1、29MW 循环流化床锅炉燃烧技术研制及推广应用总结报告循环流化床锅炉燃烧技术研制及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，使用的燃料绝大部分为原油、渣油或天然气，该供热方式存在成本高、浪费大等重大缺点，为解决上述问题，降低生产成本，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
2、的一个重大革新，它具有：燃烧效率高、炉渣综合利用率高、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行脱硫、以及体积小等优点，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，中原油田与太原锅炉厂、中科院工程热物理研究所以及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行了二十多项改进，对设备选择及工艺上存在的三十多项不合理之处进行了修改。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，
3、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 29MW 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 2707.3 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、问题的提出及对策随着国民经济的迅速发展，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
4、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。随着濮阳大化和郑州、开封、安阳、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，而实际用煤为鹤壁贫煤，致使该锅炉第一年投产热效率和出力极低，经设计院测试，分别在 42%和 5
5、4%，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倍，而热值仅为煤的两倍，其燃油综合成本约为燃煤的 4 倍，经济效益极差。为了适应运输距离较近、价格便宜的本地鹤壁贫煤，以及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北京、济南、太原、上海、无锡等锅炉制造厂和明水、赵县等用户进行了调查论证，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
6、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，发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 首先发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
7、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,1990 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,其后的物料分离收集器,以及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
8、式各样，但就构成循环流化床锅炉燃烧的基本环节和工作过程的组织原理来说，则基本都是一样的，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分离器，被分离收集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 850900范围内工作，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分离器作为细物料的分离收集装置，所不同的仅是 Ahlstrom 只将受热面布置在燃烧室内炉膛上部，而 Bat
9、telle 只将受热面放在外部返料热交换器内，而 Lurigi 则二者皆设。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分离器放到后部中温分离和采用炉膛塔式布置。在 Studsvik 的系统内，他们用一系列槽形惯性分离器来代替 Ahlstrom 的旋风分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，一方面它已发展成可供实用、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
10、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/h 以上大型电站锅炉，但是他们的高温分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
11、进行脱硫，视石灰石的反应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应，其中 NOx 的排放量可以达 200ppm 以下，其负荷调整范围可达到 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发展，在循环流化床锅炉的研究和开发方面。虽然起步较迟，但近年也在迅速发展，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 2.8MWt 循环流化床燃烧装置，顺利进行了试验和运转，其炉型基本上是依照 Pyroflow 的炉型，但使用了在炉膛上部设置曲径燃烬结构，随后与开封锅炉厂协作，开发 10t/h
12、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，其炉型基本上亦是仿照芬兰的，但结构上采用紧凑整体式，“八五”期间，中科院还承担了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分离器内的磨损以及提高燃烬率，35t/h 循环流化床蒸汽锅炉采用了高温一级惯性分离，第二级旋风分离的分级循环流化床燃烧系统，该锅炉 1989 年通过技术鉴定，在山东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分离器和顶置卧式旋风筒的，其它如浙江大学、上海成套所、哈工大、华中理工大学、南京工
13、学院、西安交大、东北电力学院、西安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、负荷调节范围宽和易于实现大型化，极有发展潜力，是一种高效、低污染的燃煤新技术，大有在今后发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、太原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发展做出了不可磨灭的贡献，现将该锅炉
14、的基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 MW 29额定出水压力 Mpa 1.6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 煤炉膛 m2 162省煤器 m2 685.7空气预热器 m2 764受热面积布风板面积 m2 5.4运行层平台标高 m 4.5锅筒中心标高 m 20出水管直径 mm 325回水管直径 mm 325最大件重量 t 7.5锅炉体积（长宽） mm 14.58.0821.332、29MW 流化床热水锅炉的技术特点：太原锅炉集团有限公司生产制造的
15、 29MW 循环流化床热水锅炉，该锅炉主要有以下优点：(1)燃料适应范围广与层燃炉相比，其使用煤种的适应范围较广泛，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 反应生成 CaSO4 的最佳反应温度，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 的充分反应，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，而且操作简单易行。(3)控制排放循环流化床锅炉燃烧温度低及分级送风可以降低燃烧过程中 NOx的
16、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)负荷调节范围比较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 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
17、三 DHF29-1.6/150/90-P 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，进入第一级百叶窗分离器，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分离后，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分离器，再一次将收集下的细料经二级返料口返回炉膛继续燃烧。完成两级分离后的烟气经
