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2299MMWW循循环环流流化化床床锅锅炉炉燃燃烧烧技技术术研研制制及及推推广广应应用用总总结结报报告告一、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，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，1~6t/h小型锅炉64台，共230蒸吨。供热面积近104×104m2，每个采暖期消耗天然气4000×104m3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Ⅱ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Colcradoute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850~900℃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Battelle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98~99%，由于采用850℃附近的低温燃烧可以借助加石灰石进行脱硫，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=1.5~2。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6~75t/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MW29额定出水压力Mpa1.6额定出水温度℃150额定给水温度℃90排烟温度℃190锅炉效率%170设计煤种贫煤受热面积炉膛m2162省煤器m2685.7空气预热器m2764布风板面积m25.4运行层平台标高m4.5锅筒中心标高m20出水管直径Фmm325回水管直径Фmm325最大件重量t~7.5锅炉体积（长×宽）m×m14.5×8.08×21.332、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850~900℃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30~40%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“π”布置的单锅筒横置形式，（参见附录三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