煤粉高效洁净燃烧技术

煤粉高效洁净燃烧技术

近年来，随着各国政府对环保工作的日益重视，全世界范围内都兴起了治理污染、保护环境的运动。新的环保技术及产品不断涌现，同时也不断地产生新的难题。煤粉燃烧在污染排放中占重要地位，也是历来治理污染的重点和难点。许多国家在治理环境污染活动中一直把它作为中心任务，也取得了比较明显的效果。据预测，2000～2010年我国煤炭在一次能源需求中的比重仍为70%左右，2050年可降至50%以下，但煤炭消费的绝对量还是大大增加了。因此，对我国政府而言，控制环境保护总体指标，首先必须控制燃煤造成的污染，其出路无非在于大力发展以煤炭高效洁净利用为宗旨的洁净煤技术。

在洁净煤技术不断发展的十几年内，国内外均开发了许多产品和成套技术。有先进的选煤技术、水煤浆技术、煤炭气化、煤炭液化技术，有循环流化床、增压循环流化床、整体煤气化联合循环等技术，有各种处理水平的烟气净化技术及粉煤灰综合利用技术等。综合考虑我国现状，煤粉高效洁净燃烧及烟气净化技术在近期应有较广阔的应用空间。

●煤粉高效洁净燃烧技术及烟气净化技术现状

煤粉高效洁净燃烧及烟气净化技术包括高效燃烧技术、低NOx燃烧技术、烟气脱硫技术、烟气脱硝技术、除尘技术等。现简要介绍如下：一般而言，煤粉高效燃烧技术与低NOx燃烧技术是互为矛盾的两种技术。降低NOx生成与排放根本在于控制燃烧区域的温度不能太高，但低温燃烧又影响煤粉的燃烧率，协调好这两项技术的应用使之达到综合最佳效果是目的，实际上就要求对煤粉燃烧的全过程加以控制。既能够保证煤粉着火的稳定性，又有较低的燃烧温度，同时有足够长的并在一定温度下的燃烧时间保证燃烬。目前世界上较先进的燃烧技术基本兼顾了这些因素，其中以直流燃烧器为主的有：ABB-CE公司利用一次风弯头的惯性分离作用，在弯头出口中间设置有孔隔板，将煤粉气流分成上浓下淡两段气流，形成上下浓淡煤粉燃烧器，并在喷口处装有轴向距离可调整的V型钝体，通过合理组织二次风，同时达到了稳定、高效、低NOx排放的燃烧效果；三菱重工（MHI）开发了PM型燃烧器，利用弯头的离心作用，把一次风分成上下浓淡两股气流，同时采用烟气再循环和炉内整体分级燃烧技术，也达到了较好的效果。

以旋流燃烧器为主的有：FW公司利用旋风子使进入主燃烧器的一次风浓度增加，并降低一次风速以保证煤粉气流着火稳定性，并控制NOx的生成量；有较多工业应用的还有B&W公司的PAX型旋流煤粉燃烧器、日本IHI公司的宽调解范围旋流煤粉燃烧器、德国斯坦米勒公司多级分级供风旋流燃烧器等。上述这些工业产品均能够保证NOx排放在400mg/Nm3以下，

并具有较高燃烧效率。目前国外正在开发的低NOx燃烧技术可以控制NOx 生成量是在200mg/Nm3左右，已达到了比较高的水平。但由于世界上很多先进国家对NOx排放规定了严格的标准，仅靠改进和提高燃烧技术难以达到NOx控制值，因而有些锅炉机组在尾部增设了烟气脱硝装置。

我国近年来也开发了很多型式的低NOx燃烧技术，具有代表性的是浓淡煤粉燃烧器，包括水平浓淡、上下浓淡直流燃烧器、旋流燃烧器和可控浓淡旋流煤粉燃烧器等。但由于我国存在煤种多变等问题，致使这些技术在应用中遇到了一些问题，包括采用国外类似技术制造的燃煤机组也遇到了同样的问题。通过努力，最近针对褐煤锅炉已开发并已工业应用了具有一定煤种自适应性的低负荷稳燃低NOx排放成套燃烧技术，可以控制NOx 排放量在400mg/Nm3以下，燃烧效率在99%以上，比较先进。

