1、29MW循環流化床鍋爐燃燒技術研制及推廣應用總結報告一、前言1990年前，中原油田基地所有單位的供熱采用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、浪費大等重大缺點，為解決上述問題，降低生產成本，最大限度地保護油氣資源，90年在總部基地建成投產了兩臺29MW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于鏈條爐的燃燒，至使鍋爐熱效率經常在50%左右，造成了能源的大量浪費。而煤的循環流化床燃燒，是國家“七·五”計劃引進“八·五”計劃攻關的一種新型燃燒技術，是對傳統的層燃爐和煤粉爐的一個重大革新，它具有：燃燒效率

2、高、爐渣綜合利用率高、負荷調節性能好、NOx排放低、能在燃燒過程中方便和廉價地進行脫硫、以及體積小等優點，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所以及中原油田三家共同合作研制和開發了29MW循環流化床熱水鍋爐，填補了國內空白，特別是中原油田供熱管理處技術人員在實施過程中對鍋爐的不合理部位進行了二十多項改進，對設備選擇及工藝上存在的三十多項不合理之處進行了修改。該鍋爐于93年在總部基地建成投產，94年通過了國家鑒定并投入批量生產，相繼于95年油田清豐基地又投產兩臺，經論證，又決定98年在供熱基地調整工程中決定應用該項技術

3、，規劃擬建5臺29MW循環流化床熱水鍋爐，現正在實施中的有兩2臺，這兩臺將在99年冬投產，99年末全局共采用六臺此類型鍋爐，可供熱面積270萬平方米，該技術的應用，產生了可觀的經濟效益和社會效益，根據計算，每年可為油田直接節約資金萬元,并最大限度地保護了油氣資源,其產生的間接效益也是巨大的。二、問題的提出及對策隨著國民經濟的迅速發展，人民生活水平的大幅度提高，能源消耗也隨之增加，中國同世界其它國家一樣出現了能源短缺現象，解決這一問題的根本出路在于開源節流。作為耗能大戶，如何提高能源的利用率，節約能源是我們技術人員的一項重大課題。90年以前，中原油田基地供熱完全是各單位自成體系的燃油、燃氣小型鍋

4、爐分散供熱，僅基地北區就有小型鍋爐房十五座，16t/h小型鍋爐64臺，共230蒸噸。供熱面積近104×104m2，每個采暖期消耗天然氣4000×104m3左右。隨著濮陽大化和鄭州、開封、安陽、倉州等周圍城市工業和生活用氣的增加，油田天然氣出現了供不應求的現象，為此有許多燃氣鍋爐陸續改為燃油鍋爐。并在90年冬基地北區第一座集中供熱的兩臺29MW燃煤鏈條鍋爐投產。因該鏈條爐設計選用的燃料為類燃煤，而實際用煤為鶴壁貧煤，致使該鍋爐第一年投產熱效率和出力極低，經設計院測試，分別在42%和54%，燃過的爐渣含碳量較高，燃料浪費嚴重；當時油田基地北區每個采暖期燃煤約為20000噸，燃用

5、渣油或原油近2200噸。由于渣油價格約為煤價格的八倍，而熱值僅為煤的兩倍，其燃油綜合成本約為燃煤的4倍，經濟效益極差。為了適應運輸距離較近、價格便宜的本地鶴壁貧煤，以及燃煤比燃油經濟效益好的特點和節約油資源，91年供熱管理處有關技術人員就開始對北京、濟南、太原、上海、無錫等鍋爐制造廠和明水、趙縣等用戶進行了調查論證，報局領導批準后采用了新開發的高效、節能、低污染和對煤種適應能力強的循環流化床熱水鍋爐。該鍋爐房設在基地北區，從92年初開始設計、93年底建成投產，投產后取得了巨大的經濟效益和社會效益，鑒于以上情況，95年在清豐基地又采用了兩臺29MW循環流化床熱水鍋爐，使該技術的應用又得到了推廣。

6、三、循環流化床鍋爐燃燒技術介紹循環流化床技術最早始于德國的winkler煤氣發生爐（1922年），二次大戰期間，在美國成功的開發了流化床催化裂化裝置，以生產航空汽油，在六、七十年代，發展了鼓泡流化床燃燒技術，但由于其燃燒性能、脫硫性能和大型化方面的限制，逐漸被循環流化床燃燒技術所代替，早在七十年代初，西德人Lurigi首先發展了用于三氫氧鋁焙燒的循環流化床工藝，1979年芬蘭20t/h循環流化床鍋爐投入運行，很快西德人Lurigi 的120t/h循環流化床鍋爐（1982）、美國Ahlstrom公司開發的第一臺25t/h循環流化床鍋爐（1981）相繼投入試運， 1988年 Ahlstrom在美國

