29MW循環(huán)流化床鍋爐燃燒技術(shù)研制與推廣應(yīng)用

1、1 / 1829MV 循環(huán)流化床鍋爐燃燒技術(shù)研制及推廣應(yīng)用總結(jié)報(bào)告一、前言1990 年前，中原油田基地所有單位的供熱采納的是小容量 鍋爐的分散供熱方式， 使用的燃料絕大部分為原油、 渣油或天然 氣，該供熱方式存在成本高、白費(fèi)大等重大缺點(diǎn)，為解決上述問 題，降低生產(chǎn)成本，最大限度地愛護(hù)油氣資源， 90 年在總部基 地建成投產(chǎn)了兩臺(tái)29MV 燃煤鏈條式熱水鍋爐，但由于鏈條式鍋 爐效率偏低， 加之本地煤種不適應(yīng)于鏈條爐的燃燒， 至使鍋爐熱 效率經(jīng)常在 50%左右，造成了能源的大量白費(fèi)。而煤的循環(huán)流化 床燃燒，是國(guó)家“七五”打算引進(jìn)“八五”打算攻關(guān)的一種 新型燃燒技術(shù)， 是對(duì)傳統(tǒng)的層燃爐和煤粉爐的一個(gè)

2、重大革新， 它2 / 18具有：燃燒效率高、爐渣綜合利用率高、負(fù)荷調(diào)節(jié)性能好、 NOx 排放低、 能在燃燒過程中方便和廉價(jià)地進(jìn)行脫硫、 以及體積小等 優(yōu)點(diǎn)，此外，該種燃燒方式可適用于任何煤種，是其它燃燒方式 無法與其比擬的。為此，中原油田與太原鍋爐廠、中科院工程熱 物理研究因此及中原油田三家共同合作研制和開發(fā)了29MW 循環(huán)流化床熱水鍋爐， 填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白， 特不是中原油田供熱治理處 技術(shù)人員在實(shí)施過程中對(duì)鍋爐的不合理部位進(jìn)行了二十多項(xiàng)改 進(jìn)，對(duì)設(shè)備選擇及工藝上存在的三十多項(xiàng)不合理之處進(jìn)行了修 改。該鍋爐于 93年在總部基地建成投產(chǎn)， 94 年通過了國(guó)家鑒定 并投入批量生產(chǎn)，相繼于 95 年油

3、田清豐基地又投產(chǎn)兩臺(tái)，經(jīng)論 證，又決定 98 年在供熱基地調(diào)整工程中決定應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，規(guī) 劃擬建 5 臺(tái) 29MW 循環(huán)流化床熱水鍋爐，現(xiàn)正在實(shí)施中的有兩2臺(tái)，這兩臺(tái)將在 99 年冬投產(chǎn)， 99 年末全局共采納六臺(tái)此類型鍋 爐，可供熱面積 270 萬平方米，該技術(shù)的應(yīng)用，產(chǎn)生了可觀的經(jīng) 濟(jì)效益和社會(huì)效益，依照計(jì)算，每年可為油田直接節(jié)約資金 2707.3 萬元,并最大限度地愛護(hù)了油氣資源 , 其產(chǎn)生的間接效益 也是巨大的。二、問題的提出及對(duì)策隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速進(jìn)展， 人民生活水平的大幅度提高， 能 源消耗也隨之增加， 中國(guó)同世界其它國(guó)家一樣出現(xiàn)了能源短缺現(xiàn) 象，解決這一問題的全然出路在于開源節(jié)流

4、。作為耗能大戶，如何提高能源的利用率，節(jié)約能源是我們技術(shù)人員的一項(xiàng)重大課 題。3 / 1890 年往常，中原油田基地供熱完全是各單位自成體系的燃 油、燃?xì)庑⌒湾仩t分散供熱， 僅基地北區(qū)就有小型鍋爐房十五座， 16t/h小型鍋爐 64 臺(tái)，共 230 蒸噸。供熱面積近 104X104mi, 每個(gè)采暖期消耗天然氣 4000X104m3左右。隨著濮陽大化和鄭州、 開封、安陽、倉州等周圍都市工業(yè)和生活用氣的增加，油田天然 氣出現(xiàn)了供不應(yīng)求的現(xiàn)象， 為此有許多燃?xì)忮仩t陸續(xù)改為燃油鍋 爐。并在 90 年冬基地北區(qū)第一座集中供熱的兩臺(tái)29MW 燃煤鏈條鍋爐投產(chǎn)。因該鏈條爐設(shè)計(jì)選用的燃料為口類燃煤，而實(shí)際用煤