18、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、管理措施及方法目标明确以后，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。我们进行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，由专业技术人员进行统一验收把关，对不合格之处坚决进行整改，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行了测试并取得了改进
19、经验。1、参观学习、人员培训及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行了实地考察，并参加了中科院在河北赵县举办学习班，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，旋风分离器易结焦，造成返料中止；三是，旋风分离器顶部及两侧耐火材料易磨损、坍塌；四是，流化床围燃带部分耐火砼易脱落；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，所以当时锅炉连续运行最短的只有六天，
20、最长的也不足一个月，我们针对存在的这些问题，同中科院、太原锅炉厂进行了认真的研究，从锅炉结构及施工工艺、材料上都做了极大的改进和提高，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:通过技术改进,采用低温方式避免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及操作规程的编写。为了使锅炉投产后能较好地发挥其最大的效能，达到预期的经济技术
21、指标，我们选派了二十多名年纪轻、业务精的司炉工人，前往滑县热电厂进行跟班学习，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基本原理、锅炉结构、操作技能、事故处理等方面的知识，而后跟班进行了实践，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、锅炉停炉及压火、常见故障的判断及处理等内容。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，我们对锅炉的项技术参数进
22、行了测试，测试结果如下：试验结果汇总表 试验次数 锅炉出力D（MW）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 30.12 (额定) 88.44 118 1.6652 29.99 (额定) 88.66 121 1.6163 32.57 110%负荷 88.47 126 1.6254 20.65 70%负荷 88.03 115 1.606锅炉平均出力 D 30.06MW 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体现，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
23、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 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7备注一次网供水温度104 105 106 107 108 104 101 97 93 89 85 82 78 74 71二次网回水温度62 65.7 64 65 66 64 62 60 57 56 53 52 49 47 45基地大锅炉房五、实际运行状况下，各种因素的比较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
24、行了比较（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 3543 2.2 525.3 640燃 煤 10714 3.9 489.6 520六、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，实施完毕后，效果极佳，在提高供热质量、降低生产成本、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
25、费 300 万元，每年节约了 357120kwh 电，合 17.3 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：(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
26、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 2.5 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 0.486 元/度计算，折合人民币 17.35 万元。(4) 93 年前每年采暖所耗燃料为 2.2 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 3.9 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。(5) 每年对链条炉产生的炉渣 4000m3进行回烧，
27、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 2707.3 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、该项目的推广应用每年为油
28、田节约资金 2707.3 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发展提供了不少宝贵经验，为太原锅炉厂循环流化床锅炉的发展开辟了道路，使太原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芬兰高温旋风分离器收集返料，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
29、典 Gotavekrnken、德国 EVT、法国 CNIM、美国Keeler/Dorroliver，亦采用此炉型，销售经 25 台。Luegi(德国)高温旋风分离器，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 Combugtion 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，高温旋风分离器，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
30、售约 13 台，最大的 300T/H 已运行Circofluid (Babcoc德国)中温旋风分离器收集返料，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 型柱分离器，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)炉膛内槽形分离器，后部中温多管旋风分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Ecofir
31、e(芬兰)水平旋风分离器，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 单 位 参 数额定供热量 MW 29额定出水压力 Mpa 1.6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 煤炉膛 m2 162省煤器 m2 685.7空气预热器 m2 764受热面积布风板面积 m2 5.4运行层平台标高 m 4.5锅筒中心标高 m 20出水管直径 mm 325回水管直径 mm 325最大件重量 t 7.5锅炉体积（长宽） mm 14.58.0821.33试验数据综合表 试验数据名称符号单位数
32、据来源 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 1.347 1.349 1.342排烟处烟气焓 Hpy KJ/KG 计算 1666.72 1694.05 1694.05 1557.03入炉冷空焓 Hik Kj/kg 计算 156.15 162.92 247.33 100.05排烟热损失 Q2 % 计算 6.4 6.4 6.3 6.18散热损失 Q5 % 按 C 1.1 1.1 1.1 1.1炉渣温度 Tlz 试验 700 700 700 600炉渣焓 (ct)lz Kj/kg 计算 662.2 662.2 662.2 560.4灰渣物理损失 Q6 % 计算 0.1 0.1 0.1 0.1热损失之和 % 计算 11.56 11.34 11.53 11.97