7、 Colcrado ute 發電站的420t/h鍋爐順利運轉,1990年 Lurgi/CE的499t/h鍋爐投運。循環流化床鍋爐的燃燒系統,其關鍵的環節是一個流態化燃燒室,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的返料器，所構成的物料循環燃燒系統、鍋爐的水冷系統、過熱器尾部受熱面側與一般的鍋爐類同，目前國際上已出現有多種型號的循環流化床鍋爐的爐型，如附錄一和附錄二概貌圖所示：就目前開發的循環流化床鍋爐的結構形式看，好象各式各樣，但就構成循環流化床鍋爐燃燒的基本環節和工作過程的組織原理來說，則基本都是一樣的，僅是具體結構和安置位置有所不同，燃煤和空氣進入一個流態化燃燒室，發生摻混和點

8、火燃燒，夾帶有大量細顆粒物料的煙氣進入后部一個分離器，被分離收集的物料通過一個返料器被送回主燃燒室循環再燃，為使燃燒過程在爐膛內維持在850900范圍內工作，需要把約50%的燃燒釋熱由冷卻受熱面傳給鍋爐汽水系統，對于典型的Ahlstrom、Lurgi和 Battelle的循環流化床鍋爐而言，它們都采用了緊接燃燒室的旋風分離器作為細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爐膛上部，而 Battelle只將受熱面放在外部返料熱交換器內，而 Lurigi則二者皆設。當然，為了發揮各自的特點，所采用的流化速度和具體結構是有所不同的，在Babcock的Circofluid

9、內主要不同是將旋風分離器放到后部中溫分離和采用爐膛塔式布置。在Studsvik的系統內，他們用一系列槽形慣性分離器來代替Ahlstrom的旋風分離器和實現一定程度的可控返料而已，當然，各個制造廠都集中發揮了他們的經驗和努力，使各自的系統轉化為可供實用的循環流化床鍋爐設備。循環流化床燃燒這一新型的燃燒技術，一方面它已發展成可供實用、有競爭力的新型動力設備，另一方面它又尚處在不斷完善和成熟的過程之中，有關其工作過程的認識還是相當不充分的，實際運行操作的經驗仍是很缺乏的，所以每開發一種新爐型，從開始調試到轉入正常運行，常常都經歷一段修整完善的過程，到目前為止，以Pyroflow和Lurigi 這兩種

10、爐型應用最多，Lurigi 比Pyroflow更適于200t/h以上大型電站鍋爐，但是他們的高溫分離收集器存在體積大、笨重、投資高、啟動時間長等缺點，近年（如附錄二所示）出現了一些新結構爐型。在這種循環流化床系統內，由于物料的熱容量大和強烈的摻混，各類燃料都能得到穩定的著火燃燒，再由于夾帶物料的反復循環再燃，所以其燃燒效率高，可達9899%，由于采用850附近的低溫燃燒可以借助加石灰石進行脫硫，視石灰石的反應性能和燃煤中的起始含硫量，可實現近90%的脫硫，其Ca/s=1.52。由于低溫燃燒和空氣的分級供應，其中NOx 的排放量可以達200ppm以下，其負荷調整范圍可達到1:3到1:4。我國自1

11、964年以來，在燃用劣質煤和鼓泡流化床鍋爐方面有相當發展，在循環流化床鍋爐的研究和開發方面。雖然起步較遲，但近年也在迅速發展，取得了一定的成績。中國科學院工程熱物理所在1984年建起了循環流化床燃燒裝置，順利進行了試驗和運轉，其爐型基本上是依照Pyroflow的爐型，但使用了在爐膛上部設置曲徑燃燼結構，隨后與開封鍋爐廠協作，開發10t/h循環流化床鍋爐，1988年通過產品鑒定并投入生產。這是我國第一臺循環流化床鍋爐，其爐型基本上亦是仿照芬蘭的，但結構上采用緊湊整體式，“八·五”期間，中科院還承擔了35t/h循環流化床蒸汽鍋爐的國家攻關任務，為了減輕循環物料的粉化和高溫旋風分離器內的磨

