适用于中国燃煤工业锅炉的先进技术.pdf

1 适用于中国燃煤工业锅炉的先进技术适用于中国燃煤工业锅炉的先进技术 谭美健 毛健雄 中美清洁空气和清洁能源合作项目中国工业锅炉专家组成员 摘要摘要文章阐述了中国工业锅炉的特点及近 20 年来在中国工业锅炉产品中所使用的本国研发或 引进国外的主要先进结构和技术。这些技术已经成功地使用或正在进行工业性运行。 1 背景背景 煤是中国的主要能源。煤占中国一次能源消费结构的 70以上。随着中国经济的发展， 如油和天然气等高质量的能源不断增加而煤的消费将有所下降。然而，据估计中国到 2005 年、2010 年和 2030 年煤的消耗也将分别占能源的 64、60和 50。所以，煤在中国一次 能源结构中的支配地位将会在今后许多年里保持不变。 在中国的 75的工业燃料，76的电力，80的地方和商业能源及 60的化工原料都从 煤获得。工业锅炉，燃煤电站和工业炉窑是中国三个煤消耗的主要行业，也是中国的主要污 染源。目前，中国共拥有 50.4 万台，126 万蒸吨工业锅炉。这些锅炉中，燃煤的占 85， 年消耗原煤 400 万吨，占中国煤年产量的 1/3。工业锅炉的平均实际热效率只有约 60。每 年排放烟尘、SO2 和 CO2 分别为 600 万吨，630 万吨和超过 750 万吨。所以燃煤工业锅炉的 热效率和污染排放对中国的节能、环境保护和可持续发展的影响事关重要。 2 中国燃煤工业锅炉的状况中国燃煤工业锅炉的状况 2.1 中国工业锅炉的特点中国工业锅炉的特点 1 锅炉的平均蒸发量小。到目前，中国工业锅炉的出力＜6t/h 的占总容量的 60，＜ 35t/h 低于总容量的 10。 2 热效率低。在中国已使用的燃煤工业锅炉多数是在 29 世纪 80 年代以燃用原煤为基 础的老设计。许多锅炉厂只是无改进地复制其他锅炉厂的产品。所以锅炉的实际效率低，多 数锅炉的实际热效率在 5560。 3 污染排放严重。由于锅炉设计落后和燃用原煤，不仅使锅炉效率低，而且污染排放 高。目前在中国，多数的工业锅炉使用的是机械式或水膜除尘器，除尘效率低，几乎没有脱 硫和脱氮设备，因此燃煤工业锅炉的污染排放高。例如在中国从工业锅炉排放的 SO2 超过 全国总排放量的 49。 2 2.2 中国燃煤工业锅炉低效、高排放的原因中国燃煤工业锅炉低效、高排放的原因 链条炉排是中国工业锅炉燃烧设备的主要方式，下面列出了 1998 年统计的中国工业锅 炉不同燃烧方式的锅炉热功率的百分比 表表 1 中国工业锅炉不同燃烧方式的锅炉热功率的百分比中国工业锅炉不同燃烧方式的锅炉热功率的百分比 燃烧设备燃烧设备 型式型式 固定固定 炉排炉排 链条链条 炉排炉排 往复往复 炉排炉排 鼓泡流鼓泡流 化床化床 循环流循环流 化床化床 废热废热 锅炉锅炉 油油/气气 锅炉锅炉 其他其他 占 锅 炉 热 功 率 的 百 分比， 2.45 57.87 6.92 1.2 1.31 3.54 12.21 14.7 在链条炉排上的煤的完全燃烧和有效燃烧过程的好坏取决于以下条件煤粒的快速着 火、好的及均匀的配风和密封、不结焦和不漏煤。这些条件不仅取决于炉排的设计和结构， 而且同煤的质量好坏有密切关系。 所以解决的办法应从两个方面着手， 即先进的锅炉结构工 艺，特别是先进的燃烧设备和技术，还有就是高质量的煤。 众所周知，对于移动式炉排（包括；链条炉排）的煤燃烧系统对煤的质量是有要求的， 包括煤的热值、灰含量、粒度分布和膨胀性能等。但长期以来，中国用于工业锅炉的煤是原 煤。这些煤没有均匀的粒度分级，更不经洗选，因此灰分含量平均超过 26，估计一般达 到 30。粒径＜3mm 的细煤末的可达 60；而粒径＞10mm 的颗粒煤只有 1530，此 外还有一些很大的煤块需经人工破碎， 从而增加更多的细煤末。 大量的细煤末同制造质量差 的炉排结构一起，增加了未燃的煤从炉排间隙漏入风室；同时，大量的细煤末也导致在锅炉 炉膛出口处飞灰中高的含碳量。 还有工业锅炉用煤由于不经筛选， 其结焦性能即煤受热后膨 胀黏结的性能不符要求，从而会在炉排面上形成大片的、粘性的焦渣，阻碍了燃烧空气进入 煤层，而使煤不能有效地燃烧。另外，原煤的粒度变化无常，引起风室中空气流的不稳定， 配风不均匀，使部分火床空气过剩，而另一部分火床缺少燃烧所需的空气，使得这部分火床 的煤在到达炉排后部前不能完全燃烧。 