4)
2.2、常见低氮燃烧技术原理（双调风旋流燃烧技术、PM燃烧技术及
MACT燃烧技术） (5)
2.3、超临界机组高温氧化原理及改善措施 (6)
2.4、超超临界机组常采用二次再热技术的优势 (6)
第三章循环流化床锅炉 (6)
3.1、CFB锅炉本体结构及工作原理 (6)
3.2、为什么说CFB锅炉是一种洁净煤燃烧设备 (7)
3.3、超临界锅炉可以采用CFB燃烧技术的优势 (7)
3.4、结合简图说明富氧CFB锅炉燃烧过程 (7)
第四章整体煤气化联合循环 (8)
4.1、IGCC原理框图 (8)
4.2、气化炉气化反应模型 (9)
4.3、两种煤气冷却工艺流程的组成及特点 (9)
4.4、常温湿法净化技术原理与高温干法净化技术原理的比较 (10)
第五章烟气净化 (10)
5.1、湿式石灰石－石膏法脱硫的化学反应机理及工艺流程 (10)
5.2、湿式石灰石烟气脱硫吸收塔的四个工作区域及作用 (11)
5.3、湿式石灰石－石膏法脱硫工艺系统中浆液的PH值为什么维持在
5~6之间 (11)
5.4、湿式石灰石－石膏法脱硫工艺系统存在的问题及改进措施 (11)
5.5、烟塔合一的条件及优点 (11)
5.6、循环流化床烟气脱硫的运行控制 (12)
5.7、SCR反应原理及主要影响因素 (12)
5.8、SCR工艺流程 (13)
5.9、烟气杂质对SCR催化剂性能的影响 (13)
5.10、燃煤电厂控制汞排放的方法 (13)
第一章超临界与超超临界燃煤发电技术
1.1、超临界锅炉的工作原理
超临界锅炉采用工质直流流动方式，
工质一次性通过各受热面，完成预热、蒸
发和过热三个过程，属于直流锅炉类型。

这时的水流动像活塞一样，在锅炉的受热
面推出蒸汽。

蒸发量D等于给水流量G，
故可认为其循环倍率k等于G/D=1。

直流锅炉管内工质的状态和参数变化如图，由于要克服流动阻力，工质压力沿受热面长度不断降低；工质的焓值及比体积上升；工质的温度在预热段和过热段不断上升，但在蒸发段因压力下降，工质温度相应略有降低。

1.2、超临界锅炉水冷壁安全工作存在的不利条件及其原因
①发生模态沸腾和管内结垢
原因：直流锅炉中水冷壁出口往往是接近饱和或微过热蒸汽的状态，因而很容易造成膜态沸腾和管内积垢现象。

②强迫流动的特性。

即直流锅炉循环没有自然锅炉的流量自补偿特性和自补偿调节能力。

原因：自然循环中蒸发面吸热量较多的管道蒸发量也较大，从而循环推动力和循环质量流量也较大，即自然循环具有自补偿特性，因而可以调节其流量，保证了安全。

但在直流循环中，工质流动的推力来自于给水泵，当质量流速较高时，如果并列的某根管子吸热量较多，则管内工质的平均比体积和流动阻力就较大，管内工质流量反而减小，这就是直流锅炉的强迫流动特性，对水冷壁的安全是很不利的。

1.3、为什么采用螺旋管圈后水冷壁管间的吸热偏差较小？超临界锅炉消除热偏差有哪些方法
原因：由于同一管以相同方式从下到上绕过炉膛的角隅部分和中间部分，吸
热均匀，因此管间热偏差减小。

第一，采用小功率旋流式燃烧器对冲燃烧方式。

为了进一步消除超临界锅炉蒸汽侧和烟气侧的热偏差，还采取以下措施：
①采用小容量的旋流式燃烧器，沿炉膛宽度均匀、对称的布置，再通过燃烧调整实现单只燃烧器的风粉均匀分配，使炉膛出口烟气流量和温度偏差都较小。

