高效煤粉工业锅炉系统的研发与应用

第37卷第11期 2009年

11月

煤炭科学技术

CoalScienceandTechnology

Vol 37 No 11 Nov.

2009

煤科总院高新技术

高效煤粉工业锅炉系统的研发与应用

何海军,纪任山,王乃继

(煤炭科学研究总院北京煤化工研究分院,北京 100013)

摘 要:我国工业锅炉年燃烧原煤约5 0亿,t燃烧效率低、污染物排放严重,为提高我国工业锅

炉整体装备技术水平,在借鉴发达国家成熟技术经验的基础上,结合我国实际状况,开发出高效煤粉工业锅炉技术系统,该系统热效率不低于90%、污染物排放远低于国家相关标准,节能减排效果显著,为我国工业锅炉整体技术进步提供了技术支持。关键词:工业锅炉;煤粉;燃烧;节能环保

中图分类号:TK229 6 文献标志码:A 文章编号:0253-2336(2009)11-0001-04

DevelopmentandApplicationofHighEfficientPulverized

CoalFiredIndustrialBoilerSystem

HEHai jun,JIRen shan,WANGNai ji

(BeijingResearchInstituteofCoalChemistry,ChinaCoalResearchInstitute,Beijing 100013,China)

Abstract:TheannualrawcoalcombustedfortheindustrialboilersinChinawasabout500milliont.Duetothelowercombustioneffi ciencyandseriouspollutantemission,

inordertoimprovethecompletedequipmenttechnologyleveloftheindustrialboilerinChina,

basedonthematuredtechnicalexperiencesfromthedevelopedcountries,incombinedwiththeactualconditionsinChina,ahighefficienttechnologysystemofthepulverizedcoalfiredboilerwasdevelopedinChina.Theheatefficiencyofthesystemwashigherthan90%andthepollutantemissionwouldbefarlowerthanthenationalrelatedstandard.Theresultsoftheenergysavingandemissionreductioncouldbeobvious.ThesystemwouldprovidethetechnicalsupporttothecompletedtechnologyprogressoftheindustrialboilerinChina.Keywords:industrialboiler;pulverizedcoa;lcombustion;energysavingandenvironmentprotection

工业锅炉是重要的热能动力设备,据统计全国在用工业锅炉的装机总量2005年约为54 6万台,

190 61万蒸吨,我国已成为世界上生产和使用工业锅炉最多的国家。由于能源结构的特殊性,我国的工业锅炉以燃煤为主,每年燃用煤炭约5 0亿,t其锅炉容量在35t/h以下的占98 9%,且绝大部分为传统链条炉排层燃锅炉和简易固定炉箅手烧锅炉。研究表明,我国燃煤工业锅炉实际平均热效率60%~65%,有些手烧锅炉只有30%~40%,而发达国家的中小型燃煤锅炉的运行效率一般接近80%。另外,我国中小型燃煤工业锅炉环保装置普遍简陋,粉(烟)尘、SO2及NOx不能达标排放,区域性煤烟污染十分严重。因此中小型燃煤工业锅炉的技术升级进步已成为亟待解决的问题。

[1]

国、法国、日本得到广泛的应用

[2]

。德国的大炉

膛锅壳式火管煤粉工业锅炉容量一般小于30t/h,大多在10t/h左右。典型锅炉有直吹式HM系列锅炉和中储式Dr Schoppe锅炉等,热力公司在不同区域设立燃料(预先加工好的煤粉或混煤)加工配送站,以特制罐车密闭将燃料送往用户,燃烧后的飞灰由热力公司进行密闭收集并集中处理。锅炉运行时,煤与石灰石粉混合后进行空气分级燃烧,脱硫效果好,NOx析出量少;尾部采用先进的布袋式除尘器,除尘效率高。锅炉自动控制系统完备,可实现多座锅炉房远程集中控制。锅炉点火系统采用柴油点火,纯油料燃烧20s左右,然后喷入煤粉混烧约30s,之后切断燃油,进入完全煤粉燃烧状态。锅炉运行中,负荷调整通过改变给料速度和风机转速实现。煤粉燃烧过程中,若出现大的波动,自动控制系统会立即启动燃油装置实现稳燃。全系统的优化配置加上完善的社会化服务体系,发

