29MW循环流化床锅炉燃烧技术研制与推广报告

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1、word29MW循环流化床锅炉燃烧技术研制与推广应用总结报告一、前言1990年前，中原油田基地所有单位的供热采用的是小容量锅炉的分散供热方式，使用的燃料绝大局部为原油、渣油或天然气，该供热方式存在本钱高、浪费大等重大缺点，为解决上述问题，降低生产本钱，最大限度地保护油气资源，90年在总部基地建成投产了两台29MW燃煤链条式热水锅炉，但由于链条式锅炉效率偏低，加之本地煤种不适应于链条炉的燃烧，至使锅炉热效率经常在50%左右，造成了能源的大量浪费。而煤的循环流化床燃烧，是国家“七五计划引进“八五计划攻关的一种新型燃烧技术，是对传统的层燃炉和煤粉炉的一个重大革新，它具有：燃烧效率高、炉渣综合利用率高

2、、负荷调节性能好、NOx排放低、能在燃烧过程中方便和廉价地进展脱硫、以与体积小等优点，此外，该种燃烧方式可适用于任何煤种，是其它燃烧方式无法与其比拟的。为此，中原油田与某某锅炉厂、中科院工程热物理研究所以与中原油田三家共同合作研制和开发了29MW循环流化床热水锅炉，填补了国内空白，特别是中原油田供热管理处技术人员在实施过程中对锅炉的不合理部位进展了二十多项改良，对设备选择与工艺上存在的三十多项不合理之处进展了修改。该锅炉于93年在总部基地建成投产，94年通过了国家鉴定并投入批量生产，相继于95年油田清丰基地又投产两台，经论证，又决定98年在供热基地调整工程中决定应用该项技术，规划拟建5台29M

3、W循环流化床热水锅炉，现正在实施中的有两2台，这两台将在99年冬投产，99年末全局共采用六台此类型锅炉，可供热面积270万平方米，该技术的应用，产生了可观的经济效益和社会效益，根据计算，每年可为油田直接节约资金万元,并最大限度地保护了油气资源,其产生的间接效益也是巨大的。二、问题的提出与对策随着国民经济的迅速开展，人民生活水平的大幅度提高，能源消耗也随之增加，中国同世界其它国家一样出现了能源短缺现象，解决这一问题的根本出路在于开源节流。作为耗能大户，如何提高能源的利用率，节约能源是我们技术人员的一项重大课题。90年以前，中原油田基地供热完全是各单位自成体系的燃油、燃气小型锅炉分散供热，仅基地北

4、区就有小型锅炉房十五座，16t/h小型锅炉64台，共230蒸吨。供热面积近104104m2，每个采暖期消耗天然气4000104m3左右。随着某某大化和某某、某某、某某、仓州等周围城市工业和生活用气的增加，油田天然气出现了供不应求的现象，为此有许多燃气锅炉陆续改为燃油锅炉。并在90年冬基地北区第一座集中供热的两台29MW燃煤链条锅炉投产。因该链条炉设计选用的燃料为类燃煤，而实际用煤为某某贫煤，致使该锅炉第一年投产热效率和出力极低，经测试，分别在42%和54%，燃过的炉渣含碳量较高，燃料浪费严重；当时油田基地北区每个采暖期燃煤约为20000吨，燃用渣油或原油近2200吨。由于渣油价格约为煤价格的八

5、倍，而热值仅为煤的两倍，其燃油综合本钱约为燃煤的4倍，经济效益极差。为了适应运输距离较近、价格廉价的本地某某贫煤，以与燃煤比燃油经济效益好的特点和节约油资源，91年供热管理处有关技术人员就开始对、某某、某某、某某、某某等锅炉制造厂和明水、赵县等用户进展了调查论证，报局领导批准后采用了新开发的高效、节能、低污染和对煤种适应能力强的循环流化床热水锅炉。该锅炉房设在基地北区，从92年初开始设计、93年底建成投产，投产后取得了巨大的经济效益和社会效益，鉴于以上情况，95年在清丰基地又采用了两台29MW循环流化床热水锅炉，使该技术的应用又得到了推广。三、循环流化床锅炉燃烧技术介绍循环流化床技术最早始于德