为了能更有效地燃用原煤， 中国的工程师们使用了大于发达国家一倍的炉排面积和长后 拱、分层燃烧以及其他方法，使燃烧效率可以在一定程度上提高，但通常的工业锅炉热效率 是低的。特别是对占全国炉排锅炉 90以上的小于 7MW/th 10t/h的小容量的工业锅炉更是 这样。相比之下，在发达国家，他们除选择先进的技术，工业锅炉用煤经过洗选，筛分和配 煤，具有煤低膨胀特性、合理的粒度分级，从而一直保持高的效率和低的排放。中国工业锅 炉如也能这样做，将会使锅炉的效率提高 10- 20以上，排放也将更低。 为了改进工业锅炉，特别是链条炉排锅炉的燃煤质量，针对以上情况，国家有关部门制 定了“GB/T183422001 链条炉排锅炉用煤技术条件”的国家标准，该标准于 2001- 03- 19 发布，并于 2001- 10- 01 开始实施。该标准的主要内容如表 2 和表 3 所示 3 表表 2 链条炉排锅炉用Ⅰ级煤炭的技术要求和试验方法链条炉排锅炉用Ⅰ级煤炭的技术要求和试验方法 项项 目目 符符 号号 单单 位位 技术要求技术要求 试验方法试验方法 粒度 - - - mm 625 GB/T189 限下率 - - - ＜30.00 MT/T1 全水分 M t ≤12.00 GB/T211 挥发分 Vdaf ≥22.00 GB/T212 灰分 Ad ≤25.00 GB/T212 低位发热值 Qnet,ar Mj/kg ≥21.00 GB/T213 全硫 St,d ≤0.70 GB/T214 煤炭熔融性 软化温度 ST oC 1. ≥1 250 2. ≥1 150 Ad≤18.00 时 GB/T219 焦渣特性 CRC - - - ≤5 GB/T212 表表 3 链条炉排锅炉用Ⅱ级煤炭的技术要求和试验方法链条炉排锅炉用Ⅱ级煤炭的技术要求和试验方法 项项 目目 符符 号号 单单 位位 技术要求技术要求 试验方法试验方法 粒度 - - - mm 1.＜50（＜6mm的不大于 30 ﹚ 2.＜30（＜3mm的不大于 30 ﹚ GB/T189 挥发分 Vdaf 1. ＞20.00 2. 10.0120.00 Qnet,ar＞17.7MJ/kg 3. 6.5010.00 Qnet,ar＞21.0MJ/kg GB/T212 灰分 Ad ≤30.00 GB/T212 低位发热值 Qnet,ar MJ/kg 1. ＞21.70 2. ＞20.0021.70 3. 16.5020.00 GB/T213 全硫 St,d 1. ≤0.70 2. 0.710.90 3. 0.911.50 1 GB/T214 煤炭熔融性 软化温度 ST oC 1.≥1 250 2.≥1 150 （Ad≤18.00 时） GB/T219 焦渣特性 CRC - - - ≤5 GB/T212 注各项目中所列的 1、2、仅表示本项目在技术要求上的差别，各项目中 1、2、并不 需要一一对应。 1）如有的煤炭产品达不到上限要求时，供需双方可协商解决。 4 表表 4 典型的美国链条炉排锅炉用煤的技术要求典型的美国链条炉排锅炉用煤的技术要求 项目项目 技术要求（收到基）技术要求（收到基） 水分 不超过 8 硫分 不超过 0.7 灰分 6- 9 高位热值 28MJ/kg- 31MJ/kg, 平均值至少为 30MJ/kg 灰熔点 1482oC 或更高 挥发分 35- 45 固定碳 45- 55 膨胀指数 不超过 4 颗粒度 20 mm6 mm（小于 6 mm的最多为 8） 表 4 所示，为美国的典型链条炉排锅炉用煤的技术规范。比较表 2，表 3 和表 4， 可以 看出， 中国新的链条炉排锅炉用煤技术标准要求和国际的先进水平相比， 仍然有很大的差距。 世界发达国家的工业锅炉用煤均经过洗选， 筛分和配煤， 对如表 4 所列的各项指标均有严格 的要求，从而从煤炭本身即保证了高的燃烧性能和低的排放。根据中国的国情，要一步就达 到西方工业发达国家的用煤标准是不现实的，因而，GB/T183422001 的颁布和实行，对于 改善中国工业锅炉用煤的质量，提高链条炉排锅炉的燃烧和排放性能应有很大的促进作用。 