②过热器和再热汽联箱间的连接采用大口径管道左右交叉。

③保持各受热面管排具有相同的横向节距。

④合理选择各联箱内径。

在进出口连箱设计节流孔。

第二，对流与辐射互补抵消热偏差的双切圆燃烧方式。

即采用两个相对独立的反向切圆燃烧方式，将对流热偏差与整体单一火焰辐射系统的辐射热偏差相互补偿或抵消，使热偏差尽可能小。

1.4、垂直管低质量流速技术中的正流量补偿特性原理
①正流量补偿特性：直流锅炉中类似汽包锅炉水冷壁中的流量分配的特性。

②原理：在低质量流速下，垂直管由重位压降决定流量分配，受热偏高的管子工质密度减小，重位压头也减小，从而受热偏高的管子与受热偏低的管子之间形成自然循环，导致受热偏高的管子就会流过较高的流量。

因此，在总流量不变的情况下，由于吸热偏多而引起的出口温度偏高的现象大部分会得到补偿，这就是正流量补偿原理。

第二章超超临界机组结构特点及应用
2.1、结合系统简图说明HG-1000MW超超临界锅炉带再循环泵的启动系统流程，并说明启动初期尽量减小工质热损失的措施
①流程：
启动时，锅炉小于最低直流负荷，此时启动系统为湿态运行。

分离器起汽水分离作用，分离出来的过热蒸汽进入低温过热器，水则通过水连通管进入分离器储水箱，通过再循环系统进入锅炉的再循环。

分离器储水箱中的水由WDC阀（分离器疏水调节阀）排入炉水回收箱，再根据水质情况排至废水系统或回收到汽机冷凝器系统。

当锅炉负荷大于最低直流负荷时，锅炉运行方式由再循环模式转入直流运行模式，启动分离器也由湿态转为干态，即分离器内部已经全部是蒸汽，此时它相当于一个中间集箱。

此时关闭再循环泵和WDC阀，再循环系统和炉水回收系统停止运行。

②措施：a）在启动初期（包括冷态清洗、汽水膨胀和热态清洗期间）只要水质合格，就将这些疏水扩容后全部送往冷凝器回收;
b）若水质不合格，则排向废水及水槽，不予回收。

2.2、常见低氮燃烧技术原理（双调风旋流燃烧技术、PM燃烧技术及MACT燃烧技术）
①双调风旋流燃烧器：双调风旋流燃烧器是将二次风分成内二次风和外二次风两股气流，通过调风器和旋流叶片分别控制各自的风量和旋流强度，以调节一、二次风的混合，使其在燃烧器出口附近的火焰根部形成缺氧富燃料区，使燃烧推迟，火焰温度降低，NO X的生成量减少，在下游形成富氧的燃尽区，保证燃料的完全燃烧。

②PM燃烧技术：PM燃烧器其原理是利用燃烧入口弯头的离心分离作用，将煤粉气流分成上下浓淡两股分别进入炉膛，浓相煤粉浓度高所需着火热少，利于着火和稳燃；淡相补充后期所需的空气，利于煤粉的燃尽，同时浓淡燃烧均偏离了化学当量燃烧，大大降低了NOx 的生成量。

③MACT燃烧技术：在燃烧器上方布置两层OFA喷口，同时最上层浓相煤粉喷嘴上方7206ｍｍ处布置四组AA喷口。

MACT分层燃烧技术可使NOx生成量减少约25%。

2.3、超临界机组高温氧化原理及改善措施
①原理：在较高的温度下，铁/水系统的反应主要是化学反应，其反成式为
3Fe+4H2O=Fe3O4+4H2
➢在无氧条件下，由于铁与蒸汽直接反应，生成四氧化三铁并放出氢气分子。

➢在该反应过程中，水蒸汽分子通过物理碰撞和化学吸附提供与铁离子反应所需的氧离子，由于铁离子向外扩散，氧离子向里扩散，整个氧化层同时向钢原始表面两侧生长。

➢水蒸气与铁直接反应生成致密的氧化膜，随着时间的推移Fe3O4氧化膜的厚度逐渐增加，当其厚度增加到一定厚度时会发生脱落现象。

②改善措施：
2.4、超超临界机组常采用二次再热技术的优势
①提高蒸汽参数，提高发电机组效率。

通过增加再热次数，可以给水温度、给水压力等参数，从而提升循环效率；
②降低汽轮机末级蒸汽湿度，避免超过设计规范从而带来腐蚀破坏和安全隐患；
③在超超临界参数条件下，采用二次再热式机组热经济性得到提高，从而降低电厂的运行费用。