6、国的winkler煤气发生炉1922年，二次大战期间，在美国成功的开发了流化床催化裂化装置，以生产航空汽油，在六、七十年代，开展了鼓泡流化床燃烧技术，但由于其燃烧性能、脱硫性能和大型化方面的限制，逐渐被循环流化床燃烧技术所代替，早在七十年代初，西德人Lurigi首先开展了用于三氢氧铝焙烧的循环流化床工艺，1979年芬兰20t/h循环流化床锅炉投入运行，很快西德人Lurigi 的120t/h循环流化床锅炉1982、美国Ahlstrom公司开发的第一台25t/h循环流化床锅炉1981相继投入试运， 1988年 Ahlstrom在美国 Colcrado ute 发电站的420t/h锅炉顺利运转,19

7、90年 Lurgi/CE的499t/h锅炉投运。循环流化床锅炉的燃烧系统,其关键的环节是一个流态化燃烧室,其后的物料别离收集器,以与将收集的物料返回燃烧室循环的返料器，所构成的物料循环燃烧系统、锅炉的水冷系统、过热器尾部受热面侧与一般的锅炉类同，目前国际上已出现有多种型号的循环流化床锅炉的炉型，如附录一和附录二概貌图所示：就目前开发的循环流化床锅炉的结构形式看，好象各式各样，但就构成循环流化床锅炉燃烧的根本环节和工作过程的组织原理来说，如此根本都是一样的，仅是具体结构和安置位置有所不同，燃煤和空气进入一个流态化燃烧室，发生掺混和点火燃烧，夹带有大量细颗粒物料的烟气进入后部一个别离器，被别离收集

8、的物料通过一个返料器被送回主燃烧室循环再燃，为使燃烧过程在炉膛内维持在850900X围内工作，需要把约50%的燃烧释热由冷却受热面传给锅炉汽水系统，对于典型的Ahlstrom、Lurgi和 Battelle的循环流化床锅炉而言，它们都采用了紧接燃烧室的旋风别离器作为细物料的别离收集装置，所不同的仅是Ahlstrom只将受热面布置在燃烧室内炉膛上部，而 Battelle只将受热面放在外部返料热交换器内，而 Lurigi如此二者皆设。当然，为了发挥各自的特点，所采用的流化速度和具体结构是有所不同的，在Babcock的Circofluid内主要不同是将旋风别离器放到后部中温别离和采用炉膛塔式布置。在

9、Studsvik的系统内，他们用一系列槽形惯性别离器来代替Ahlstrom的旋风别离器和实现一定程度的可控返料而已，当然，各个制造厂都集中发挥了他们的经验和努力，使各自的系统转化为可供实用的循环流化床锅炉设备。循环流化床燃烧这一新型的燃烧技术，一方面它已开展成可供实用、有竞争力的新型动力设备，另一方面它又尚处在不断完善和成熟的过程之中，有关其工作过程的认识还是相当不充分的，实际运行操作的经验仍是很缺乏的，所以每开发一种新炉型，从开始调试到转入正常运行，常常都经历一段修整完善的过程，到目前为止，以Pyroflow和Lurigi 这两种炉型应用最多，Lurigi 比Pyroflow更适于200t/

10、h以上大型电站锅炉，但是他们的高温别离收集器存在体积大、笨重、投资高、启动时间长等缺点，近年如附录二所示出现了一些新结构炉型。在这种循环流化床系统内，由于物料的热容量大和强烈的掺混，各类燃料都能得到稳定的着火燃烧，再由于夹带物料的反复循环再燃，所以其燃烧效率高，可达9899%，由于采用850附近的低温燃烧可以借助加石灰石进展脱硫，视石灰石的反响性能和燃煤中的起始含硫量，可实现近90%的脱硫，其Ca/s=1.52。由于低温燃烧和空气的分级供给，其中NOx 的排放量可以达200ppm以下，其负荷调整X围可达到1:3到1:4。我国自1964年以来，在燃用劣质煤和鼓泡流化床锅炉方面有相当开展，在循环流