5、為鶴壁貧煤， 致使該鍋爐第一年投產(chǎn)熱效率和出力極低， 經(jīng)設(shè)計(jì) 院測(cè)試，分不在 42%和 54%，燃過的爐渣含碳量較高，燃料白費(fèi) 嚴(yán)峻；當(dāng)時(shí)油田基地北區(qū)每個(gè)采暖期燃煤約為 20000 噸，燃用渣 油或原油近2200 噸。由于渣油價(jià)格約為煤價(jià)格的八倍， 而熱值僅為煤的兩倍， 其 燃油綜合成本約為燃煤的 4 倍，經(jīng)濟(jì)效益極差。 為了適應(yīng)運(yùn)輸距 離較近、價(jià)格廉價(jià)的本地鶴壁貧煤， 以及燃煤比燃油經(jīng)濟(jì)效益好 的特點(diǎn)和節(jié)約油資源， 91 年供熱治理處有關(guān)技術(shù)人員就開始對(duì) 北京、濟(jì)南、太原、上海、無錫等鍋爐制造廠和明水、趙縣等用 戶進(jìn)行了調(diào)查論證， 報(bào)局領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)后采納了新開發(fā)的高效、 節(jié)能、 低污染和對(duì)煤種適

6、應(yīng)能力強(qiáng)的循環(huán)流化床熱水鍋爐。 該鍋爐房設(shè)在基地北區(qū)，從 92 年初開始設(shè)計(jì)、 93 年底建成投產(chǎn)，投產(chǎn)后取 得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，鑒于以上情況， 95 年在清豐 基地又采納了兩臺(tái) 29MV 循環(huán)流化床熱水鍋爐，使該技術(shù)的應(yīng)用 又得到了推廣。4 / 18三、循環(huán)流化床鍋爐燃燒技術(shù)介紹循環(huán)流化床技術(shù)最早始于德國(guó)的 winkler 煤氣發(fā)生爐 （ 1922 年） ，二次大戰(zhàn)期間， 在美國(guó)成功的開發(fā)了流化床催化裂化裝置， 以生產(chǎn)航空汽油， 在六、七十年代， 進(jìn)展了鼓泡流化床燃燒技術(shù)， 但由于其燃燒性能、 脫硫性能和大型化方面的限制， 逐漸被循環(huán) 流化床燃燒技術(shù)所代替，早在七十年代初，西德人

7、Lurigi 首先 進(jìn)展了用于三氫氧鋁焙燒的循環(huán)流化床工藝， 1979 年芬蘭 20t/h 循環(huán)流化床鍋爐投入運(yùn)行，專門快西德人 Lurigi 的 120t/h 循 環(huán)流化床鍋爐 （1982）、美國(guó)Ahlstrom 公司開發(fā)的第一臺(tái) 25t/h 循環(huán)流化床鍋爐（ 1981）相繼投入試運(yùn)，1988 年 Ahlstrom 在美國(guó) Colcrado ute 發(fā)電站的 420t/h 鍋爐順利運(yùn)轉(zhuǎn) ,1990 年 Lurgi/CE 的499t/h 鍋爐投運(yùn)。循環(huán)流化床鍋爐的燃燒系統(tǒng) , 其關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是一個(gè)流態(tài)化燃 燒室,其后的物料分離收集器 , 以及將收集的物料返回燃燒室循 環(huán)的返料器，所構(gòu)成的物料循環(huán)

