第九章煤炭燃燒ppt課件

1、第九章煤炭燃燒第九章煤炭燃燒煤炭燃燒是煤中可燃質(zhì)的完全氧化過(guò)程，是發(fā)光發(fā)熱的劇烈化學(xué)反應(yīng)。燃燒放出大量熱，形成高溫?zé)煔夂突以鳛槿紵a(chǎn)物。燃燒常在一定溫度下方可進(jìn)行。常溫下，煤也能被空氣中的氧所氧化，但氧化速度很慢，不形成燃燒。只有當(dāng)溫度達(dá)到煤的燃點(diǎn)后，才能形成穩(wěn)定燃燒。煤炭完全燃燒的充要條件有：(1) 燃料煤）；(2) 充分的氧化劑空氣）；(3) 高溫環(huán)境；(4) 足夠的燃燒時(shí)間；(5) 燃料與氧化劑的良好接觸和混合。第一節(jié)煤炭燃燒過(guò)程第一節(jié)煤炭燃燒過(guò)程一、煤的燃燒過(guò)程：1、揮發(fā)分析出階段燃前或燃燒的準(zhǔn)備階段）煤受熱失水干燥、析出揮發(fā)分。2、燃燒階段，包括揮發(fā)分及焦炭的燃燒。揮發(fā)分析出后，如

2、果爐內(nèi)溫度足夠，且有氧存在，揮發(fā)分即開(kāi)始著火燃燒，形成明亮的火焰。揮發(fā)分的燃燒使焦炭被逐步加熱，揮發(fā)分燃盡后，焦炭劇烈燃燒，所以揮發(fā)分的燃燒又會(huì)促進(jìn)焦炭的燃燒。 3、煤的燃盡階段。隨著燃燒的進(jìn)行，可燃質(zhì)越來(lái)越少，煤中礦物質(zhì)受熱轉(zhuǎn)化的灰分掩蓋了剩余可燃質(zhì)，使其與空氣接觸困難，燃燒速度變慢，燃盡時(shí)間可持續(xù)很長(zhǎng)。褐煤燃燒時(shí)其溫度及質(zhì)量隨時(shí)間的變化情況揮發(fā)分燃燒時(shí)間所需時(shí)間約占燃料燃燒所需時(shí)間的1/10左右；焦炭燃燒時(shí)間約占9/10左右。二、影響煤炭燃燒的基本因素（一燃料燃料組成包括灰分、水分、可燃質(zhì)元素組成等）、燃料性質(zhì)發(fā)熱量、燃料比、粘結(jié)性、灰熔點(diǎn)和粒度等）。鍋爐設(shè)計(jì)主要依據(jù)低位發(fā)熱量；燃料比是指

3、煤中固定碳和揮發(fā)分的比值，以FR表示。（二爐內(nèi)溫度煤溫只有達(dá)到著火點(diǎn)才能燃燒。燃燒過(guò)程中提高爐溫可加速燃燒反應(yīng)，增加煤著火的穩(wěn)定性，減少氣體和固體不完全燃燒損失，強(qiáng)化燃燒過(guò)程。但爐溫太高，對(duì)于固態(tài)排渣爐，爐內(nèi)容易結(jié)渣，影響燃燒。故受煤灰熔點(diǎn)限制，不同燃燒方式的爐溫應(yīng)控制在不同的數(shù)值內(nèi)，一般室燃爐的爐溫在1300以上，層燃爐在11001300范圍內(nèi)，沸騰爐的床溫則以900為宜。三氧化劑空氣量）一定量的煤燃燒需要一定量的空氣?？諝饬坎粔?，會(huì)使有些可燃物得不到氧氣而燃燒不完全。反之，過(guò)量則造成排煙熱損失增加。理論所需空氣量可由化學(xué)計(jì)量法得到。理論上，所供空氣中的氧應(yīng)與煤中可燃質(zhì)按化學(xué)方程式恰好完全反