11、化床锅炉的研究和开发方面。虽然起步较迟，但近年也在迅速开展，取得了一定的成绩。中国科学院工程热物理所在1984年建起了循环流化床燃烧装置，顺利进展了试验和运转，其炉型根本上是依照Pyroflow的炉型，但使用了在炉膛上部设置曲径燃烬结构，随后与某某锅炉厂协作，开发10t/h循环流化床锅炉，1988年通过产品鉴定并投入生产。这是我国第一台循环流化床锅炉，其炉型根本上亦是仿照芬兰的，但结构上采用紧凑整体式，“八五期间，中科院还承当了35t/h循环流化床蒸汽锅炉的国家攻关任务，为了减轻循环物料的粉化和高温旋风别离器内的磨损以与提高燃烬率，35t/h循环流化床蒸汽锅炉采用了高温一级惯性别离，第二级旋风

12、别离的分级循环流化床燃烧系统，该锅炉1989年通过技术鉴定，在某某明水热电厂投入试运行。目前国内其它单位如清华大学的675t/h循环流化床锅炉，亦在运转。其炉型有采用平面流高温别离器和顶置卧式旋风筒的，其它如某某大学、某某成套所、哈工大、华中理工大学、某某工学院、某某交大、东北电力学院、某某热工所等都亦在这方面开展工作，取得了不少进步。总之，流化床燃烧技术，虽然存在许多不尽完善之处，但由于其燃烧效率高，脱硫性能好、负荷调节X围宽和易于实现大型化，极有开展潜力，是一种高效、低污染的燃煤新技术，大有在今后开展成主力燃煤技术之势，鉴于此，供热工程技术人员高瞻远瞩，看到了该技术的应用可为油田节约大量的

13、资金，能有效地保护油气资源。于是在局领导的支持下，大胆地与中科院热物理所、某某锅炉厂联合研制开发了29MW循环流化床热水锅炉,在当时国内没有如此大容量的热水锅炉,该种炉型的开发成功,填补了国内的空白，为流化床热水锅炉的开展做出了不可磨灭的贡献，现将该锅炉的根本状况做一简单的介绍：1、29MW循环流化床热水锅炉技术参数表：29循环流化床锅炉技术参数表名称单位参数额定供热量MW29额定出水压力Mpa额定出水温度150额定给水温度90排烟温度190锅炉效率%170设计煤种贫煤受热面积炉膛m2162省煤器m2空气预热器m2764布风板面积m2运行层平台标高m锅筒中心标高m20出水管直径mm325回水管

14、直径mm325最大件重量t锅炉体积长宽mm2、29MW流化床热水锅炉的技术特点：某某锅炉集团生产制造的29MW循环流化床热水锅炉，该锅炉主要有以下优点：(1)燃料适应X围广与层燃炉相比，其使用煤种的适应X围较广泛，包括高灰份、高水份、低热值、低发挥份煤。(2)廉价脱硫燃用高硫煤时，因为燃烧温度可控制在CaO与烟气中SO2反响生成CaSO4的最优反响温度，因此只需向炉膛添加石灰石即可完成烟气的脱硫过程。同时，由于脱硫剂在循环回路中有足够的停留空间，并与烟气中的SO2的充分反响，因此使循环流化床锅炉在较低的摩尔比下就可满足环保排放要求，与其它脱硫方式相比，不但减少了设备投资和运行费用，而且操作简单