8、燃燒系統(tǒng)、鍋爐的水冷系統(tǒng)、過 熱器尾部受熱面?zhèn)扰c一般的鍋爐類同， 目前國(guó)際上已出現(xiàn)有多種 型號(hào)的循環(huán)流化床鍋爐的爐型，如附錄一和附錄二概貌圖所示：就目前開發(fā)的循環(huán)流化床鍋爐的結(jié)構(gòu)形式看，仿佛各式各 樣，但就構(gòu)成循環(huán)流化床鍋爐燃燒的差不多環(huán)節(jié)和工作過程的組 織原理來講，則差不多差不多上一樣的， 僅是具體結(jié)構(gòu)和安置位 置有所不同， 燃煤和空氣進(jìn)入一個(gè)流態(tài)化燃燒室， 發(fā)生摻混和點(diǎn) 火燃燒， 夾帶有大5 / 18量細(xì)顆粒物料的煙氣進(jìn)入后部一個(gè)分離器， 被 分離收集的物料通過一個(gè)返料器被送回主燃燒室循環(huán)再燃，為使 燃燒過程在爐膛內(nèi)維持在 850900C范圍內(nèi)工作，需要把約 50% 的燃燒釋熱由冷卻受熱面

9、傳給鍋爐汽水系統(tǒng)，關(guān)于典型的 Ahlstrom 、Lurgi 和 Battelle 的循環(huán)流化床鍋爐而言，它們都 采納了緊接燃燒室的旋風(fēng)分離器作為細(xì)物料的分離收集裝置， 所 不同的僅是 Ahlstrom 只將受熱面布置在燃燒室內(nèi)爐膛上部，而 Battelle 只將受熱面放在外部返料熱交換器內(nèi)， 而 Lurigi 則二 者皆設(shè)。因此，為了發(fā)揮各自的特點(diǎn)，所采納的流化速度和具體 結(jié)構(gòu)是有所不同的，在 Babcock 的 Circofluid 內(nèi)要緊不同是將 旋風(fēng)分離器放到后部中溫分離和采納爐膛塔式布置。 在 Studsvik 的系統(tǒng)內(nèi)，他們用一系列槽形慣性分離器來代替 Ahlstrom 的旋 風(fēng)分

10、離器和實(shí)現(xiàn)一定程度的可控返料而已， 因此， 各個(gè)制造廠都 集中發(fā)揮了他們的經(jīng)驗(yàn)和努力，使各自的系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為可供有用的 循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備。循環(huán)流化床燃燒這一新型的燃燒技術(shù)， 一方面它已進(jìn)展成可 供有用、 有競(jìng)爭(zhēng)力的新型動(dòng)力設(shè)備， 另一方面它又尚處在不斷完 善和成熟的過程之中，有關(guān)其工作過程的認(rèn)識(shí)依舊相當(dāng)不充分的，實(shí)際運(yùn)行操作的經(jīng)驗(yàn)仍是專門缺乏的， 因此每開發(fā)一種新爐 型，從開始調(diào)試到轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行， 常常都經(jīng)歷一段修整完善的過 程，到目前為止，以 Pyroflow 和 Lurigi 這兩種爐型應(yīng)用最多，Lurigi 比 Pyroflow更適于 200t/h 以上大型電站鍋爐，然而他 們的高溫分離收

11、集器存在體積大、笨重、投資高、啟動(dòng)時(shí)刻長(zhǎng)等 缺點(diǎn)，近年（如附錄二所示）出現(xiàn)了一些新結(jié)構(gòu)爐型。6 / 18在這種循環(huán)流化床系統(tǒng)內(nèi)， 由于物料的熱容量大和強(qiáng)烈的摻 混，各類燃料都能得到穩(wěn)定的著火燃燒， 再由于夾帶物料的反復(fù) 循環(huán)再燃，因此其燃燒效率高，可達(dá) 9899%由于采納 850C附 近的低溫燃燒能夠借助加石灰石進(jìn)行脫硫， 視石灰石的反應(yīng)性能 和燃煤中的起始含硫量，可實(shí)現(xiàn)近 90%的脫硫，其 Ca/s=1.52 。 由于低溫燃燒和空氣的分級(jí)供應(yīng)，其中 NOx 的排放量能夠達(dá) 200ppm 以下，其負(fù)荷調(diào)整范圍可達(dá)到 1:3 到 1:4。我國(guó)自 1964 年以來，在燃用劣質(zhì)煤和鼓泡流化床鍋爐方面