现在的关键是如何改革煤炭供应体制， 更新改造煤炭加工设备， 严格按照 GB/T183422001 的标准执行，这方面还有大量的工作要做。 3 按中美清洁空气和清洁能源合作项目（按中美清洁空气和清洁能源合作项目（CACETC）工作计划的要求，中）工作计划的要求，中 国专家组对适合中国国情的先进工业锅炉技术进行了初步调研，现汇总如下国专家组对适合中国国情的先进工业锅炉技术进行了初步调研，现汇总如下 3.1 在在 GEF高效工业锅炉项目中引进的国外技术和使用的国内技术高效工业锅炉项目中引进的国外技术和使用的国内技术 在全球环境基金会和世界银行的支持、帮助下，1997 年中国开始执行 GEF高效工业 锅炉项目，该项目是通过对中国工业锅炉提供先进的设计、制造技术，为市场批量供应高 效、清洁的锅炉产品和在全国范围内普及推广这些技术；以此带动工厂的市场营销、售后服 务、科研机构的改革；并促进中国在能源效率、环保政策及信息交流方面的改进。该项目已 于 2002 年 12 月完成。所包括的先进技术有以下几项 3.1.1 通过引进国外先进的燃烧系统和辅机设备、控制装置对下列目前约占中国工业锅炉市 60的 120T/H 快组装锅炉进行改进。 3.1.1.1 SZL 快、组装水管锅炉 SZL 快、 组装水管锅炉是中国 110T/H 工业锅炉的主要炉型， 而天山锅炉厂开发的 SZL 系列锅炉结构和性能更具特色。因此，90 年代在中国已在 40 多家锅炉厂得到推广生产。为 了进一步提高该型锅炉的燃烧效率，改进链条炉排结构，在 GEF高效工业锅炉项目中， 由新疆天山锅炉厂引进了德国 BABCOCK Co.的燃烧技术，研制、开发出以中、外技术相结 5 合的新一代 SZL 快装水管锅炉系列。 SZL 快装水管锅炉的技术特点 l 在炉膛出口处采用了由该厂与哈尔滨工业大学联合开发的旋风燃尽室结构， 使飞灰中的 碳在燃尽室中进一步燃尽，减少碳的不完全燃烧损失；并降低锅炉原始排尘浓度。 l 采用 BABCOCK 的炉排技术分风室单独送风，在风室侧板上开有大小不等的均风孔， 不但使沿炉排长度方向可按燃烧需要分段送风， 而且使沿炉排宽度配风更加均匀。 炉排 采用后轴驱动，炉排上表面前推后拖的结构，避免炉排卡死、起拱或跑偏等现象。炉排 的前部和侧板结构设计更能保证锅炉的密封。 l 采用自动螺旋除渣系统，保证了各风室除灰效果。 l 采用布煤车结构，使煤粒进入炉排时沿宽度均匀。 中国市场情况 120T/H 快组装水管锅炉从 20 世纪 80 年代以来在中国得以快速发展， 蒸吨社会拥有量 到 90 年代末已占到 60。随着结构的成熟，据 1999 年的中国工业锅炉市场调查，预计今 后五年，该类型锅炉的年生产量将达到 5.7 万蒸吨。 3.1.1.2 DZL 改进型水火管快装锅炉 DZL 型水火管快装锅炉是中国 29 世纪 50 年代自行开发的特色产品。由于它结构紧凑， 制造简单， 快装出厂， 一直占据着中国工业锅炉市场的主要份额， 直到目前还占有中国 10T/H 及以下容量燃煤锅炉的 50。为了改造原有 DZL 锅炉管板裂纹和烧锅筒的不安全结构，20 世纪 80 年代，由北京之光锅炉研究所将翼形烟道、螺纹烟管、凸形管板及给水引射等多项 国内专利用于该锅炉上，开发出多项性能较原型优越的新型 DZL 水火管锅炉。为了进一步 提高该型锅炉的燃烧效率，降低排烟污染，在 GEF 项目中由营口锅炉厂引进了南非 JOHN THOMPSON AFRICA Co.的炉排燃烧技术， 并中非联合设计、 由营口锅炉厂制造出新一代改 进型 DZL 水火管锅炉。 改进型 DZL 水火管锅炉的特点 l 采用可强化传热， 能降低管板应力和防止烟管积灰的中国螺纹烟管技术， 使锅筒直径减 小；对热水锅炉可取消尾部受热面使锅炉房的跨度明显减小。 l 采用由双面水冷壁遮盖锅筒底部及水泥隔层和翼形烟道等国内专利技术保护措施， 消除 了老式锅炉锅筒底部因受热鼓包和后管板受高温烟气冲刷产生裂纹的问题， 并强化了传 热。 l 采用拱形管板国内专利， 提高了管板的柔性， 取消了管板的支撑结构； 降低了管板应力。 l 采用自身支撑方式，无须钢架，锅炉钢耗量下降。 l 采用给水引射管、大直径联箱及下降管，提高了水冷壁的流速和防止结垢，保证了锅炉 水循环的安全。 