15、易行。(3)控制排放循环流化床锅炉燃烧温度低与分级送风可以降低燃烧过程中NOx的生成量，能满足排放要求。(4)高效率燃烧循环流化床燃烧室内气固间高滑移速度导致固体颗粒在床内横向、纵向混合良好，通过两级返料循环，燃料在炉内有很长的停留时间，因此循环流化床燃烧有很高的碳燃烬率。(5)消除熔渣影响循环流化床燃烧室内的温度在850900之间，低温燃烧不产生熔渣，降低了碱性盐的挥发，因而减少了锅炉的腐蚀和对流受热面的沾污。(6)负荷调节X围比拟大该型循环流化床锅炉在3040%负荷时，不加辅助燃料也可稳定燃烧，负荷调节能力较大；锅炉不仅能稳定地在100%的负荷下运行，而且有110%超负荷能力。3、29MW

16、循环流化床锅炉结构简介该型锅炉采用“布置的单锅筒横置形式，参见附录三型锅炉总图，流化床为无水冷壁干床式结构。炉膛带有45切角膜式壁矩形布置形式，水冷壁四周布置有刚性梁，以确保锅炉运行时水冷壁平面的刚性。炉体采用悬挂结构，敷管炉墙，由于采用了全膜式壁水冷炉膛，因此在流化床内不再设置埋管受热面。炉膛出口处布置有烟气导流板，烟气经导流后，进入第一级百叶窗别离器，被收集的物料进入炉膛后部膜式壁组成的水冷贮料斗，并在此处降温后，由一级返料口返回炉膛，循环燃烧。烟气经第一级百叶窗别离后，再进入自然循环对流受热面，经对流放热后，烟气全部进入外置式旋风别离器，再一次将收集下的细料经二级返料口返回炉膛继续燃烧。

17、完成两级别离后的烟气经省煤器、空气预热器进入尾部烟道。冷空气分别由一、二次风机送入空气预热器。一次风预热后，送入流化床下部风室；二次风预热后，进入流化床上部。二次风采用切圆布置，二次风量接近于总风量的45%。四、项目的实施、管理措施与方法目标明确以后，为了确保此项目的顺利实施，达到预期的技术要求和经济效益指标，使设备运行在良好的状态，发挥最大的效能。我们进展了项目的前期论证和参观学习，施工过程中由有丰富现场经验的工程技术人员作为现场代表，层层把关，严格施工质量标准，项目施工完毕后，由专业技术人员进展统一验收把关，对不合格之处坚决进展整改，直至合格方可投入运行，并在运行初期对锅炉的各项运行参数进

18、展了测试并取得了改良经验。1、参观学习、人员培训与在该项目实施过程中我们的业绩在项目实施前，我们派技术人员对类似的炉型进展了实地考察，并参加了中科院在某某赵县举办学习班，通过对明水热电厂、赵县热电厂、滑县热电厂的考察和学习班的学习，我们认识到循环流化床锅炉燃烧技术是一种新的、有广阔推广前景的技术，但同时也存在着严重的问题，一是燃烧室易结焦；二是，旋风别离器易结焦，造成返料中止；三是，旋风别离器顶部与两侧耐火材料易磨损、坍塌；四是，流化床围燃带局部耐火砼易脱落；五是流化床顶部耐火砼难以施工且极易脱落；六是，个别受热面磨损严重，在短时间内便磨穿漏水。这些缺陷直接影响锅炉的正常运行，所以当时锅炉连续

19、运行最短的只有六天，最长的也不足一个月，我们针对存在的这些问题，同中科院、某某锅炉厂进展了认真的研究，从锅炉结构与施工工艺、材料上都做了极大的改良和提高，从而减少了锅炉运行的事故，保证了锅炉长期连续运行。如：一是一次返料结焦问题:通过技术改良,采用低温方式防止了一次返料结焦所造成的锅炉停炉；二是耐火材料抗裂、耐磨问题，如果材料选择不当或施工方法不合理，运行不足两月就会出现脱落和磨穿，我们选用了钢纤维增强浇筑料，同时严格检验产品质量和配比。施工时参照锅炉炉墙图纸制定、相应的施工方法，从而保证了耐热砼的使用性能。2、司炉人员的培训和各项制度与操作规程的编写。为了使锅炉投产后能较好地发挥其最大的效能

