煤粉高效潔凈燃燒技術(shù)潔凈煤技術(shù)的發(fā)展

在潔凈煤技術(shù)不斷發(fā)展的十幾年內(nèi)，國內(nèi)外均開發(fā)了許多產(chǎn)品和成套技術(shù)。有先進的選煤技術(shù)、水煤漿技術(shù)、煤炭氣化、煤炭液化技術(shù)，有循環(huán)流化床、增壓循環(huán)流化床、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)等技術(shù)，有各種處理水平的煙氣凈化技術(shù)及粉煤灰綜合利用技術(shù)等。綜合考慮我國現(xiàn)狀，煤粉高效潔凈燃燒及煙氣凈化技術(shù)在近期應(yīng)有較廣闊的應(yīng)用空間。

煤粉高效潔凈燃燒及煙氣凈化技術(shù)包括高效燃燒技術(shù)、低NOx燃燒技術(shù)、煙氣脫硫技術(shù)、煙氣脫硝技術(shù)、除塵技術(shù)等?，F(xiàn)簡要介紹如下:

一般而言，煤粉高效燃燒技術(shù)與低NOx燃燒技術(shù)是互為矛盾的兩種技術(shù)。降低NOx生成與排放根本在于控制燃燒區(qū)域的溫度不能太高，但低溫燃燒又影響煤粉的燃燒率，協(xié)調(diào)好這兩項技術(shù)的應(yīng)用使之達到綜合最佳效果是目的，實際上就要求對煤粉燃燒的全過程加以控制。既能夠保證煤粉著火的穩(wěn)定性，又有較低的燃燒溫度，同時有足夠長的并在一定溫度下的燃燒時間保證燃燼。目前世界上較先進的燃燒技術(shù)基本兼顧了這些因素，其中以直流燃燒器為主的有:ABB-CE公司利用一次風(fēng)彎頭的慣性分離作用，在彎頭出口中間設(shè)置有孔隔板，將煤粉氣流分成上濃下淡兩段氣流，形成上下濃淡煤粉燃燒器，并在噴口處裝有軸向距離可調(diào)整的V型鈍體，通過合理組織二次風(fēng)，同時達到了穩(wěn)定、高效、低NOx 排放的燃燒效果;日本三菱重工(MHI)開發(fā)了PM型燃燒器，利用彎頭的離心作用，把一次風(fēng)分成上下濃淡兩股氣流，同時采用煙氣再循環(huán)和爐內(nèi)整體分級燃燒技術(shù)，也達到了較好的效果。

以旋流燃燒器為主的有:FW公司利用旋風(fēng)子使進入主燃燒器的一次風(fēng)濃度增加，并降低一次風(fēng)速以保證煤粉氣流著火穩(wěn)定性，并控制NOx 的生成量;有較多工業(yè)應(yīng)用的還有B&W公司的PAX型旋流煤粉燃燒器、日本IHI公司的寬調(diào)解范圍旋流煤粉燃燒器、德國斯坦米勒公司多級分級供風(fēng)旋流燃燒器等。上述這些工業(yè)產(chǎn)品均能夠保證NOx 排放在400mg/Nm3以下，并具有較高燃燒效率。目前國外正在開發(fā)的低NOx 燃燒技術(shù)可以控制NOx生成量是在200mg/Nm3左右，已達到了比較高的水平。但由于世界上很多先進國家對NOx排放規(guī)定了嚴格的標(biāo)準，僅靠改進和提高燃燒技術(shù)難以達到NOx 控制值，因而有些鍋爐機組在尾部增設(shè)了煙氣脫硝裝置。