第三章循环流化床锅炉
3.1、CFB锅炉本体结构及工作原理
①本体结构：CFB锅炉本体由炉膛、布风装置、分离器、回料阀、尾部烟道及外置换热器组成。

其中炉膛由膜式水冷壁构成，底部为布风板。

炉膛下部锥段用耐磨耐火材料覆盖，并依燃烧工艺要求开设二次封口、循环灰回灰口、排渣口及点火启动燃烧器等孔口。

上部直段炉膛四周为水冷壁受热面。

炉膛出口与循环灰分离器入口相连，分离器出口与布置过热器、省煤器和空气预热器等对流受热面的尾部烟道相连接。

②工作原理：CFB锅炉燃用的固体燃料和石灰石脱硫剂在炉膛内以一种特殊的气固流动方式（流态化）运动，离开炉膛的颗粒被分离并送回炉膛循环燃烧，炉膛内固体颗粒的浓度高，燃烧、传质、传热、剧烈，温度分布均匀。

3.2、为什么说CFB锅炉是一种洁净煤燃烧设备
①燃料适应性广。

可以燃烧各种煤、煤矸石、焦碳、油页岩、垃圾等（劣质燃料）。

②清洁燃烧。

1）高效、廉价脱硫。

脱硫率达90%。

2）减少NOx排放。

低温、分级燃烧，有效减少燃料型和热力型NOx 的排放。

③负荷调节性能好。

低负荷下仍可保持燃烧稳定，负荷调节比达4：1。

④灰渣综合利用性能好。

低温燃烧后的灰渣没有经历烧结过程，活性好，非常适合做水泥填料。

3.3、超临界锅炉可以采用CFB燃烧技术的优势
超临界CFB锅炉同时兼备了CFB锅炉燃烧技术和超临界压力锅炉的优点，具体如下：
①低热流。

循环流化床炉膛中的热流率要比煤粉炉中的低得多。

②清洁的炉墙。

与煤粉炉相比，循环流化床锅炉炉墙上的沉积物非常少。

炉墙非常清洁，水冷壁发生传热恶化佳的情况大幅减少。

③热流分布。

循环流化床锅炉炉膛中，最高热流出现在底部并随着炉高增加而逐渐减小，而工质温度恰恰相反。

因此，最冷的工质恰好在最高热流处，这种特性使水冷壁面不至于超温，在循环流化床锅炉中发生传热恶化的几率比煤粉炉小得多。

3.4、结合简图说明富氧CFB锅炉燃烧过程
①煤或高碳燃料在燃烧室中与预热了的混合气体中的氧反应，氧来自于低温制氧设备。

底渣通过流化床冷渣器排放，控制系统的床料量和回收底渣余热。

②烟气离开燃烧室经旋风分离器后，分离器收集的一部分灰颗粒直接送回燃烧室循环燃烧，另一部分通过外置床到一定温度后返回燃烧室再循环燃烧。

③离开旋风分离器的烟气经尾部烟道的对流受热面和氧加热器进一步冷却。

④离开氧加热器的烟气经除尘器和
脱硫装置除去其中的粒尘和SO2。

干净的
烟气经给水加热器冷却之后，再经过一混
合式烟气水冷却器冷却到尽可能低的温
度。

⑤离开引风机的烟气分为两部分，大
部分进入后部的CO2分离、纯化、压缩和
液化系统，回收的CO2可用来注入油田增
加油的回收；小部分进入燃烧系统作为流
化气体。

第四章整体煤气化联合循环
4.1、IGCC原理框图
气化岛：气化炉、空分、煤气净化设
备
动力岛：燃气轮机、蒸汽轮机、余热
锅炉
4.2、气化炉气化反应模型
4.3、两种煤气冷却工艺流程的组成及特点
①激冷流程。