20、，达到预期的经济技术指标，我们选派了二十多名年纪轻、业务精的司炉工人，前往滑县热电厂进展跟班学习，首先请滑县电厂的技术人员给司炉工上课，传授循环流化床燃烧技术的根本原理、锅炉结构、操作技能、事故处理等方面的知识，而后跟班进展了实践，通过一个月的学习，使大家对该锅炉的操作有了一定的了解，学到了一定的操作技能。为了使锅炉的操作有章可循。我们专门组织有关技术人员编写了29MW循环流化床锅炉操作规程，主要内容包括：锅炉点火启动、运行调整、锅炉停炉与压火、常见故障的判断与处理等内容。使工人在操作时有章可循，确保锅炉的安全经济运行，同时也制定了各项规章制定。1施工完毕后，为了验证所达到的效果，我们对锅炉的

21、项技术参数进展了测试，测试结果如下：试验结果汇总表试验次数锅炉出力DMW正平衡效率%反平衡效率%排烟烟温度T排烟处过量空气系数(py)1(额定)1182(额定)1213110%负荷126470%负荷115锅炉平均出力D锅炉效率88.55%2制订科学的供暖曲线，调节锅炉运行，最大限度地节约能源为了使该燃烧技术的优势得到充分表现，最大限度的节约能源，我们根据冬季天气变化和室内温度的需要指标，经过科学计算，制定了相应每一个室外温度下，锅炉出力的大小和锅炉供、回水温度表，严格按照此表调整锅炉运行参数，从而节了大量的能源，产生了较大的经济效益。供热系统在不同室外温度下最低供回水温度运行表室外温度-7-6

22、-5-4-3-2-101234567备注一次网供水温度1041051061071081041019793898582787471基地大锅炉房二次网回水温度6264656664626057565352494745五、实际运行状况下，各种因素的比拟为了更好地摸清该技术应用后所达到的效果，我们从以下几个方面进展了比拟见下表：项目燃料种类每蒸吨所带面积(m2)燃料消耗量万吨耗电量(104kwh)用工人数(名)燃油3543640燃煤10714520六、产生的经济效益和社会效益分析1993年至1998年间，循环流化床燃烧技术在总部基地和清丰基地得到推广和应用，共安装了四台出力为29MW循环流化床锅炉，实施

23、完毕后，效果极佳，在提高供热质量、降低生产本钱、减少用工人数、保护油气资源、稳定油田职工队伍等方面，产生了巨大的经济效益和社会效益，一是在油田基地，该技术的应用共取代了64台燃油小锅炉，每年减少了120人的用工，节约人工费300万元，每年节约了357120kwh电，合万元，共计燃料费节约了1697万元，二是清丰基地取代燃油炉32台105蒸吨,应用该技术后,每年节约费用673万元，每年回烧链条炉炉渣4000方，节煤2000吨，合人民币38万元，总的经济效益为2707.3万元，各项技术指标、经济效益均达到了预期的目标，而由此产生的间接经济效益和社会效益也是巨大的，下面就各项指标情况分别论述如下：(

24、1) 93年前总部共有供热燃油锅炉64台，29循环流化床锅炉投产后，全部燃油采暖锅炉停止运行。(2) 93年前总部基地各种锅炉房共有员工640人，93年后司炉工人数减少至520人，共节约用工120人，每人每年费用按万元计,节约人工费300万元.(3) 93年前每年采暖所消耗电量为525.3104Kwh ，93年后每年消耗电量为489.6104Kwh，共节约电357120kwh，按现价元/度计算，折合人民币万元。(4) 93年前每年采暖所耗燃料为万吨渣油，按每吨渣油1100元计算，合2420万元，93年后每年采暖所耗燃料为万吨原煤，按每吨原煤190元计算，合241万元，共节约人民币1679万元。