12、 有相當(dāng)進(jìn)展， 在循環(huán)流化床鍋爐的研究和開發(fā)方面。 盡管起步較 遲，但近年也在迅速進(jìn)展，取得了一定的成績(jī)。中國(guó)科學(xué)院工程 熱物理所在1984 年建起了 2.8MWt 循環(huán)流化床燃燒裝置， 順利進(jìn) 行了試驗(yàn)和運(yùn)轉(zhuǎn)，其爐型差不多上是依照 Pyroflow 的爐型，但 使用了在爐膛上部設(shè)置曲徑燃燼結(jié)構(gòu)，隨后與開封鍋爐廠協(xié)作， 開發(fā) 10t/h 循環(huán)流化床鍋爐， 1988 年通過產(chǎn)品鑒定并投入生產(chǎn)。 這是我國(guó)第一臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐， 其爐型差不多上亦是仿照芬蘭 的，但結(jié)構(gòu)上采納緊湊整體式，“八五”期間，中科院還承擔(dān) 了 35t/h 循環(huán)流化床蒸汽鍋爐的國(guó)家攻關(guān)任務(wù)， 為了減輕循環(huán)物 料的粉化和高溫旋風(fēng)分

13、離器內(nèi)的磨損以及提高燃燼率，35t/h 循 環(huán)流化床蒸汽鍋爐采納了高溫一級(jí)慣性分離，第二級(jí)旋風(fēng)分離的 分級(jí)循環(huán)流化床燃燒系統(tǒng)，該鍋爐 1989 年通過技術(shù)鑒定，在山 東明水熱電廠投入試運(yùn)行。目前國(guó)內(nèi)其它單位如清華大學(xué)的 675t/h 循環(huán)流化床鍋爐，亦在運(yùn)轉(zhuǎn)。其爐型有采納平面流高溫 分離器和頂置臥式旋風(fēng)筒的，其它如浙江大學(xué)、上海成套所、哈 工大、7 / 18華中理工大學(xué)、南京工學(xué)院、西安交大、東北電力學(xué)院、 西安熱工所等都亦在這方面開展工作，取得了許多進(jìn)步?？傊?，流化床燃燒技術(shù)，盡管存在許多不盡完善之處，但由 于其燃燒效率高， 脫硫性能好、 負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍寬和易于實(shí)現(xiàn)大型 化，極有進(jìn)展?jié)摿?，是?/p>

14、種高效、低污染的燃煤新技術(shù)，大有在 今后進(jìn)展成主力燃煤技術(shù)之勢(shì)， 鑒于此， 供熱工程技術(shù)人員高瞻 遠(yuǎn)矚，看到了該技術(shù)的應(yīng)用可為油田節(jié)約大量的資金， 能有效地 愛護(hù)油氣資源。 因此在局領(lǐng)導(dǎo)的支持下， 大膽地與中科院熱物理 所、太原鍋爐廠聯(lián)合研制開發(fā)了 29MV 循環(huán)流化床熱水鍋爐，在當(dāng) 時(shí)國(guó)內(nèi)沒有如此大容量的熱水鍋爐 , 該種爐型的開發(fā)成功 , 填補(bǔ) 了國(guó)內(nèi)的空白，為流化床熱水鍋爐的進(jìn)展做出了不可磨滅的貢 獻(xiàn)，現(xiàn)將該鍋爐的差不多狀況做一簡(jiǎn)單的介紹：1、29MV 循環(huán)流化床熱水鍋爐技術(shù)參數(shù)表：8 / 1829 循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)參數(shù)表名稱單位參數(shù)額定供熱量MW29額定岀水壓力Mpa1.6額定出水溫度C150額定給水溫度C90排煙溫度C190鍋爐效率%170設(shè)計(jì)煤種貧煤受 爐膛m2162省煤器m2685.7熱空氣預(yù)