4、應(yīng)。計(jì)算中取氣體標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，認(rèn)為所有的氣體都與理想氣體一樣。煤中可燃質(zhì)分別按C、H、S進(jìn)行考慮，同時(shí)考慮N不參與燃燒，煤中O的存在使得空氣用量減少。由此計(jì)算理論所需空氣量。（四煤和空氣的混合具備煤和空氣只是燃燒的必要條件，但還不充分。二者必須充分接觸和混合，才能保證煤完全燃燒。層燃爐的缺點(diǎn)是煤和空氣不能充分混合。塊煤在燃燒過(guò)程中，外表面會(huì)形成一定厚度的灰層，阻礙了空氣和內(nèi)層煤可燃質(zhì)的接觸，使煤很難燃燒完全。另一方面，其燃燒產(chǎn)物RO2、CO等一般因結(jié)構(gòu)關(guān)系亦不能及時(shí)離開(kāi)煤表面，這也阻擋周圍空氣與煤繼續(xù)接觸，影響完全燃燒。這是層燃爐固體不完全燃燒熱損失較高的原因。解決這類問(wèn)題的辦法是對(duì)層燃爐加強(qiáng)撥火

5、、提高風(fēng)速，促進(jìn)燃燒產(chǎn)物的分離和煤塊表面灰層的脫落。（五燃燒時(shí)間足夠的燃燒時(shí)間是保證煤燃盡的必要條件之一。任何燃燒均需要有一定的時(shí)間，否則就不能燃燒完全。實(shí)際操作中，足夠的時(shí)間往往是用足夠的燃燒空間來(lái)實(shí)現(xiàn)的。例如煤粉懸 第二節(jié)煤炭燃燒方式第二節(jié)煤炭燃燒方式 根據(jù)煤在燃燒過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，將其燃燒方式分為三種：層狀燃燒、懸浮燃燒和流態(tài)化燃燒 當(dāng)空氣自下而上通過(guò)燃料層時(shí)，如果風(fēng)速不同，會(huì)出現(xiàn)三種不同的床層狀態(tài)：（1固定床；（2流態(tài)化；（3氣力輸送狀態(tài)。一、層狀燃燒層狀燃燒是一種最古老的燃燒方式，特點(diǎn)是煤置于爐排上形成一定厚度的燃料層，燃燒過(guò)程中煤不離開(kāi)燃料層。燃燒所需空氣由爐排下面送入，經(jīng)過(guò)爐排間

6、隙進(jìn)入燃料層和煤發(fā)生反應(yīng)，所產(chǎn)生熱煙氣穿過(guò)燃料層進(jìn)入爐膛。由于煤的顆粒分布不均勻，一定的氣流速度下，總有一小部分細(xì)顆粒被吹到爐膛中，形成懸浮燃燒。由于燃料層中總是儲(chǔ)備有大量熱的正在燃燒的煤顆粒，燃燒的穩(wěn)定性較好，改變通風(fēng)強(qiáng)度可實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的變化調(diào)節(jié)。但通風(fēng)強(qiáng)度會(huì)影響燃燒的穩(wěn)定性。層狀燃燒分類層狀燃燒可根據(jù)燃料與空氣的供應(yīng)方式或爐排與燃料層的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式等進(jìn)行分類。如根據(jù)燃料和空氣供給方式的不同，可分為逆流、順流和交叉式層狀燃燒；按爐排與燃料層相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式可分為固定爐排爐固定火床燃燒）、往復(fù)爐排爐、振動(dòng)爐排爐、鏈條爐移動(dòng)床燃燒）；按新燃料加入位置可分為上飼爐、下飼爐、前飼爐等。圖圖9-4 逆流式層狀

7、燃燒示意圖逆流式層狀燃燒示意圖1-爐門；爐門；2-爐排；爐排；3-燃燒層；燃燒層；4-爐膛；爐膛；5-汽鍋管汽鍋管束；束；6-灰門灰門這種燃燒方式為人工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，一般鍋爐容量在2 t/h以下，屬小型燃煤爐。此外，由于固定床本身燃燒特性所限，燃燒效率低，現(xiàn)逐漸被機(jī)械化操作的層燃方式所代替。圖9-5 鏈條爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1-煤斗；2-煤閘門；3-爐排；4-分區(qū)送風(fēng)倉(cāng)；5-防渣箱；6-看火孔及檢查門；7-除渣板；8-渣斗；9-灰斗交叉燃燒的特點(diǎn)是，燃燒后的高溫?zé)煔獠恢苯油ㄟ^(guò)新燃料層，新燃料層也不直接與燃燒著的熾熱焦炭層相接觸，所以新燃料預(yù)熱著火的熱準(zhǔn)備階段所需熱量主要依靠爐膛中火焰和高溫磚砌物的輻

