燃烧学论文hu7h

燃烧学论文2008级热能与动力工程三班程伟3008201311浅谈清洁燃烧【摘要】随着世界经济的发展，能源与环境问题变得日益突出，我国作为一个发展中国家，经济发展速度较快，这些问题显得尤为突出。随着人们对环境污染的关注的加深，构建一个科学的供能系统迫在眉睫，研究燃料的高效清洁燃烧技术变得刻不容缓。【引言】燃料的高效清洁燃烧技术是指燃料在燃烧的过程中，提高效率，减少污染排放的技术，包括如下两个方面：一是全过程减排污染，重点是除尘、脱硫，减少飞灰、烟尘等的排放。二是提高燃料的利用效率，节约燃料。本文从燃料的性质、燃料的改质、燃烧技术、燃料设计与燃烧控制等几个方面来分析与探讨燃料的高效清洁燃烧技术，并介绍几种能有效提高燃烧效率，减少环境污染的优异技术。一．燃料的性质与改质按燃料的物态可将燃料分为固体燃料、液体燃料和气体燃料，在自然界中可获取的固体燃料主要有木柴、煤、油页岩，液体燃料主要是石油，气体燃料主要是天然气。燃料的性质指燃料的物理性质、化学组成。燃料的改质就是使用特定工艺改变原来燃料的性质。比如石油可精制得到汽油、煤油、柴油、润滑油等产品。粉煤气化技术以其生产成本低、生产规模易大型化、对煤质的适应性较广、对环境的污染较小等特点，近几年在国内迅速发展起来。与水煤浆气化相比，粉煤气化具有较明显的节氧、节煤、有效气成分高等优势。二．燃烧技术采用先进的燃烧技术来开发新型高效、低污染的燃烧装置，可以合理组织炉内的燃烧过程使燃料的更充分地燃烧，并减少污染物的排放。(一)分层燃烧技术目前工业锅炉中链条炉在我国使用较为普遍。该种炉型存在的主要问题是：锅炉给煤方式一般为原煤从高位煤仓经煤斗直接落到炉排上，再由煤闸板调整煤的厚度后进入炉膛，炉排上的煤由于经过煤的自重和煤闸板的挤压，煤层比较密实，透气性差，通风阻力大，造成局部燃烧缺氧，影响了煤的充分燃烧，固体不完全燃烧热损失和排烟热损失较高，锅炉热效率普遍偏低。由流体力学及空气动力学知识可知，颗粒大小不一的煤粒混合时，若理想火床分布，大煤粒在最下面，自下而上煤粒逐渐变小，由于煤面分层间距加大，透风阻力减小，同时较大颗粒的煤块被空气包裹的面积增大，利于燃烧，而较大颗粒在下，又降低了炉排漏煤量。既降低了鼓、引风机风压，又可减少炉排漏煤损失，对燃烧工况大大改善。锅炉分层给煤装置采用机械筛分的方法给煤，锅炉运行时，转筒转动，带动燃煤使其落到筛子上，经筛分，煤按颗粒大小依次落到炉排上，由于炉排运转的时间差，使燃煤在进入炉膛前形成煤粒下大上小，煤粒分布均匀，疏松有序的分层状态。煤粒之问的间隙得以保留，从而减少了通风阻力，增加了炉排中间还原区单位面积的通风量。锅炉燃烧这样的煤层减少了通风阻力，增加了单位面积的通风量，使燃煤能够十分有效地按照阿累尼乌斯定律进行“扩散——动力”燃烧，燃煤着火点提前，氧化反应增强，燃烧速度加快。三．燃料设计与燃烧控制一般来说燃料设计是指通过多种燃料的优化组合结合互溶、互混技术对燃料进行重新配方，从而改变燃料的成分和理化参数，促进缸内混合气的形成并进行燃烧控制，以期在发动机上实现高效率低排放的目的。燃料的沸点、粘度、表面张力、低热容、气化潜热、比热容、饱和蒸气压力、粘度和冷凝点等物理化学性质与混合形成有直接的关系，改变燃料的成分和理化参数，可以促进缸内混合气的形成。例如目前各国学者就通过燃料掺混，改变混合燃料理化特性对HCCI燃烧排放控制方厩做了大量有意义研究日本Kyoto大学的A1iMohammadi研究了臭氧对LPG(液化石油气)的HCCI燃烧的影响。燃烧分析表明了具有高反应活性臭氧通过进气与LPG混合可有效改善LPG的着火性能，同时可提高HCCI燃烧的热效率和燃烧效率，同时有效的降低了CO和未燃HC排放。优异技术1．循环流化床清洁燃烧技术随着经济的发展，环境质量标准的不断提高，环境压力的增大，国内对各种煤洁净燃烧技术的需求进一步增长，洁净、高效地开发利用丰富的煤炭资源成为增强能源保障能力和保护生态环境的必然选择。