组成：激冷流程一般由激冷室（罐）、文丘里管、洗涤塔组成。

特点：a)系统比较简单，投资较少。

b)气体的热量被水气化吸收，灰渣混于水中，气象包含有大量的水蒸气，可以满足变换工艺的需要。

c）此工艺流程适用于化工领域及多联产。

②废锅流程。

组成：废锅流程一般由一级或多级废热锅炉、干洗和水洗除尘装置组成。

特点：a)气体的热量用于产生高压和中压蒸汽，灰渣混于水中，气相中包含有少量的水蒸气。

b)粗煤气中15%-20%的热能被回收为中压或高压蒸汽，气化工艺总体的热效率可以达到98%。

c)此工艺过程比较适合于IGCC项目。

4.4、常温湿法净化技术原理与高温干法净化技术原理的比较
常温湿法净化技术原理高温干法净化技术原理
除尘：①初级除尘：旋风分离器或者
中温陶瓷过滤器。

②精除尘：文丘里
管洗涤器洗除碱金属化合物、卤化物
以及NH3和HCN
除尘：高温除尘器除去煤气中5 μm以
上的微小颗粒。

脱硫：脱除H2S、COS、CS2及CO2等。

脱硫方法：基于物理吸收法的Selexol
方法；基于化学吸收法的MDEA方法
吸收塔：高温干法脱硫方法有氧化铁
法、氧化锌法等，脱硫剂为Fe-Zn系
和Zn-Ti系金属氧化物：
气体调节：①注入蒸汽：降低火焰温
度以减小NOx。

②N2回注: 控制NOx；
增加燃气流量以增加输出功率
再生装置：吸收了H2S和COS的脱硫
剂进入再生装置再生，再生后的脱硫
剂再返回脱硫设备循环使用。

第五章烟气净化
5.1、湿式石灰石－石膏法脱硫的化学反应机理及工艺流程
①反应机理：
石灰石法：
2
2
3
2
2
3
)
(
2/1
2/1CO
O
H
CaSO
O
H
SO
CaCO+
•
→
+
+固
石灰法：O
H
CaSO
O
H
CaO
SO
2
3
2
2
2/1
2/1•
→
+
+
氧化反应：)
(
2
2
3
2/1
2
2
4
2
2
2
3
固
O
H
CaSO
O
H
SO
O
H
CaSO•
→
+
+
•
②工艺流程：
a)洗涤浆液连续从吸收塔顶部（或底部）喷入；
b)在吸收塔内，SO2与浆液中的CaCO3以及鼓入的氧化空气进行化学反应，生成亚硫酸钙(CaSO3)和硫酸钙(CaSO4)结晶物；
c)吸收塔排出的石膏浆液经脱水装置脱水后回收。

d)脱硫后的烟气经除雾器去水、换热器加热升温后进入烟囱排向大气。

5.2、湿式石灰石烟气脱硫吸收塔的四个工作区域及作用
①急速冷却区。

作用：位于吸收塔烟气进口区域，布置在进口上方的急速冷却喷嘴喷出的浆液使烟气迅速冷却并达到饱和状态，为进一步吸收反应创造条件。

②SO2吸收区。

作用：在吸收塔的上部空间区域，烟气处于饱和状态，在吸收浆液的喷淋作用下发生SO2的吸收过程。

③液滴分离区。

作用：防止烟气流出时携带的浆液在下游沉积结垢和造成腐蚀。

④浆池。

作用：脱硫吸收浆液在浆池内收集下来，经循环浆液泵多次循环使用，脱硫后的反应生成物也均在浆池中生成。

5.3、湿式石灰石－石膏法脱硫工艺系统中浆液的PH值为什么维持在5~6之间
①pH太高：如果pH设定值太高，石灰石耗量大，循环浆液中过剩CaCO3偏高，池中产生的CaSO3·1/2H2O增多，石膏品质下降，石灰石不再溶解并且尽管pH值很高，二氧化硫吸收很难进行；
②pH太低：pH设定值过低可降低堵塞和结垢的风险，但是长时间在低pH 值运行系统腐蚀会加剧，维护费用较大。