我國近年來也開發(fā)了很多型式的低NOx燃燒技術(shù)，具有代表性的是濃淡煤粉燃燒器，包括水平濃淡、上下濃淡直流燃燒器、旋流燃燒器和可控濃淡旋流煤粉燃燒器等。但由于我國存在煤種多變等問題，致使這些技術(shù)在應(yīng)用中遇到了一些問題，包括采用國外類似技術(shù)制造的燃煤機組也遇到了同樣的問題。通過努力，最近針對褐煤鍋爐已開發(fā)并已工業(yè)應(yīng)用了具有一定煤種自適應(yīng)性的低負荷穩(wěn)燃低NOx 排放成套燃燒技術(shù)，可以控制NOx排放量在400mg/Nm3以下，燃燒效率在99%以上，比較先進。

煙氣脫硫、脫硝與除塵是煙氣凈化的三個主要內(nèi)容。在煙氣脫硫方面，濕法脫硫占絕對主導(dǎo)地位，在發(fā)達國家占有市場90%以上。其他為半干法脫硫、爐內(nèi)噴鈣尾部增濕、排煙循環(huán)硫化床法、電子束氨法等脫硫技術(shù)。從發(fā)展看，濕法脫硫仍由于其指標(biāo)高而占主導(dǎo)地位，排煙循環(huán)硫化床脫硫方法也由于其技術(shù)經(jīng)濟的綜合優(yōu)勢而逐步占據(jù)了一些市場并將在發(fā)展中國家逐步得到大量應(yīng)用。對我國而言，對新建機組最好采用濕法脫硫技術(shù)設(shè)備一步到位;對改造機組視煤種含硫量而定，如高硫煤可采用排煙循環(huán)硫化床方法，對低硫煤可采用爐內(nèi)噴鈣配以尾部增濕，尤其是現(xiàn)已存在的大量水膜除塵器可以綜合利用其價值。在煙氣脫硝方面，國外一般采用選擇性還原反應(yīng)裝置，去除煙氣中大部分的氮氧化物，其他方法尚在開發(fā)和研究階段。國內(nèi)由于資金、場地等限制，尚無工業(yè)應(yīng)用先例，而且暫時也無能力完成示范機組建設(shè)。在煙氣除塵方面，由于發(fā)達國家對煙塵排放率和超細顆粒脫塵率的要求持續(xù)升高，許多國家已逐步將電除塵器改為脈沖反吹濾袋式除塵器，這可以澳大利亞、美國等國家為代表。我國近期計劃把大批中型機組的旋風(fēng)除塵器或水膜除塵器替換成電除塵器，指標(biāo)為出口煙塵不超過200mg/Nm3，飄塵則無要求。在擬建的大連臺山增壓循環(huán)硫化床鍋爐上，中方準備采用脈沖反吹式濾袋除塵器，以達到較高性能。

●關(guān)于"十五"期間國家潔凈煤燃燒技術(shù)發(fā)展方向的幾點想法:

關(guān)于脫硫問題。國家應(yīng)制訂一個比較長期的穩(wěn)定政策并強化實施，刺激脫硫技術(shù)設(shè)備規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。并組織力量聯(lián)合對濕法脫硫技術(shù)設(shè)備國產(chǎn)化進行攻關(guān)、對CFB脫硫技術(shù)進行成套化攻關(guān)，以經(jīng)濟手段鼓勵脫硫新技術(shù)新工藝的開發(fā)和工程化示范應(yīng)用。

考慮到國情的限制，在新建機組中大力推廣高效潔凈燃燒技術(shù)的同時，還要對現(xiàn)有機組加大改造力度，尤其對NOx的排放要采取一些強制措施，推進高效潔凈低NOx燃燒技術(shù)的推廣，減輕酸雨的危害。

提高除塵效率的改造要考慮到未來煙氣脫硫后的情況。目前的改造以推廣電氣除塵器為主，如果未來采用非濕法脫硫技術(shù)改造機組，電除塵效率將大受影響。要考慮采用除塵脫硫一體化技術(shù)建立示范工程項目，還應(yīng)嘗試新型濾袋式除塵器的示范應(yīng)用。