而循环流化床燃烧技术基本成熟，制造和运行成本都比较低，在保证高效燃烧的基础上能显著降低废弃物排放，可以满足目前世界上最严格的环境标准。所以，循环流化床锅炉是我国现阶段最切实可行的技术选择。在循环流化床锅炉燃烧过程中，加石灰石等吸收剂SO2同定在稳定的CaSO4之中，是一种直接而廉价的降低SO2排放措施，而降低氮氧化物的基本构想则是通过还原或分解最终使NO和N2O转变为稳定的N2。由于SO2、NO和N2O都是对环境有明显危害的污染气体,单独降低其中某一组分都不是最终目的，更何况在燃料硫和燃料氮的反应系统之内存在着如此密切的联系和相互影响。因此人们逐步认识到，必须同时降低循环流化床的氮、硫氧化物及其他有害气体的排放。显然，脱硫时所加的石灰石对脱除HCI、HF等卤化物同样有效，并且脱除效率与Ca／(CI+F)摩尔比的关系十分类似于脱硫的情形，因此，当煤中含卤素较高时，在计算吸收剂投入量时也应该予以考虑。但这种连带的正面效果在燃料氮、硫两个反应系统之间却几乎不存在，恰恰相反，降低SO2的措施往往会导致NOX的措施会造成N2O的排放增加。这就要求我们从整体考虑,如何从优化设计和运行的角度考虑同时降低SO2和NOX的排放。在运行中尽量提高悬浮段的颗粒浓度和混合扰动无论对脱硫还是脱NO的多相还原都十分有利。悬浮段对NO的分解而言是一个可以利用的场所，而同时不致使NO有实质性的增加。另外在分离器区域，由于气固扰动强烈，这对降低氮氧化物和CO浓度都十分有利。注氨和不含氮的可燃气体可以同时降低N2O和NO排放，且CO也不会有可观的增加。一般地,注氨温度控制在810~(2左右,注尿素时则在890~C左右，并注意注入处氧浓度不宜过高。总之，只要重视炉内的各个功能区域,合理地采取控制措施，是可以达到同时降低各种污染气体排放目的。2．烟气脱硫技术前我国煤炭一年的产量和消费量高达12亿吨，二氧化硫的年排放量为2000多万吨，是世界上二氧化硫排放量最大国。预计到2010年,我国的煤炭消费量将达到18亿吨，如果不采取控制措施，二氧化硫的排放量将会达到3300万吨。按照脱硫专家的估算，每削减1万吨二氧化硫的费用大约在1亿元左右，那么到2010年，我们要保持现在的二氧化硫排放量，也要投资近千亿元，如果要进一步降低排放，投资将更大。控制二氧化硫排放量，既需要国家建设的合理规划，更需要适合我国国情、有针对性和较强应用前景的核心技术。前我国大型锅炉的二氧化硫污染控制技术都是从国外引进的，还没有形成具有自主知识产权的大型锅炉二氧化硫污染控制技术。清华大学热能工程系早在1985年就开始研究烟气脱硫，并且致力于发展具有自主知识产权的脱硫技术，煤清洁燃烧技术国家重点实验室、煤清洁燃烧技术国家工程研究中心也同时承担着很多有关烟气脱硫方面的国家重大项目，如973国家重点基础研究发展规划项目“燃煤污染控制的基础研究”，国家火炬计划项目“液柱喷射烟气脱硫系统”等，目前，清华大学已拥有烟气脱硫专利8项，也培养和锻炼了一批专业技术人员。清华同方和清华大学热能工程系、煤清洁燃烧技术国家重点实验室、煤清洁燃烧技术国家工程研究中心一起组建了清华同方能源环境公司，致力于具有自主知识产权的烟气脱硫技术产业化，形成民族的环保产业。目前利用液柱喷射烟气脱硫技术和干式循环流化床烟气脱硫技术已经完成了三个烟气脱硫工程，正在实施一个烟气湿法脱硫工程。（一）液柱喷射烟气脱硫技术柱喷射烟气脱硫技术是在清华大学多年研究的基础上开发出来的。烟气从脱硫反应塔的下部进入反应塔，在反应塔内上升的过程中与脱硫剂循环液相接触，烟气中的SO2与脱硫剂发生反应，将SO2除去，然后经过高效除雾器，除去烟气中的液滴和细小浆滴，从脱硫反应塔排出进入气气交换器或进入烟囱。脱硫剂循环液由布置在烟气入口下面的喷嘴向上喷射，液柱在达到最高点后散开并下落。在浆液喷上落下的过程中，形成高效率的气液接触，从而促进了烟气中SO2的去除。