12、損以及提高燃燼率，35t/h循環流化床蒸汽鍋爐采用了高溫一級慣性分離，第二級旋風分離的分級循環流化床燃燒系統，該鍋爐1989年通過技術鑒定，在山東明水熱電廠投入試運行。目前國內其它單位如清華大學的675t/h循環流化床鍋爐，亦在運轉。其爐型有采用平面流高溫分離器和頂置臥式旋風筒的，其它如浙江大學、上海成套所、哈工大、華中理工大學、南京工學院、西安交大、東北電力學院、西安熱工所等都亦在這方面開展工作，取得了不少進步。總之，流化床燃燒技術，雖然存在許多不盡完善之處，但由于其燃燒效率高，脫硫性能好、負荷調節范圍寬和易于實現大型化，極有發展潛力，是一種高效、低污染的燃煤新技術，大有在今后發展成主力燃煤

13、技術之勢，鑒于此，供熱工程技術人員高瞻遠矚，看到了該技術的應用可為油田節約大量的資金，能有效地保護油氣資源。于是在局領導的支持下，大膽地與中科院熱物理所、太原鍋爐廠聯合研制開發了29MW循環流化床熱水鍋爐,在當時國內沒有如此大容量的熱水鍋爐,該種爐型的開發成功,填補了國內的空白，為流化床熱水鍋爐的發展做出了不可磨滅的貢獻，現將該鍋爐的基本狀況做一簡單的介紹：1、29MW循環流化床熱水鍋爐技術參數表：29循環流化床鍋爐技術參數表 名 稱單 位參 數額定供熱量MW29額定出水壓力Mpa額定出水溫度150額定給水溫度90排煙溫度190鍋爐效率%170設計煤種貧 煤受熱面積爐膛m2 162省煤器m2空

14、氣預熱器m2764布風板面積m2運行層平臺標高m鍋筒中心標高m20出水管直徑mm325回水管直徑mm325最大件重量t鍋爐體積（長×寬）m×m2、29MW流化床熱水鍋爐的技術特點：太原鍋爐集團有限公司生產制造的29MW循環流化床熱水鍋爐，該鍋爐主要有以下優點：(1)燃料適應范圍廣與層燃爐相比，其使用煤種的適應范圍較廣泛，包括高灰份、高水份、低熱值、低發揮份煤。(2)廉價脫硫燃用高硫煤時，因為燃燒溫度可控制在CaO與煙氣中SO2反應生成CaSO4的最佳反應溫度，因此只需向爐膛添加石灰石即可完成煙氣的脫硫過程。同時，由于脫硫劑在循環回路中有足夠的停留空間，并與煙氣中的SO2的充

15、分反應，因此使循環流化床鍋爐在較低的摩爾比下就可滿足環保排放要求，與其它脫硫方式相比，不但減少了設備投資和運行費用，而且操作簡單易行。(3)控制排放循環流化床鍋爐燃燒溫度低及分級送風可以降低燃燒過程中NOx的生成量，能滿足排放要求。(4)高效率燃燒循環流化床燃燒室內氣固間高滑移速度導致固體顆粒在床內橫向、縱向混合良好，通過兩級返料循環，燃料在爐內有很長的停留時間，因此循環流化床燃燒有很高的碳燃燼率。(5)消除熔渣影響循環流化床燃燒室內的溫度在850900之間，低溫燃燒不產生熔渣，降低了堿性鹽的揮發，因而減少了鍋爐的腐蝕和對流受熱面的沾污。(6)負荷調節范圍比較大該型循環流化床鍋爐在3040%負

16、荷時，不加輔助燃料也可穩定燃燒，負荷調節能力較大；鍋爐不僅能穩定地在100%的負荷下運行，而且有110%超負荷能力。3、29MW循環流化床鍋爐結構簡介該型鍋爐采用“”布置的單鍋筒橫置形式，（參見附錄三型鍋爐總圖），流化床為無水冷壁干床式結構。爐膛帶有45°切角膜式壁矩形布置形式，水冷壁四周布置有剛性梁，以確保鍋爐運行時水冷壁平面的剛性。爐體采用懸掛結構，敷管爐墻，由于采用了全膜式壁水冷爐膛，因此在流化床內不再設置埋管受熱面。爐膛出口處布置有煙氣導流板，煙氣經導流后，進入第一級百葉窗分離器，被收集的物料進入爐膛后部膜式壁組成的水冷貯料斗，并在此處降溫后，由一級返料口返回爐膛，循環燃燒。