5.4、湿式石灰石－石膏法脱硫工艺系统存在的问题及改进措施
①设备结垢。

控制措施：（1）抑制氧化，加入抑制氧化的物质；
（2）强制氧化，向浆液鼓入足够空气。

②GGH的结垢与腐蚀。

控制措施：不装设烟气换热器，即吸收塔处理后的烟气不经过再热，直接排放至大气。

5.5、烟塔合一的条件及优点
①应用条件：
烟气品质较高：烟尘≤30mg/m3；SO2 ≤200mg/m3；NOx ≤200mg/m3。

②特点（优点）：
降低厂用电；
提高电厂效率；
有利于环境保护。

5.6、循环流化床烟气脱硫的运行控制
①根据反应器进口烟气流量及烟气中原始SO2浓度控制脱硫剂的给料量，而烟囱中的SO2排放值则用来作为校核和精确地调节脱硫剂的给料量地辅助调控参数。

②根据反应器出口处的烟气温度T直接控制反应器底部的喷水量，采用离心式回流调节喷嘴，通过调节回流水压来调节喷水量。

③CFB反应器内的固体颗粒浓度是保证其良好运行的重要参数，其调节方法是通过调节分离器和除尘器下所收集的飞灰排灰量，以控制送回反应器的再循环干灰量，从而保证了流化床内必须的固气比。

5.7、SCR反应原理及主要影响因素
①反应原理：SCR是氨、烃等还原剂喷入烟气中，在一定温度下利用催化剂将烟气中的NO X转化为氮气和水。

反应机理为:NO+NH3(+O2)→N2+H2O
NO2+NH3(+O2)→N2+H2O
②影响因素：
1）催化剂的影响。

催化剂是SCR工艺的核心，催化剂对脱除率的影响与催化剂的活性、类型、结构、表面积等特性有关。

其中催化剂的活性是对NOx 的脱除率产生影响的最重要因素。

2）反应温度的影响。

其最佳的操作温度为250～420℃。

通常最低连续运行烟温为310℃，最高连续运行烟温为405℃。

3）空间速度。

过大停留时间过短，对催化剂冲刷增大。

4）n(NH3)/n(NOx)对NOx脱除率的影响。

若摩尔比过大，副反应速率将增大，降低NOx脱除率，增加了未转化NH3的排放浓度，造成二次污染。

一般控制在0.8~1.2。

5）氨与烟气的混合程度。

采用合理的喷嘴格栅，提供足够长的混合烟道。

5.8、SCR工艺流程
液氨油由液氨罐车运输到液氨储罐，输出的液氨经蒸发器蒸发成氨气，再将其加热到常温后送入氨缓冲槽中备用。

运行时，将缓冲槽的氨气减压后送入氨/空气混合气中，与空气混合后进入烟道内的喷氨格栅，氨气在混合气体中的体积含量约为5%。

氨气喷入烟道后，再通过静态混合器与烟气充分混合，进而进入到SCR反应器中。

5.9、烟气杂质对SCR催化剂性能的影响
（1）催化剂的磨蚀。

飞灰撞击催化剂表面
（2）催化剂的堵塞。

铵盐及飞灰小颗粒沉积在催化剂小孔
（3）砷中毒。

烟气中的As2O3沉积并堵塞催化剂的中孔，即孔径在0.1μm 到1μm之间的孔。

（4）碱金属（Ca、Na、K）中毒。

碱金属可以直接与催化剂的活性位反应导致活性位丧失，主要是造成催化剂中V—OH的氢键被替换，催化剂的酸性下降，从而使催化剂失活。

5.10、燃煤电厂控制汞排放的方法
①洗选煤技术。

煤中汞一般与灰分、黄铁矿等结合在一起，洗选煤技术可去除大部分硫化铁硫和其他矿物质，同时除去原煤中部分汞。

②现有污染控制装置的除汞性能。

利用现有污染控制设备，对工件进行控制，可提高设备利用率，降低控制成本。

③飞灰再注入。

燃煤过程中产生的一些飞灰可以吸附一部分的气态汞，飞灰对汞的吸附主要通过物理吸附、化学吸附、化学反应以及三者结合的方式。

④喷入活性炭。

在烟气中喷入活性炭是研究最为集中且最为成熟的一种除汞方法。