1

1 煤粉工业锅炉在国外的发展

目前,中小型煤粉工业锅炉在发达国家如德

达国家工业煤粉锅炉的系统热效率高达92%,运行效果已达到甚至超过油气锅炉的运行水平。

堵火墙,炉头加装煤粉喷入管,但未设置煤粉专用燃烧器。启动时,先以燃油机接口向燃烧室内喷油,待火墙蓄热升温后,改由煤粉喷口向炉内喷射煤粉,进入炉膛的煤粉依靠原燃油供风系统完成燃

烧。节能监测中心对4t/hCWNS型金水锅炉进行热工测试,结论为正、反平衡效率分别为80 30%和77 16%,其存在的问题主要表现在:没有煤粉燃烧器技术;没有形成完整的系统(无密闭制粉设施、无环保设施);炉膛结构不尽合理;高温燃烧、空气过剩系数大(大于1 81)、排烟温度高、炉内结渣等。

2 我国工业锅炉煤粉燃烧技术的应用尝试

国内一些科研单位和企业早在20世纪70年代就曾开发过传统煤粉工业锅炉应用技术,但由于当时条件局限,配套技术和专用装备(如煤粉高效制备、自动控制系统、锅炉体积及布袋除尘器等)落后,因此未取得实质性进展。

进入20世纪90年代,煤粉工业锅炉的应用有了初步发展。如PW型旋流式小型煤粉燃烧器,具有着火稳定性好、燃烧效率高、煤种适应性广、锅体不结渣、低负荷等特点。PW型燃烧器也在辽河油田SZS4-1 25-Y/Q型燃油锅炉改烧煤粉的实践中得以应用,对该锅炉的监测结果表明,锅炉的实际出力为3 2t/h,反平衡效率为74 98%。其存在的主要问题是:排烟温度高(226 9 );空气过剩系数大(1 97);排烟热损失高达15 31%;固体不完全燃烧,热损失也较高,达到5 2%;尾部只安装多管除尘器,因此烟尘、SO2不能达标排放。在系统的完整性和合理性方面存在的主要问题是不能实现密闭制粉,由于外购袋状煤粉需人工注入粉仓,因此劳动强度大,工作环境恶劣。该锅炉系统也存在燃烧温度高,炉内结渣和NOx排放浓度高的问题。

2000年前后,内蒙古某公司开发出0 7~7 0MWCWNS型锅壳式煤粉锅炉(也称金水锅炉),该锅炉由普通燃油锅炉改造而成,在炉膛内设有3

[6]

[4-5]

[3]

3 煤粉工业锅炉在国内的新进展

北京煤化工研究分院在借鉴发达国家成功经验、总结国内尝试结果的基础上,成功开发了高效煤粉工业锅炉系统。

3 1 工艺系统

高效煤粉工业锅炉系统(图1)主要包括煤粉储供子系统、逆喷式煤粉燃烧器系统、测控子系统、锅炉子系统、烟气净化子系统、热力子系统、压缩空气站、惰性气体保护站和点火油气站等。来自煤粉加工厂的密闭罐车将符合质量标准的煤粉注入煤粉塔。塔内的煤粉按需进入计量中间仓后由供料器及风粉混合管道送入煤粉燃烧器。煤粉在锅炉炉膛燃烧产生的高温烟气完成辐射和对流换热后进入烟道石灰脱硫单元,脱硫后的烟气继续进入布袋除尘器,除尘器排出的洁净烟气经引风机排入大气,除尘器收集的粉煤灰经密闭系统排出,集中处