l 对不同煤种，采用相应国内专利的优化炉拱，改善了煤的燃烧、燃尽；同时炉拱上方留 有较大空间，使炉膛出口的烟气在此减速，有利于烟尘的沉降，可有效降低锅炉的原始 排尘浓度。 6 l 采用南非 JOHN YHOMPSON Co.先进、成熟的轻型炉排技术，该炉排是用的是布风和 冷却均匀的小炉排片；炉排侧密封使用炭化硅砖块，既可减轻结渣，又保护侧密封炉排 片，经久耐用。炉排驱动使用价格合理的中国产电磁无级调速装置，调速范围大，且适 合中国国情。 l 锅炉本体水管采用全焊模式壁， 全新的国外炉墙和密封护板结构， 大大提高了锅炉的气 密性和传热效果。 l 锅炉控制采用 JOHN YHOMPSON Co.的专利- - - 简单的自控系统，它可进行自动、受动 和远控三种方式运行的单钮燃烧控制装置。是一种适合中国国情的小型工业锅炉的简 单、实用和安全的控制系统。 l 炉排可与炉前成型的型煤机相配， 对燃用煤末多的煤时， 适当的水分和颗粒均匀的型煤 可使锅炉效率提高 35，降低烟气排尘 4050。若在给煤中加入脱硫剂，还可降低 烟气中 SO2 的排放。 该系列锅炉的前景预测 上个世纪末，由于中国单台锅炉容量的不断增大及水管锅炉快、组装程度的提高，水火 管锅炉占全国年产量的比例有所下降，但据市场调查，其年生产量仍占 2 万蒸吨以上。经过 以国内外先进技术相结合，开发的 DZL 水火管锅炉改进型系列，在保留了原有锅炉的所有 优点的基础上，在节能和清洁燃烧方面又有较大提高，因此，预计该系列锅炉将会更受用户 欢迎，再同容量的锅炉中，市场的占有率同目前不会有大的变化。 3.1.2 引进 VOLUND 脚管式热水和蒸汽锅炉技术及链条炉排技术用于 758MW 热水锅炉系列 和 1065T/H 蒸汽锅炉系列 随着中国三北地区集中供热面积的扩大，大容量热水锅炉的市场需求增加，在 20 世纪 80 年代，由机械工业部的组织上海四方锅炉厂首先引进了丹麦 VOLUND.Co 的脚管式热水 锅炉本体及 L 型鳞片式炉排，开发出 714MW 的热水锅炉换代产品。在 90 年代末，中国的 工业锅炉的发展得到 GEF 的支持， 通过 高效工业锅炉 项目该厂又引进了该公司的 65T/H 脚管式蒸汽锅炉技术。 并将在近期开发出 1065T/H 蒸汽锅炉系列和≤46MW 热水锅炉系列 的主导产品。另外在高效工业锅炉项目中，由常州锅炉厂和杭州锅炉厂也分别引进了该 公司的 7MW 热水锅炉及 ECO 炉排和 58MW 热水锅炉及 L 型双炉排技术。 由于 VOLUND 脚管式锅炉及炉排具有以下优点，自 80 年代引进以来，在中国得到用 户欢迎，并受到多个锅炉厂的青睐，多次向 VOLUND。Co 引进技术。 角管锅炉的技术特点 l 炉膛四周采用膜式壁，有效降低过量空气系数 0.25，使炉膛出口α1.5；而且减轻了炉 墙重量。对流受热面采用旗式受热面，布置紧凑；还使排烟温度降到 145 oC 。 l 无钢架，整台锅炉均由膜式壁和下降管支撑，稳定性好，抗震性能强。由于采用了以上 两方面结构，该锅炉本体重量仅为散装锅炉的一半。 l 热水锅炉采用强制循环方式， 水循环可靠； 蒸汽锅炉采取汽水混合物经过炉膛上联箱分 离后，蒸汽引向锅筒，而部分热水经再循环管下降进入下联箱。因此，循环回路短，负 7 荷适应性强，启动快。而蒸汽在进入锅筒前经过处分离，故使蒸汽品质高。 l 在引进的 7MW 和 65MW 的热水锅炉上， 采用了二次风， 而且在 7MW 的炉膛中配有可 调节的点火拱， 极大地降低了机械不完全燃烧及化学不完全燃烧损失约 7 个百分点。 并 具有更为广泛的燃料适应性。 l ECO 型不漏煤炉排采用分仓送风，而 L 型不漏煤炉排采用等压风仓加小风门的结构,都 可根据燃烧需要控制炉排各区段的供风量。 l L 型炉排的侧密封采用迷宫式的特殊结构，间隙较小，漏风少。在炉排支架上有经机加 工的滚筒， 内充润滑剂， 使炉排运动阻力小。 炉排片采用小倾斜， 并设计有特殊的凹槽， 使通风更加均匀，又减少漏煤。 角管锅炉的性能和经济性 l 锅炉热效率≈84 ，比原中国同类锅炉高 10 。 l 烟尘排放浓度≈100mg/m3 。 l 价格增加约 1/3（因炉排和膜式壁增加金属耗量） 。但由于效率提高，节约煤炭而在锅 炉运行后 34 年就可回收。 