另一方面，烟气在反应塔内上升的过程中，与由上到下的脱硫剂循环浆液充分接触，可以洗去部分细颗粒灰尘；烟气在经过除雾器时不仅能除去雾滴，同时能除去部分细灰。这样可以进一步提高系统除尘效率。该项脱硫技术由于采用了液柱喷射的方法进行脱硫，避免了脱硫反应塔内尤其是喷嘴部位的结垢和堵塞问题，同时由于大量循环浆液和水膜的存在，能使整个系统的除尘效率大大提高。液柱喷射烟气脱硫技术特点柱喷射烟气脱硫技术具有如下特点：（1）气液传质交换充分，脱硫效率高。在脱硫反应区域，液柱向上喷射，同时散开回落，整个反应区域内布满了脱硫循环浆液，脱硫剂浆液呈滴状或膜状，浆液与浆液之间不断碰撞，产生新的表面积。烟气经过此区域时，和循环浆液充分接触，将烟气中的SO2除去。同时，由于液柱是根据烟气在脱硫反应塔内的流场而布置的，使得烟气能够最充分地和脱硫剂浆液发生反应，从而保证高脱硫效率。（2）脱硫反应塔内不产生结垢和堵塞。由于采用的是液柱喷射烟气脱硫方法，脱硫反应区域内是空塔，这样使得在脱硫反应塔内避免了结垢或堵塞。同时，由于喷嘴的特殊设计，采用液柱喷射的方法，使得喷嘴处比喷雾塔和喷淋塔产生堵塞和结垢的可能性要小得多。（3）脱硫后烟气的高效除雾。虽然采用液柱塔比采用喷淋塔或喷雾塔烟气中携带的含水量少，但烟气在脱硫过程中，由于和脱硫剂浆液充分接触，从而使得烟气中携带有一定的浆滴，在液柱喷射烟气脱硫技术中采用两级高效除雾器对烟气进行除雾，从而使得烟气经过脱硫后排放时几乎不含液滴，防止了后面的引风机或烟囱或气气交换器产生积水或结垢。（4）脱硫产物为石膏，不产生二次污染。硫反应区域脱硫剂吸收SO2的过程中，首先形成SO32—或HSO3—，若不加以充分氧化，则脱硫产物为CaSO3•1/2H2O，容易分解并造成二次污染。在循环氧化区域，SO32—或HSO3—经过充分氧化后，形成最终稳定的脱硫产物－CaSO4•2H2O，避免产生二次污染。而且经过进一步开发，脱硫石膏已经证明可以很好地进行再生利用，如在盐碱地改造以及作为混凝土缓凝剂等方面。（5）脱硫剂利用率高脱硫剂浆液的循环利用和工艺参数的优化选择，使得脱硫剂的利用率较高，从而降低运行成本。3．垃圾焚烧技术城市生活垃圾是人类活动的伴随产物。随着城市人口增加和城市生活水平的提高，城市生活垃圾产量日益增长。日益增加的城市生活垃圾严重污染人类生活环境。如何实现城市生活垃圾无害化、减容化和资源化的“三化”处理已成为全世界关注的焦点。在常见的垃圾处理方法中，垃圾焚烧由于处理垃圾的无害化彻底，减容化程度深以及可能源化利用等优点而成为当今城市生活垃圾处理的主流。但是，垃圾焚烧容易产生二次污染，特别是产生的二恶英类剧毒物质对环境造成很大的危害，如何有效控制垃圾焚烧二恶英类物质的产生与扩散成为目前研究热点。解决垃圾焚烧二恶英污染问题直接关系到垃圾焚烧技术能否得到进一步推广应用。全面控制垃圾焚烧二恶英产生与扩散技术是由清华大学与清华同方股份有限公司共同开发，具有国际先进水平同时又适合我国国情的城市生活垃圾能源化利用及其二次污染防治专利技术。该技术目前正应用于许昌市垃圾焚烧发电工程项目。该技术的主体包括三个部分，即燃前垃圾预处理系统、等压组合式循环流化床焚烧系统和半干式循环流化床尾气净化系统。（一）燃前垃圾预处理系统燃前垃圾预处理主要采用人工与机械相结合的方法，实现垃圾分选。垃圾分选主要分选出垃圾中可回收再利用的组分如金属、玻璃、硬塑料（聚氯乙烯）等回收利用，同时将不宜入炉焚烧的组分如尘土、砖头、瓦块、石头等分选出来单独填埋或作建筑材料，也可将垃圾中有机生物质分选出来作堆肥原料。总之，通过预处理可有效实现垃圾组分的综合利用，同时提高锅炉燃烧效率和运行稳定性，更重要的是预处理去除原生垃圾中的聚氯乙烯和金属，有利于从源头上减少垃圾焚烧二恶英生成的氯的来源和催化剂来源。（二）等压组合式循环流化床垃圾燃烧炉圾焚烧采用等压组合式循环流化床垃圾焚烧炉实现预处理后垃圾先低温热解气化后再高温燃尽热解气体。等压组合式循环流化床由一个主床和两个副床组成，垃圾首先进入副床进行低温热解气化，热解温度