17、煙氣經第一級百葉窗分離后，再進入自然循環對流受熱面，經對流放熱后，煙氣全部進入外置式旋風分離器，再一次將收集下的細料經二級返料口返回爐膛繼續燃燒。完成兩級分離后的煙氣經省煤器、空氣預熱器進入尾部煙道。冷空氣分別由一、二次風機送入空氣預熱器。一次風預熱后，送入流化床下部風室；二次風預熱后，進入流化床上部。二次風采用切圓布置，二次風量接近于總風量的45%。四、項目的實施、管理措施及方法目標明確以后，為了確保此項目的順利實施，達到預期的技術要求和經濟效益指標，使設備運行在良好的狀態，發揮最大的效能。我們進行了項目的前期論證和參觀學習，施工過程中由有豐富現場經驗的工程技術人員作為現場代表，層層把關，嚴

18、格施工質量標準，項目施工完畢后，由專業技術人員進行統一驗收把關，對不合格之處堅決進行整改，直至合格方可投入運行，并在運行初期對鍋爐的各項運行參數進行了測試并取得了改進經驗。1、參觀學習、人員培訓及在該項目實施過程中我們的業績在項目實施前，我們派技術人員對類似的爐型進行了實地考察，并參加了中科院在河北趙縣舉辦學習班，通過對明水熱電廠、趙縣熱電廠、滑縣熱電廠的考察和學習班的學習，我們認識到循環流化床鍋爐燃燒技術是一種新的、有廣闊推廣前景的技術，但同時也存在著嚴重的問題，一是燃燒室易結焦；二是，旋風分離器易結焦，造成返料中止；三是，旋風分離器頂部及兩側耐火材料易磨損、坍塌；四是，流化床圍燃帶部分耐火

19、砼易脫落；五是流化床頂部耐火砼難以施工且極易脫落；六是，個別受熱面磨損嚴重，在短時間內便磨穿漏水。這些缺陷直接影響鍋爐的正常運行，所以當時鍋爐連續運行最短的只有六天，最長的也不足一個月，我們針對存在的這些問題，同中科院、太原鍋爐廠進行了認真的研究，從鍋爐結構及施工工藝、材料上都做了極大的改進和提高，從而減少了鍋爐運行的事故，保證了鍋爐長期連續運行。如：一是一次返料結焦問題:通過技術改進,采用低溫方式避免了一次返料結焦所造成的鍋爐停爐；二是耐火材料抗裂、耐磨問題，如果材料選擇不當或施工方法不合理，運行不足兩月就會出現脫落和磨穿，我們選用了鋼纖維增強澆筑料，同時嚴格檢驗產品質量和配比。施工時參照鍋

20、爐爐墻圖紙制定、相應的施工方法，從而保證了耐熱砼的使用性能。2、司爐人員的培訓和各項制度及操作規程的編寫。為了使鍋爐投產后能較好地發揮其最大的效能，達到預期的經濟技術指標，我們選派了二十多名年紀輕、業務精的司爐工人，前往滑縣熱電廠進行跟班學習，首先請滑縣電廠的技術人員給司爐工上課，傳授循環流化床燃燒技術的基本原理、鍋爐結構、操作技能、事故處理等方面的知識，而后跟班進行了實踐，通過一個月的學習，使大家對該鍋爐的操作有了一定的了解，學到了一定的操作技能。為了使鍋爐的操作有章可循。我們專門組織有關技術人員編寫了29MW循環流化床鍋爐操作規程，主要內容包括：鍋爐點火啟動、運行調整、鍋爐停爐及壓火、常見

21、故障的判斷及處理等內容。使工人在操作時有章可循，確保鍋爐的安全經濟運行，同時也制定了各項規章制定。（1）施工完畢后，為了驗證所達到的效果，我們對鍋爐的項技術參數進行了測試，測試結果如下：試驗結果匯總表 試驗次數鍋爐出力D（MW）正平衡效率（%）反平衡效率（%）排煙煙溫度T（）排煙處過量空氣系數(py)1(額定)1182(額定)1213110%負荷126470%負荷115鍋爐平均出力D鍋爐效率88.55%（2）制訂科學的供暖曲線，調節鍋爐運行，最大限度地節約能源為了使該燃燒技術的優勢得到充分體現，最大限度的節約能源，我們根據冬季天氣變化和室內溫度的需要指標，經過科學計算，制定了相應每一個室外溫度