l 因厂内组装程度高，工地安装工作量少，安装周期短，安装费用少。 l 锅炉，特别是炉排运行故障率低，维修费用少；长期安全运行。 国内市场需求 自 80 年代中期，四方锅炉厂首次引进 VOLUND 脚管式锅炉以来，该厂以为国内市场 生产了 500600 台脚管式锅炉， 该型锅炉已成为该厂生产的主导产品。 预计在今后的 5 年中， 770MW 的大容量热水锅炉年生产量将达到 2 万蒸吨。 3.1.3 CPC 细粒子低速循环流化床锅炉技术，用于 35100T/H 系列锅炉 中国流化床锅炉的发展状况 60 年代在中国开始就把流化床燃烧用于锅炉中，经过 30 多年的发展，在这中国已形 成了 5 个系列，12 个品种，33 个规格的产品。年产量近 2000 蒸吨。全国有 1000 多台鼓泡 床锅炉在运行。开始以燃烧在层燃炉中难以着火、燃尽的劣质煤为主，由于锅炉尾部除尘设 备配套跟不上和未考虑脱硫，对环境造成严重污染。80 年代，中国着手发展循环流化床锅 炉，使用除尘性能优于多管除尘器的水膜、静电及布袋除尘器配套，使流化床锅炉拥有了实 现更好的节能和环保效益的潜力。至今，中国的锅炉厂与高等院校、科研机构已研制出各种 流化方式，各种分离、回送装置各具特色的流化床锅炉产品。实践经验告诉我们，对于≤ 100T/H 的工业锅炉，更适用于中、低循环倍率的，并带有埋管的流化床燃烧设备。在此基 础上，为进一步提高中国流化床工业锅炉的水平，利用 GEF高效工业锅炉项目的支持， 学习、交流国外先进的流化床技术是很必要的。 CPC 细粒子低速循环流化床锅炉技术是由哈尔滨工业锅炉公司在 GEF高效工业锅 炉项目中，为 35100T/H 锅炉引进的美国 Combustion Power Co.的技术。引进内容包括从 锅炉、燃烧设备的设计、制造、安装调试、质量保证技术；燃料制备和进给系统设计；灰渣 系统设计和配套辅机技术等。 8 FI- CIRC 锅炉具有以下特点 l CPC 专利布风板使用高耐热不锈钢板制造，由圆形风帽顶板与锥型筒体焊接成风 帽组件。一次风以 6090m/s 风速从顶板吹出，保持气流水平定向流动，在密相区底部 形成床料的高速横向扰动， 形成紊流层， 有利于燃料与空气的充分混合及燃料与石灰石 的充分接触， 从而保证燃料的充分燃烧和高脱硫率。 还可将大尺寸的未流化起来的粒子 排出炉外。它避免了配风不均匀，合理组织炉内灰渣的流动路线，有效防止密相区发生 床料堆积结焦，保证了锅炉长期、稳定运行。 l 低速流化燃烧室的截面积较大，床内的流化速度仅为 1.22.5m/s。因一次风经过布风 板与床料强烈扰动， 增加了床内化学反应强度， 加上低的流化速度又延长了燃料在炉膛 内的停留时间，从而增加了燃料粒子的燃尽度和炉内热交换。在燃烧挥发份为 5的石 油焦时，密相区的燃烧份额达 80。另外由于低流化速度，只有平均直径为 350450 μm 的细粒子才能参与循环，因此减轻了对床内受热面的磨损，据介绍每年只磨损 0.45mm。同时低的流化速度，还降低了炉膛稀相区的高度。 l 高效旋风分离器 采用多个小直径的旋风分离器直接至于炉膛顶上方， 因分离器直径小， 分离效率可高达 99，分割粒径 dc50 15μm。经分离器分离下来平均为 200μm 的飞 灰，通过直接从炉膛顶部插入炉膛密相区的分离器落灰管，靠重力回料。使飞灰回送装 置结构简单； 并能靠重力在回料管内与炉膛上下部间的压差相平衡的床料高度， 这样在 运行中，随负荷的变动，做到自动形成炉内床料的循环。循环倍率约在 20。 l 设置床内蒸发受热面利用埋管受热面的良好传热系数，CPC 与哈尔滨工业锅炉公司 共同开发了自然循环内螺纹埋管受热面。使得锅炉结构紧凑，钢耗少。同时能简便、迅 速地调整锅炉负荷。 l 负荷快速调整系统当锅炉负荷大幅度升、降时，利用料仓补充或储存部分床料（是由 炉膛密相区排出的床料） ，以达快速调整锅炉负荷，消除燃烧不稳定。 l 标准化模块设计 按锅炉容量可使用一到多个相同的模块组成燃烧室。 每个模块由旋风 分离器、回料管、给煤机、床内受热面和布风板组成。这种设计组合有利于组织制造、 工地安装和质量保证。 l 高的技术经济性能。 （见下） 国内市场需求 从对国内工业锅炉市场调研得知，近几年中国的流化床锅炉在工业锅炉年产量中维持 在 3.54.5之间。