把節(jié)能技術(shù)與潔凈煤技術(shù)有機地結(jié)合起來，互相兼顧。研究開發(fā)燃煤聯(lián)合循環(huán)和煤炭轉(zhuǎn)化等高新潔凈煤技術(shù)，為下世紀的大規(guī)模應(yīng)用打好技術(shù)基礎(chǔ)。

大力開展清潔能源的研究工作，太陽能、風(fēng)能等潔凈能源的技術(shù)水平，使其產(chǎn)品達到商業(yè)化水平，并著手開展其推廣應(yīng)用工作。

煤粉低塵燃燒技術(shù)是在液排渣旋風(fēng)燃燒技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。

傳統(tǒng)的液排渣旋風(fēng)燃燒器技術(shù)是使煤屑在一個具有強烈旋轉(zhuǎn)回流流場的圓柱型燃燒室中進行旋風(fēng)燃燒，進入燃燒室的煤粉及灰渣在旋轉(zhuǎn)流場的作用下被燃燒室壁面捕集并附著在壁面熔渣層上進行附壁燃燒，較細小的煤粉則濃集在壁面附近進行懸浮燃燒。這種燃燒器具有非常高的燃燒強度，其容積熱強度可達42×106KJ/m³.h。由于大量灰渣被壁面熔渣層捕集并在高溫下成液態(tài)渣除去，進入爐膛的是比較潔凈的高溫火焰和煙氣。這種燃燒方式保留了煤粉燃燒方式的優(yōu)點，如燃燒連續(xù)穩(wěn)定、易于調(diào)節(jié)、燃燒氣氛可控等，克服了煤粉燃燒火焰含灰量高的缺點。

但是傳統(tǒng)的液排渣旋風(fēng)燃燒器，不論是立式還是臥式的，為了在燃燒室中形成強烈的旋流，其二次風(fēng)均是從燃燒室的側(cè)面切向或割向引入。這種進風(fēng)方式的優(yōu)點一是結(jié)構(gòu)簡單;二是二次風(fēng)具有最大的角動量，能產(chǎn)生最大限度的強旋流。我們通過對其流場的測定發(fā)現(xiàn)，切向進風(fēng)導(dǎo)致燃燒室中旋轉(zhuǎn)回流流場的嚴重畸變，極大地破壞了旋轉(zhuǎn)流場的軸對稱性，回流區(qū)縮小，旋流的回流現(xiàn)象大大減弱，從而縮短了煤粉在燃燒室中的停留時間。由于旋流流場的紊亂，對灰渣的離心分離作用顯著減弱，大量煤粉及灰渣短路逸出燃燒室，使得捕渣率難以提高。更重要的是，由于二次風(fēng)口開在燃燒室側(cè)壁熔渣的流場之中，高速的二次風(fēng)氣流對風(fēng)口處的強烈冷卻作用使熔渣在該處凝結(jié)，造成結(jié)渣，使燃燒不穩(wěn)定，嚴重時還會堵塞風(fēng)口而被迫停爐。為解決風(fēng)口結(jié)渣堵塞問題，一個辦法是將二次風(fēng)預(yù)熱到攝氏一千度以上，如TRW公司的液排渣旋風(fēng)燃燒器就是這么做的。為此必須采用預(yù)燃室結(jié)構(gòu)，從而使燃燒裝置變得很復(fù)雜，難以在一般工業(yè)窯爐上應(yīng)用。

煤粉低塵燃燒器對傳統(tǒng)的液排渣旋風(fēng)燃燒器進行了重大的技術(shù)革新，克服了其固有的缺點，使捕渣率大幅度的提高。其火焰的潔凈度高于水煤漿火焰，可與重油火焰相媲美。此外，這項技術(shù)不需對煤進行特殊加工，煤種適用范圍寬，經(jīng)濟性好。因此，這是一項在工業(yè)窯爐上實現(xiàn)以煤代油以及對老式燃煤工業(yè)窯爐進行改造的極有前途的煤潔凈燃燒技術(shù)。