烟气脱硫、脱硝与除尘是烟气净化的三个主要内容。在烟气脱硫方面，湿法脱硫占绝对主导地位，在发达国家占有市场90%以上。其他为半干法脱硫、炉内喷钙尾部增湿、排烟循环硫化床法、电子束氨法等脱硫技术。从发展看，湿法脱硫仍由于其指标高而占主导地位，排烟循环硫化床脱硫方法也由于其技术经济的综合优势而逐步占据了一些市场并将在发展中国家逐步得到大量应用。对我国而言，对新建机组最好采用湿法脱硫技术设备一步到位；对改造机组视煤种含硫量而定，如高硫煤可采用排烟循环硫化床方法，对低硫煤可采用炉内喷钙配以尾部增湿，尤其是现已存在的大量水膜除尘器可以综合利用其价值。在烟气脱硝方面，国外一般采用选择性还原反应装置，去除烟气中大部分的氮氧化物，其他方法尚在开发和研究阶段。国内由于资金、场地等限制，尚无工业应用先例，而且暂时也无能力完成示范机组建设。在烟气除尘方面，由于发达国家对烟尘排放率和超细颗粒脱尘率的要求持续升高，许多国家已逐步将电除尘器改为脉冲反吹滤袋式除尘器，这可以澳大利亚、美国等国家为代表。我国近期计划把大批中型机组的旋风除尘器或水膜除尘器替换成电除尘器，指标为出口烟尘不超过200mg/Nm3，飘尘则无要求。在拟建的大连台山增压循环硫化床锅炉上，中方准备采用脉冲反吹式滤袋除尘器，以达到较高性能。

●国家电站燃烧工程技术中心“八五”、“九五”期间科研工作情况和成果应用情况

一、研究设施情况介绍

无论机理研究还是中试规模试验均可分为三部分：空气动力特性试验、气固两相流特性试验和煤燃烧特性试验，因此，中心分别建设了三个试验大厅以满足三种试验的不同要求。

空气动力特性试验大厅共800m²，供风母管制，总风量为5000 0Nm³/h,分四个区域：单只燃烧器流动特性研究区、炉内流动特性区、优化结构节能降阻区、测量装置与风门检测和其他产品技术开发区。测试仪器有丹迪三维热线系统，PIV系统和其他常规仪器仪表。目前已完成了3

0多台架试验室研究工作并多在现场应用中取得了比较好的效果。此外，还有其他的配套机理研究试验台架和流场计算软件等。

气固两相流试验大厅500m²，也是供风母管制，总风量为3500 0Nm³/h，压头10000Pa，供粉量可达200kg/h，粉为碳化硅或煤粉及电厂飞灰三种。可进行浓淡燃烧器开发、旋风分离及除尘器改进和电除尘、滤袋除尘器研究以及脱硫塔流动特性研究，也可进行磨损试验研究等。此外还有独立的煤粉均分器试验台、自动可调叶栅百叶窗煤粉分配器试验台及其它机理试验台。测试仪器有激光全息照相系统、片光源拍摄系统、库尔特粒度仪、光纤浓度分析系统、流场图形再现分析系统及及其它浓度和流场的常规测试系统。

●煤燃烧特性试验大厅700m²，可分为三大部分。

第一大部分为引进加拿大安大略省电力公司燃煤燃烧中试试验系统装置（CRF）。每小时燃煤量为20kg,热功率为0.2MW。该装置分原煤干燥系统、原煤粉碎系统、制粉系统、燃烧系统、一二次风系统、烟气处理系统、炉内喷钙系统、烟气除尘系统、烟气成分测试系统和控制系统等。测试系统与控制系统采用罗斯蒙特烟气在线分析系统和其它流量、温度、压力传感器，全部输入计算机并由计算机对所有变量进行在线动态调整，以满足试验条件和要求。该装置可全面准确地模拟原煤干燥、粉碎、制粉、输粉、燃烧、烟气处理的全过程，可重点进行运行参数、燃料品质对燃烧的稳定性、燃烬程度、沉积物的形成、污染物的形成、粒子的排放和收集的影响程度的评估与研究，并可在此过程中开发新的低NOx燃烧技术、炉内喷钙技术和其它烟气处理技术。这套装置自动化程度高，控制、测试仪器水平高，试验重复率好，可进行较为广泛的技术开发与研究，是国际上较为先进的煤燃烧试验装置之一。目前，中心对这套试验装置又进行了一些改造，重建了燃烧系统、增加了燃烧功率至0.3MW，增加了烟气尾部增湿活化装置、增加了悬浮法烟气脱硫装置，并正在开展新的研究。

第二大部分是与荷兰能源基金会（ECN）合建的常压夹带流气化和燃烧模拟装置（AEFGC）。它装有一个整体、预混合和多级平火焰煤气燃烧器，每小时燃煤量为5g左右，通过在不同级段提供不同的混合气粉，模拟颗粒在实际过程中经历的初始加热率、预混合和气态环境，是近似单颗粒机理研究的基础设施。同它配备的有气体分析系统、供粉系统、测试系统和其它先进的控制系统。

第三部分是基础研究设施，包括热重/差热同步分析实验室、燃料元素快速分析及燃料其它特性分析实验室。可进行燃煤着火特性、燃烬率、燃烧反应动力学以及脱硫的机理性试验研究和分析。

除这些物理研究之外，中心还配置了一些专门人员进行流动、扩散和燃烧的数值模拟研究工作，并从德国引进了一套包括NOx生成预测的数值模拟软件，取得了一定的成果。