而中国的煤炭中，St，d＞1 含量的煤的可采量占 32。因此锅炉要使用这 些煤炭，并满足当前中国工业锅炉 SO2 ≤900 mg/m3或今后更高的要求，必须考虑脱硫。而 使用流化床锅炉的脱硫率高，经济性好，尤其是在中、高硫煤地区，35100T/H 的热电联产 用流化床锅炉市场较大，预计今后流化床锅炉年产量达 0.60.65 万蒸吨。其中 75T/H 流化 床锅炉约年平均产量为 0.160.19 蒸吨， 年节标煤 6.68.2 万吨； 年减排 CO2 14.217.6 万吨、 NOx 1.061.31 万吨、SO2 0.921.14 万吨。 3.1.4 引进 JTA 抛煤机链条炉排蒸汽锅炉技术，用于 35100T/H 热电联产锅炉 9 抛煤机链条炉排蒸汽锅炉在中国的状况 在中国 20130T/H 蒸汽锅炉主要用于轻工、纺织、化工及建材等行业的热电联产。随 着各行业的增长和小容量锅炉被改造用热电联产取代，这类锅炉的需求量不断上升，1988 年占年产量的 15.8，而到 1993 年已增加为 26。这些锅炉的燃烧方式包括流化床、链条 炉排和抛煤机链条炉排。 但对于抛煤机链条炉排锅炉， 由于生产厂家未能从锅炉结构上解决 飞灰的燃尽和炉内沉降问题，致使锅炉排烟黑度高，烟尘浓度超标，使该燃烧方式的锅炉生 产越来越少，到 1999 年它的产量只占 1。 但抛煤机链条炉排燃烧方式具有同其他燃烧方式不能替代的优点， 由于它具有室燃和层 燃两种燃烧方式的特点，使它的煤种适应性强，特别是对中国以往直接使用原煤的情况下， 末煤比例大，可减少机械不完全燃烧损失。另外，它还有负荷调节性好；体积小，钢耗少的 优点。为此在国外燃煤工业锅炉一直保留着这一燃烧方式，并且具有较完善的技术。济南锅 炉厂在 GEF高效工业锅炉项目中，为 35100T/H 热电联产蒸汽锅炉引进了南非 JOHN THOMPSON AFRICA Co.的抛煤机链条炉排锅炉技术。 引进内容 l 抛煤机燃烧技术，风力抛煤机。 l 多管旋风分离器，飞灰回燃技术。 l 板状炉排技术。 l 锅炉设计标准、结构设计标准、安装和调试维护手册。 JTA济南锅炉厂联合设计的 75T/H 抛煤机链条炉排锅炉的主要特点 l 双锅筒自然循环水管锅炉，炉膛为中间固定、上下膨胀结构的膜式水冷壁；布置有高、 低二级对流过热器、中间减温器；尾部设有省煤器和空气预热器。 l 设计煤种烟煤，低位发热值 1886220771 kj / kg ，挥发份 2542，颗粒度 03mm 占 50。 l 墙风力抛煤机配板块炉排在炉前布置 5 台刮板给煤机、5 台风力抛煤机，配两台板式 炉排。炉排片采用 770mm长的板块结构，炉排片被固定在链条上沿道轨运转。 l 二次风使用在锅炉的前、后墙布置了三层空气二次风。 l 设置飞灰扑集及回燃在对流管束后布置一组 70 个多管除尘器，并在锅炉的后墙布置 了一层飞灰复燃喷嘴。 l 省煤器用国内的先进技术- - - 螺旋鳍片管。 l 使用国内先进技术- - - 声波吹灰器。 国内的需求情况 近几年，中国从节能和环保效益方面考虑，限制小火电的生产和投运。热电联产锅炉 作为综合经济效益较好的产品，取代小热电，适应市场的需求，预计热电联产用锅炉所占比 例会在 20以上，约合 1.51.8 万吨。年产量将＞26，其市场前景将会较好。而由于在中 国抛煤机链条炉排锅炉技术的改进提高， 排污性能的提高， 该产品在热电联产中使用将会快 速增长。 10 3.1.5 引进德国 KARL. BAY Co. 差速床沸腾技术用于 620T/H 高硫煤锅炉 中国的煤炭中，St，d＞1 含量的煤的可采量占 32，特别对于中、西南高硫煤地区， 使用 620T/H 的锅炉如何解决排烟的 SO2 是个大问题。而以往使用的链条炉排锅炉，目前 的脱硫技术不成熟，脱硫率低。因此必须开发一种能简单可行脱硫的锅炉技术。为此，在 GEF 高效工业锅炉 项目中， 由江西锅炉厂引进了 KARL. BAY Co.的差速床沸腾锅炉技术。 这种采用较低的流化速度的、煤宽筛分的流化技术，对于≤130T/H 工业锅炉和我国现行的 供煤体系是极经济和有效的。 CARL. BAY- 江西锅炉厂联合设计的 DHF15- 2.4/240- A2 流化床锅炉技术特点 l 采用引进 KARL.BAY Co.