8、射熱，燃料的加熱和著火是上部先著火燃料表層），然后逐漸向下傳播。由于燃料層隨著爐排向后移動(dòng)，燃料層中燃燒過(guò)程的各個(gè)階段的分界面都是向后傾斜的。層狀燃燒的主要特點(diǎn)：燃燒時(shí)可通過(guò)提高空氣速度來(lái)提高燃燒速度。但流速不宜過(guò)大，否則會(huì)因部分燃料被吹起而破壞料層穩(wěn)定性，影響正常燃燒。在防止煤粉吹飛和不破壞床層穩(wěn)定性的條件下，可盡可能增加通風(fēng)量。燃料煤顆粒大小對(duì)層狀燃燒有很大的影響。煤粒越小，表面積越大，燃燒速度就越快，但煤粒過(guò)小，阻塞通風(fēng)，易被煙氣帶走或從爐篦的縫隙中漏落，造成機(jī)械不完全燃燒損失。因此，適宜的粒度是層狀燃燒的保證與前提。燃燒室燃料容量大，可獲得最大的體積熱強(qiáng)度。熱惰性較大，對(duì)燃料供給和鼓風(fēng)

9、之間的協(xié)調(diào)性不敏感，燃燒過(guò)程較穩(wěn)定。二、懸浮燃燒與層狀燃燒相比，懸浮燃燒的主要特點(diǎn)是不設(shè)爐排，燃料煤粉碎后一般要求平均顆粒直徑小于80m），細(xì)煤粉隨空氣送入爐中，呈懸浮狀態(tài)著火燃燒，如圖9-6所示。由于燃燒反應(yīng)面積大，與空氣混合良好，燃燒迅速，燃燒效率遠(yuǎn)比層燃爐高。因?yàn)槿剂显跔t中停留時(shí)間較短12s），為保證燃盡，常需配置較大的爐膛容積。因懸浮燃燒的燃料是煤粉，亦稱煤粉燃燒。根據(jù)煤粉吹入爐中的方式不同，可分為火炬燃燒和旋風(fēng)燃燒；根據(jù)排渣方式的不同，可分為固態(tài)排渣爐和液態(tài)排渣爐兩種。三、流態(tài)化燃燒流態(tài)化燃燒亦稱沸騰燃燒，是五十年代以來(lái)發(fā)展起來(lái)的介于層燃和懸浮燃燒之間的一種燃燒方式。流態(tài)化燃燒過(guò)程中

10、，料層中大多數(shù)顆粒處于流態(tài)化狀態(tài)。但由于料層內(nèi)顆粒的大小、形狀和密度均不能完全相同，總會(huì)有一部分細(xì)顆粒處于氣力輸送狀態(tài)被吹出流化床。而一些特別大的顆粒尚未達(dá)到流態(tài)化而沉在布風(fēng)板上。另外，實(shí)際料層中的顆粒也非球形，其受氣流的浮升力不一定通過(guò)顆粒的重心，造成顆粒在氣流中翻滾。如一粒扁平煤粒，會(huì)有大、小面積不同的截面，當(dāng)迎流面較大時(shí)，會(huì)被吹得向上升起，迎流面較小時(shí)，則會(huì)下落。因此在一定風(fēng)速下，非球煤粒在床層中就產(chǎn)生劇烈的跳動(dòng)和翻騰，這種情況有利于煤粒與空氣的接觸，使燃燒條件改善。流態(tài)化狀態(tài)下，整個(gè)顆粒層上下翻滾，如同沸騰的液體，故流態(tài)化燃燒又稱沸騰燃燒。圖圖9-7 流態(tài)化燃燒示意圖流態(tài)化燃燒示意圖1

11、-進(jìn)料門；進(jìn)料門；2-溢流口；溢流口；3-風(fēng)室；風(fēng)室；4-布布風(fēng)板；風(fēng)板；5-埋管埋管要保持料層流態(tài)化，關(guān)鍵在于有一個(gè)適當(dāng)?shù)娘L(fēng)量。把布風(fēng)板面積當(dāng)作空氣流通面積計(jì)算出來(lái)的風(fēng)速叫做空截面氣流速度。使料層恰能開(kāi)始沸騰的空截面氣流速度Wmf叫做臨界流化速度；料層顆粒開(kāi)始被氣流帶走的空截面氣流速度Wt稱為極限速度或飛出速度。要使料層達(dá)到流態(tài)化，氣流速度W必須滿足：WmfWWt。流態(tài)化燃燒特點(diǎn) 燃燒穩(wěn)定，煤種適應(yīng)性廣。流態(tài)化燃燒幾乎可以燃燒一切種類的固體燃料。 沸騰床傳熱強(qiáng)烈，可節(jié)省受熱面鋼材，減少鍋爐體積和降低投資。 能夠控制燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的污染物排放，有利于環(huán)境保護(hù)。 沸騰爐渣可綜合利用。四、煤漿燃燒