22、下，鍋爐出力的大小和鍋爐供、回水溫度表，嚴格按照此表調整鍋爐運行參數，從而節了大量的能源，產生了較大的經濟效益。供熱系統在不同室外溫度下最低供回水溫度運行表 室外溫度-7-6-5-4-3-2-101234567備注一次網供水溫度1041051061071081041019793898582787471基地大鍋爐房二次網回水溫度6264656664626057565352494745五、實際運行狀況下，各種因素的比較為了更好地摸清該技術應用后所達到的效果，我們從以下幾個方面進行了比較（見下表）：項目燃料種類每蒸噸所帶面積(m2)燃料消耗 量（萬噸）耗電量 (×104kwh)用 工人數(

23、名)燃 油3543640燃 煤10714520六、產生的經濟效益和社會效益分析1993年至1998年間，循環流化床燃燒技術在總部基地和清豐基地得到推廣和應用，共安裝了四臺出力為29MW循環流化床鍋爐，實施完畢后，效果極佳，在提高供熱質量、降低生產成本、減少用工人數、保護油氣資源、穩定油田職工隊伍等方面，產生了巨大的經濟效益和社會效益，一是在油田基地，該技術的應用共取代了64臺燃油小鍋爐，每年減少了120人的用工，節約人工費300萬元，每年節約了357120kwh電，合萬元，共計燃料費節約了1697萬元，二是清豐基地取代燃油爐32臺105蒸噸,應用該技術后,每年節約費用673萬元，每年回燒鏈條爐

24、爐渣4000方，節煤2000噸，合人民幣38萬元，總的經濟效益為萬元，各項技術指標、經濟效益均達到了預期的目標，而由此產生的間接經濟效益和社會效益也是巨大的，下面就各項指標情況分別論述如下：(1) 93年前總部共有供熱燃油鍋爐64臺，29循環流化床鍋爐投產后，全部燃油采暖鍋爐停止運行。(2) 93年前總部基地各種鍋爐房共有員工640人，93年后司爐工人數減少至520人，共節約用工120人，每人每年費用按萬元計,節約人工費300萬元.(3) 93年前每年采暖所消耗電量為525.3×104Kwh ，93年后每年消耗電量為489.6×104Kwh，共節約電357120kwh，按現

25、價元/度計算，折合人民幣萬元。(4) 93年前每年采暖所耗燃料為萬噸渣油，按每噸渣油1100元計算，合2420萬元，93年后每年采暖所耗燃料為萬噸原煤，按每噸原煤190元計算，合241萬元，共節約人民幣1679萬元。(5) 每年對鏈條爐產生的爐渣4000m3進行回燒，爐渣含碳量40%左右，經實驗驗證年節約原煤2000噸，合38萬元人民幣。(6) 清豐基地兩臺29循環流化床鍋爐采用該技術后，每年可為油田節約資金673萬元。(7) 以上幾項合計，每年共為油田節約資金萬元。這一效益的取得，使得該技術在油田得到了推廣應用，基地供熱調整工程也采用了該技術，計劃共建五臺循環流化床鍋爐，99年計劃投產兩臺。

26、結論：1、循環流化床技術是一項新的技術，其燃燒方式是有獨 特的優點，是國家“八·五”攻關項目，其點火難是公認的，我們通過實踐總結出了一套獨特的點火方法，解決了流化床鍋爐點火難的問題，得到了國內同行專家的好評。2、該項目的推廣應用每年為油田節約資金萬元該技術在中原油田的研制成功與推廣，填補了國內29MW循環流化床熱水鍋爐的空白，為循環流化床熱水鍋爐的發展提供了不少寶貴經驗，為太原鍋爐廠循環流化床鍋爐的發展開辟了道路，使太原鍋爐廠幾年來取得了巨大的業績，共售出循環流化床鍋爐20臺共7289蒸噸，同時也為國內循環流化床鍋爐的完善和提高做出了大的貢獻。附錄： 表一 爐 型特 點發 展 概 況Pyroflow(Ablatrom芬蘭高溫旋風分離器收集返料，爐膛內設置冷卻受熱面1979年建成首臺20T/H，截止1990年，已銷售約89臺，總熱功率達到9000MWt，投運最大容量420T/H，瑞典Gotavekrnken、德國EVT、法國CNIM、美國Keeler/Dorroliver，亦采用此爐型，銷售經25臺。Luegi(德國)高溫旋風分離器，外置流化床熱交換器。最早開發循環流化床工藝。截止1990年，已銷售了約44臺，總熱功率8000MWT，已運轉最大容量270T/H，500T/H。美國Combugtion Engineering、法國Stein Ind