差速床流化技术 1 锅炉燃烧室的布风板沿纵深方向以不同的水平高度布置， 中间为高速床与主风室相 连接，风量占 50；前、后两床为低速床，二次风量占 45。 2 经高速床流化的物料上升到了高、 低速床的交界处时， 物料及烟气开始向低速区扩 散，床内产生较好的横向颗粒交换和流化混合，产生较低的上升速度，小颗粒随烟气在低速 床上流化燃烧，大颗粒又落回到高速床上重新流化。 3 前、后低速床上的颗粒细，且流化风速小，从而减弱了对埋管的磨损；加上防磨措 施，埋管寿命可达 34 年。大颗粒落回高速床重新流化，防止了大颗粒的沉积结焦。 4 较高的炉膛，较低的粒子上升速度，使粒子在炉内有较长的停留时间，此区域又有 高的温度场，使炭的燃尽度高。 5 炉膛的密相区内保持 850 oC 的温度，加上良好的物料混合及较长的反应时间，使 锅炉的脱硫率较高 6 不使用炉外分离器，使结构简单。 7 采用鳍片管省煤器。 l 在锅炉的联合设计中， 江西锅炉厂第一次把自己的全悬吊膜式壁结构用在该中、 小容量 的锅炉中。 l 在埋管中使用了该厂的自然循环技术。并且改进了 KARL BAY 公司的全贯穿炉膛式埋 管设计，使其布置简易，增加吸热分额。 l 在浓相床的结构设计中，该厂有效地改革了差速床的概念，强化了炉内循环，提高了燃 烧和脱硫效率。 市场预测 由于该系列锅炉结构比循环流化床锅炉简单,操作较方便;而脱硫效率比炉排锅炉高,因 此将成为占中国煤炭可采量 1/6 的高硫煤所在地区（煤含硫量≥2）今后可选用的少量几 种 620T/H 锅炉的主要炉型。 3.1.6 德国西门子控制公司的 DCS 控制系统技术，用于 10410T/H 锅炉 中国工业锅炉的控制水平起步较晚， 目前锅炉控制系统基本上采用仪表控制， 系统的精 度和质量、安全可靠远远落后于国外的 DCS 控制系统。而 20 世纪 80 年代末，中国也已开 发了用于工业锅炉控制的计算机控制系统， 但在硬件的制造工艺方面同国外相比有一定的差 11 距，性能和质量也大大低于国外同类产品,而控制系统的故障率也高于国外产品；加上系统 价格较贵； 锅炉房管理水平较低， 因此国内开发的微机控制系统难以被广大工业锅炉用户接 受。为此，在 GEF高效工业锅炉中，由中国研制、开发锅炉控制系统经验丰富的原航 天工业部的北京长峰益来自动化科技有限公司和原机械部上海发电设备成套设计研究所通 过引进西门子公司的控制系统关键件和关键技术， 同国内的系统相结合， 分别为中国的流化 床锅炉和链条炉排锅炉开发出适合的 DCS 燃烧控制系统。 3.1.6.1 CYA-5000 锅炉自动控制系统 益来公司采用国外硬件，组成集散控制系统（DCS） ，推出 CFYX 自动化软件。在为 10410T/H 各种燃煤、燃油（气）锅炉开发的自动控制系统，采用了现代控制理论的自适应 模糊控制、燃烧自寻优控制，将系统辩识和自组织、自学习专家系统与计算机技术有机地结 合起来，实施回路的智能控制。 l 系统的主要功能 手动/自动切换功能；b.检测功能；c. 图形、报表功能；d. 人机对话功能；e. 控制功能， 包括智能三冲量汽包水位、智能 PID前馈控制蒸汽温度、模糊PID 控制蒸汽压力、风煤 自组织、自学习控制料层温度、返料/排渣控制料层压差、自寻优经济燃烧控制烟气氧量、 智能 PID前馈控制炉膛负压。F. 连锁控制功能；g. 管理、控制统一和 i. 系统的自诊断及 容错。 l 系统的主要特点 1 DCS 系统的过程控制站采用高性能的 COU 快速响应和运行可靠。 2 系统可大可小，每个过程控制站都能独立、脱开操作员站完成对应的控制任务。过 程控制站和操作站、工程师站之间采用最新通用的以太网络技术，数据传输快，每个操作员 站都可对整个系统的数据作集中分析、统计和处理，集中管理各个被控对象。 3 系统可实现各站、 通讯网络、 CPU、 电源的冗余系统自动切换， 切换时间为＜300ms。 系统可靠性高。 4 系统的诊断功能强，可诊断到板卡级，并可通过软、硬件显示。 5 系统所有卡件都可带电插拔，方便维护、检修。 6 系统采用 32 位组态软件，采用 windows95/98、NT 操作平台，支持国际通用编程标 准。灵活组态，具有好的开放性和强的扩充能力。 