12、 水煤漿的燃燒過(guò)程，首先是通過(guò)噴嘴將其霧化成細(xì)滴，液滴在高溫爐膛中迅速蒸發(fā)掉水分，然后就象煤粉燃燒那樣，析出揮發(fā)分、著火和焦炭燃燒燃盡。 保證水煤漿穩(wěn)定著火、燃燒及高燃燒效率的首要因素是水煤漿必須具有良好的霧化特性。 霧化不好不僅會(huì)造成燃燒不穩(wěn)定和燃燒損失增加，而且還會(huì)造成爐膛結(jié)渣。因此，水煤漿霧化噴嘴是關(guān)鍵的燃燒設(shè)備。第三節(jié) 煤炭潔凈燃燒與污染物控制技術(shù) 我國(guó)因燃煤產(chǎn)生的大氣污染物占污染物排放總量的比例很大。據(jù)統(tǒng)計(jì)燃煤排放的SO2占其總量的90%，氮氧化物約占67%，CO占71%，煙塵占60%?？梢哉f(shuō)，燃煤是我國(guó)大氣污染的主要來(lái)源。 大氣污染物主要有4大類：顆粒物質(zhì)、硫氧化物主要是二氧化硫）

13、、氮氧化物一氧化氮與二氧化氮及碳氧化物一氧化碳與二氧化碳）。這些污染物煤炭燃燒均可產(chǎn)生。燃煤污染根據(jù)污染物的化學(xué)性質(zhì)及它們存在的大氣環(huán)境狀況，大氣污染可分為還原型和氧化型兩種類型。還原型大氣污染的主要污染物是SO2、CO、煙塵、CO2等。因其在低溫、高濕度的陰天，且風(fēng)速很小，并伴有逆溫存在的情況下，上述污染物擴(kuò)散受阻，易在低空聚積，生成還原性煙霧，故有此名。氧化型大氣污染的主要污染物是CO、NOx和碳?xì)浠衔铮纬傻亩挝廴疚锸浅粞?、醛類等，具有?qiáng)烈的氧化性質(zhì)，故名。這些物質(zhì)對(duì)人眼睛等部位的粘膜能產(chǎn)生強(qiáng)烈刺激。煤炭燃燒造成的污染主要為還原型。污染防治針對(duì)污染的危害種類，減少大氣污染又分兩個(gè)層面

14、：一方面是污染物排放量的絕對(duì)減少，如脫硫、脫氮技術(shù)、煙氣除塵、高效低污染燃燒器等，均是通過(guò)各種方法減少硫氧化物、氮氧化物及粉塵的排放；另一方面則是通過(guò)提高能源利用率，減少燃料使用量，從而達(dá)到減緩或減少污染物排放的目的，如煤的各種先進(jìn)燃燒技術(shù)等。煤炭潔凈燃燒技術(shù) 目前煤炭潔凈燃燒技術(shù)主要包括循環(huán)流化床、增壓流化床和煤氣化聯(lián)合循環(huán)等先進(jìn)的潔凈煤高效、低污染燃燒技術(shù)。循環(huán)流化床燃燒示意圖循環(huán)流化床燃燒示意圖增壓流化床工藝流程示意圖增壓流化床工藝流程示意圖燃燒中污染物排放控制技術(shù) 煤燃燒中硫氧化物的排放控制技術(shù) 利用燃燒過(guò)程中生成的SO2如遇到堿金屬氧化物如CaO、MgO等物質(zhì)時(shí)，會(huì)生成CaSO4、MgSO4而被脫除。最經(jīng)濟(jì)的脫硫方法就是采用石灰石CaCO3作為脫硫劑。燃燒中污染物排放控制技術(shù) 燃燒中氮氧化物的排放控制技術(shù) 煤燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的氮氧化物主要是NO和NO2，這二者通稱為NOx。此外，還有少量的氧化二氮N2O）。 煤燃燒過(guò)程中，生成NOx的途徑主要有三個(gè)：（1熱力型NOx，由空氣中的氮?dú)庠诟邷叵卵趸?；?燃料型NOx，由燃料中含有的氮化合物在燃燒過(guò)程中熱分解后氧化生成；（3快速型NO