图1 高效煤粉工业锅炉系统

理和利用。锅炉系统的运行由点火程序控制器和上位计算机监控系统共同完成。3 2 关键技术

工业煤粉锅炉系统采用模块化设计,其中关键技术主要包含7项内容。 全密闭高效炉前制粉技术(分散式用户采用罐车与煤粉塔无缝对接完成密闭供粉),保障煤粉供给。 无脉动稳定供粉技术,减少炉压波动,优化燃烧环境,提高燃烧工况与燃烧率。 空气分级全旋流低氮燃烧器,避免局部高温,减少NOx和SO2的析出与排放。 专用无积灰锅壳式锅炉和D式锅炉,完成燃料充分燃烧与换热;锅炉本体配置强大的空气炮吹灰系统,结合良好的空气动力场设计,避免换热面积灰,实现锅炉自清洁功能。 烟道干法脱硫技术,降低烟气SO2排放量。 专用高效的布袋除尘器,有效控制烟气中烟尘的排放。 PLC结合上位机的自动控制系统实现锅炉的在线监控、记录与报警功能,使系统始终处于高效、安全的运行状态。3 3 技术特点

1)煤粉集中供应。煤粉由制粉厂集中磨制、统一供应,煤粉质量得到保障。任何型号锅炉都需燃用与之匹配的设计煤种,否则会使锅炉燃烧效率降低,设备故障率升高,运行经济性得不到保证。 2)工作环境友好。全系统密闭运行,自动气力输送供煤、集中排灰,彻底改变了传统锅炉房脏乱差的局面,高效煤粉锅炉如图2

所示。

用电设备配备变频器,节电效果明显。

5)洁净排放。新型煤粉燃烧器采用空气分级低温燃烧设计,温度场均匀,避免局部高温燃烧产生大量的NOx;烟气采用石灰脱硫和布袋除尘,污染物排放浓度低;粉煤灰经密闭系统排出,集中收集,作为原材料供下游市场应用,无二次污染。 6)节约用地。锅炉房无堆积煤场与渣场,占地面积大为减小。

7)性价比高。高效运行降低了燃料消耗量,通过运行费用的节约可在较短的时间内收回投资。3 4 技术指标及产品系列

高效煤粉工业锅炉的燃烧效率在98%以上,热效率在90%以上,较传统锅炉节煤30%左右;环保方面,煤粉工业锅炉烟尘(TSP)排放质量浓度不大于50mg/m,二氧化硫(SO2)排放低于国家和地方标准,节能环保效果显著,可与油气锅炉相媲美。高效煤粉工业锅炉系列产品共分2类15个品种,即2~35t/h蒸汽锅炉系列(包括2,4,6,8,10,15,20,35t/h等8个品种)和1 4~29 0MW热水锅炉系列(包括1 4,2 8,4 2,7 0,10 5,14 0,29 0MW等7个品种)。3 5 经济分析

以蒸发量10t/h,工作压力1 25MPa的饱和蒸气为例,不同类型锅炉燃料成本对比见表1。另外,燃气锅炉的热效率为90%,燃料发热量为34727kJ/m,每吨蒸气燃料消耗量为86 4m/,t燃料单价为3元/m,则每吨蒸气燃料费为259 2元/m,年燃料消耗量为5702400m,年燃料成本1710 7万元。

表1 不同类型锅炉燃料成本分析

锅炉类型

燃料指标

煤粉

链条6523012180 6720130 0858 2

水煤浆8217573187 5900168 81113 8

燃油904184071 84600330 34738 82179 8

3

3

3

3

3

3

图2 锅炉实体热效率/%发热量/(kJ kg-1)每吨蒸气燃料消耗量/kg单价/(元 t-1)每吨蒸气燃料费/元

年消耗量/t年成本/万元

9026359110 4950104 9692 2

3)锅炉操作简单。系统实现即开即停,30s切断点火源进入正常运行,切断煤粉供给即可实现

停炉。配置了先进、完善的自动控制系统,实现全系统自动监控,使其始终处于最佳运行状态;同时降低了劳动强度以及人为因素(如司炉工的能力与业务素质)对锅炉运行的干扰。

4)高效节能。煤粉燃烧充分、运行效率高,比传统燃煤锅炉节煤30%~50%;对功率较大的

7286 411919 612375 0

注:因不同时期每个地区的燃料价格不同,可根据上述每年的燃料消耗量计算吨蒸气成本;年燃料消耗量按每年锅炉运行330d,每天运行20h计。

3

3 6 推广应用

目前该锅炉已在山西、山东、天津、江苏、浙江、辽宁、广西、安徽等地共安装50余套,350蒸吨(等效容量)的建设规模。其中1 4,2 8,4 2,7 0,14 0MW等5种型号的热水锅炉产品,4,6,10,20t/h等4种型号的蒸汽锅炉产品,以及10 46,37 66MJ/h两种型号的导热油炉产品正在不同地区为众多用户提供着安全、稳定、高效、洁净的运行服务。