7 直观汉化的人、机界面。 8 实时过程监视、监督控制和数据采集。完整的统计报告。 9 支持 SQL/ODBC 关系数据库连接。 10 准确报警和报警管理。 11 实时和历史趋势显示，供管理者和运行人员分析比较，提高运行管理水平。 l 应用效果 1 社会效益减少了锅炉烟尘及有害物的排放。提高锅炉运行效率，节约能源。确保 锅炉供汽质量。 提高了锅炉运行的安全性和可靠性， 消除了司炉人员技术水平对锅炉运行的 12 影响。改善了锅炉房环境，降低了司炉人员的劳动强度。提高对锅炉房的科学管理。 2 经济效益 从该系统在已投运的 1035T/H 链条锅炉和 3575T/H 流化床锅炉上的运 行测试得知，使用控制系统后，锅炉运行效率可提高 38 个百分点。灰渣含碳量下降。增加 了热电厂的机、炉稳定性，减少因故障停机的时间，节约运行、维修金额。 3.1.6.2 CYA-200 烟气排放连续检测系统 该系统是由长峰益来自动化科技有限公司利用 GEF〈高效工业锅炉〉项目的赠款 引进部分国外仪器设备，开发出的适合我国国情的烟气排放检测系统（CEMS） 。这是目前 中国功能最权、整体水平最高的烟气检测系统，整体应用水平已超过部分国外同类系统。 系统主要功能 检测烟尘浓度；检测 SO2 、NOx 、CO、CO2 、H2 S、HCL、NH3 的（标准、湿基、 干基和折算）浓度； 烟气流速；烟气温度；烟气湿度； 烟气含氧量等相关参数及统计排放率、 排放总量等。 系统的主要特点 1 使用于固定污染源的烟气排放连续监测，功能齐全，整体水平高。 气体污染物测量子系统采用目前国际上先进的稀释采样法配以传统的大气分析仪技术， 彻底 解决了样品气传输过程中的冷凝问题及采样探头的腐蚀与填塞问题。 2 全系统在线标定，大大提高了系统的连续测量精度。固态颗粒物测量子系统采用目 前国际上先 进的激光穿透法，工作稳定，灵敏度高，精度高及抗干扰能力强。 3 有强大的数据采集与处理系统。 4 支持多探头，适合多个烟囱，多烟道的场合。将测量结果实时网上传输至环保管理 部门的连续监测系统。系统已获得中国国家环保总局的认证。 5 系统国产化程度高， 除 SO2气体检测仪是进口外， 其他部分都为国产设备， 成本低， 维护方便。 系统应用效果及前景 经国家环保总局环境监测仪表质量监督检验中心对安装在北京邮电大学供热站的 CYA- 200 系统鉴定，该系统的零点漂移、满量程漂移、相对准确度、速度场系数精密度及 与重量法相关系数等指标全部合格。 随着中国的环境保护要求日益严格， 国家和地方对锅炉、 窑炉等的烟气排放的监测和管理必须依靠现代高科技控制手段， 作为中国的首套自动烟气监 控系统，目前已有少量用户安装使用。随着中国环保政策和监测措施力度的加强,预计该系 统将会被全国各地的环保部门及用户广泛使用。 3.2 国内有关单位引进的国外工业锅炉先进技术国内有关单位引进的国外工业锅炉先进技术 3.2.1 引进 Circofluid 流化床锅炉技术，用于 75130T/H 锅炉 1991 年由北京锅炉厂从美国的 RILIY Co.引进了德国 BABCOCK Co.的 Circofluid 流化 床锅炉技术。该技术的特点是采用中温分离，塔式布置，较低的风速，较低的循环倍率，调 节床温通过冷烟和冷灰的再循环。其主要优点是分离器体积小、阻力小、启动快；床内流 速低，能耗低，磨损小。锅炉效率高达 90.3，脱硫率高（Ca/S2，脱硫率＞90） ，NOx 排 13 放低（＜180 mg/m3 ＝ 但存在锅炉外型高大，金属耗量大，悬浮段出口受热面磨损的缺点。 至今，该厂已生产 130T/H 2 台，75T/H 36 台。主要用于热电联产。 3.2.2 RILEY 大型横梁式炉排技术，用于 3575T/H 锅炉 1990 年北京锅炉厂从美国 RILEY Co.引进了大型横梁式炉排技术。该炉排的特点是 布风均匀，漏煤少，燃烧效率高。并可向大型化发展。 该厂已生产用该炉排配套的锅炉有 17 台，其中 35T/H 3 台，29MW2 台，65T/H 2 台， 75T/H 10 台。主要用于热电厂。 3.3 中国自行研究、开发的工业锅炉先进技术中国自行研究、开发的工业锅炉先进技术 3.3.1 流化床锅炉下排气中温旋风分离器