25、(5) 每年对链条炉产生的炉渣4000m3进展回烧，炉渣含碳量40%左右，经实验验证年节约原煤2000吨，合38万元人民币。(6) 清丰基地两台29循环流化床锅炉采用该技术后，每年可为油田节约资金673万元。(7) 以上几项合计，每年共为油田节约资金万元。这一效益的取得，使得该技术在油田得到了推广应用，基地供热调整工程也采用了该技术，计划共建五台循环流化床锅炉，99年计划投产两台。结论：1、循环流化床技术是一项新的技术，其燃烧方式是有独特的优点，是国家“八五攻关项目，其点火难是公认的，我们通过实践总结出了一套独特的点火方法，解决了流化床锅炉点火难的问题，得到了国内同行专家的好评。2、该项目的推

26、广应用每年为油田节约资金万元该技术在中原油田的研制成功与推广，填补了国内29MW循环流化床热水锅炉的空白，为循环流化床热水锅炉的开展提供了不少宝贵经验，为某某锅炉厂循环流化床锅炉的开展开辟了道路，使某某锅炉厂几年来取得了巨大的业绩，共售出循环流化床锅炉20台共7289蒸吨，同时也为国内循环流化床锅炉的完善和提高做出了大的贡献。附录：表一炉型特点发展概况Pyroflow(Ablatrom芬兰高温旋风别离器收集返料，炉膛内设置冷却受热面1979年建成首台20T/H，截止1990年，已销售约89台，总热功率达到9000MWt，投运最大容量420T/H，瑞典Gotavekrnken、德国EVT、法国I

27、M、美国Keeler/Dorroliver，亦采用此炉型，销售经25台。Luegi(德国)高温旋风别离器，外置流化床热交换器。最早开发循环流化床工艺。截止1990年，已销售了约44台，总热功率8000MWT，已运转最大容量270T/H，500T/H。美国bugtion Engineering、法国Stein Industrie、日本三菱重工亦采用此炉型。Multi-Solids(battelle美国)床内高速并填充大粒，高温旋风别离器，外置流化床换热器美国Riley Stoker、日本三井造船采用此炉型，已生产和销售约13台，最大的300T/H已运行Circofluid (Babcoc德国)中

28、温旋风别离器收集返料，炉膛内塔式布置冷却受热面1985年着手开发，已建成5台，德国VKW、日本川琦重工采用此炉型，最大125T/HStudsvik(瑞典)高温U型柱别离器，可控返料约1982年着手开发，已建成经12台，最大211T/H。美国Badcock & Wilcox采用此炉型Steinmuller(德国)炉膛内槽形别离器，后部中温多管旋风别离器开始采用和的炉型生产，后开发此炉型，1989年52T/H锅炉投运，已销售最大290T/H。日本NKK采用此炉型Ecofire(芬兰)水平旋风别离器，炉膛内返料1985年首台5MWT锅炉投试，同年17MWK炉向法国销售29循环流化床锅炉技术参数表名称

29、单位参数额定供热量MW29额定出水压力Mpa额定出水温度150额定给水温度90排烟温度190锅炉效率%86设计煤种贫煤受热面积炉膛m2162省煤器m2空气预热器m2764布风板面积m2运行层平台标高m锅筒中心标高m20出水管直径mm325回水管直径mm325最大件重量t锅炉体积长宽mm试验数据综合表名称符号单位数据来源试验数据额定出力额定出力110%出力70%出力排烟处干烟气平均定压比热CpyKJ/Nm3计算47排烟处烟气焓HpyKJ/KG计算入炉冷空焓HikKj/kg计算排烟热损失Q2 %计算散热损失Q5 %按C炉渣温度Tlz试验700700700600炉渣焓(ct)lzKj/kg计算560.4灰渣物理损失Q6%计算热损失之和%计算反平衡效率Z%计算9 / 9