从具有环保、热工检测资质的第三方测试数据来看,不同规模与型号的煤粉工业锅炉系统TSP

3

排放质量浓度为6 6~23 0mg/m,SO2排放浓度满足各地的环保指标,系统热效率88 45%~92 04%。从运行来看,以大同地区煤粉工业锅炉

产品实际应用为例,2007年采用煤粉锅炉技术系统较2006年传统锅炉系统节煤7557万,t节煤率达到57 6%,为用户取得了良好的经济效益,同时TSP减排98%,SO2减排76%,环保效益与社会

效益也十分显著,见表2。较之采用强制通风机制的固定炉箅锅炉与配置简陋的链条炉排锅炉,由于工业煤粉锅炉采用平衡通风机制,系统配置了完备的鼓风和引风设备,加上出灰、吹灰、供粉等设备,耗电量有所增加。例如用户9,原锅炉仅配置1台鼓风机,用电设备少,运用煤粉锅炉以来耗电量增加较多,但是,由于锅炉用电成本占总成本比例较低(循环流化床锅炉除外),一般不超过15%,所以耗电量的适当增加,并不会对煤粉工业锅炉节能力度带来实质性的影响。

表2 大同地区煤粉工业锅炉实际应用情况分析

用户1234567891011

锅炉规模/MW2 4 22 2 82 2 81 4 21 4 21 2 81 2 82 1 41 1 41 1 42 1 4

供热面积/万m2

6 04 13 93 03 01 41 01 40 40 61 2

2006 2007年采暖期(燃煤锅炉)

燃煤/t38001800160011001100800450800170700800

电费/万元

20 66 17 24 55 03 03 76 00 56 55 0

2007 2008年采暖期(煤粉锅炉)

燃煤/t1327 4976 4718 8683 0372 6308 5388 2326 387 9143 5230 4

电费/万元

16 79 25 85 43 25 04 03 82 08 06 5

65 145 855 137 966 161 413 759 248 379 571 2

11 8-49 819 3-20 036 0-66 7-8 136 6-300 0-23 1-30 0

节煤/%

节电/%

高效煤粉工业锅炉系统技术先进,燃烧效率不低于98%,系统热效率不低于90%,较传统锅炉节煤30%以上,污染物排放远低于国家相关标准,经过近10a的技术开发、工程示范和市场实践,高效煤粉工业锅炉技术系统现已成熟,这为我国工业锅炉整体技术装备的升级提供了支持。

参考文献:

[1] 赵钦新.我国工业锅炉行业未来发展之路[M]

分会秘书处,

2006.

1999(1).

//中国工业

[3] 姜政华 工业锅炉采用精细煤燃烧技术可行性展望[J].节

能,2001(11).

[4] 庞丽君,陈国封,陈崇枢,等 新型小功率PW-1型煤粉

燃烧器[J].节能技术,1994(3).

[5] 庞丽君,赵会武 新型中压煤粉锅炉的设计方案[J].节能

技术,1996(3).

[6] 孙恩召,陈力哲,夏春怿,等 小型燃油锅炉改造成燃烧

煤粉锅炉的试验研究[J].节能技术,

1996(4).

作者简介:何海军(1979-),男,河南新乡人,工程师,硕士,从事煤炭燃烧与工业煤粉锅炉技术开发与工程建设工作。Te:l13552420698,E-mai:lbricc-hh@jyahoo com cn

锅炉行业年鉴(2006).北京:中国电器工业协会工业锅炉

[2] 吴立新,余 洁,杜铭华 洁净燃煤中小型锅炉新技术及

节能环境效益分析[J].洁净煤技术,

收稿日期:2009-08-12;责任编辑:代艳玲

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/o0oe.html