20T/H链条炉改
20T/H高低混合流速循环流化床锅炉
改
造
方
案
长沙千秋节能科技有限公司
目 录
一、公司简介
二、国内外循环流化床锅炉发展状况
三、改造的原因
四、技术改造方案
四、改造后的技术参数
五、改造内容、范围
六、工期
七、附录
1、高低混合流速循环流化床锅炉专利证书
2、方案图
3、业绩表
4、不同热效率的吨汽耗标煤量
5、不同飞灰含碳量对锅炉效率的影响
6、不同排烟温度排烟热损失
一、公司简介
长沙千秋节能科技有限公司是一家专门从事锅炉改造、锅炉技术开发、锅炉销售等的集科、工、贸于一体的高科技公司，注册资本1000万元；现有员工120余人，其中50多人具有高、中级技术职称；公司拥有四项具有自主知识产权和国际先进水平的锅炉专利技术，并与国内多家A级锅炉厂及A级锅炉部件制造厂建立了长期的合作关系，具有2—240t/h循环流化床锅炉的设计、制造、安装、调试、培训及技术服务等交钥匙工程的总承包能力。清华大学热能工程系是公司的主要技术合作单位，聘请了清华大学热能工程系享受国家特殊津贴的全国十大燃烧专家之一、中国流化床锅炉第一人曹柏林教授和全国著名循环流化床技术专家、中南大学能源学院兼职教授何相助教授为技术顾问。经过多年的研究和实践，开发了具有自主知识产权和国际先进水平的高低混合流速循环流化床锅炉专利技术、复合循环流化床锅炉专利技术、风动联合炉排生物质锅炉专利技术、复合燃烧机专利技术、循环流化床导热油锅炉、组装循环流化床锅炉、优化型异形高温分离器、优化型多管中温分离器等多项锅炉专利技术及产品，并已推广应用到全国近百家企业的200余台锅炉中，创造了显著的经济效益和社会效益。公司改造或新建的锅炉具有有效容积大、烟气停留时间长、热效率高、磨损轻的特点，运行长期、稳定、高效，锅炉热效率可达90%以上，飞灰含碳量小于5%，炉渣含碳量小于1.5%，水冷壁管、过热器寿命10年以上，省煤器寿命5年以上，埋管寿命4年以上。节能减排，功在千秋，利在万代。我公司本着“求实、创新、诚信、共赢”的经营宗旨，热烈欢迎国内外广大客户前来洽谈合作，共同努力为国家的节能减排事业做出我们应有的贡献。
二、国内外循环流化床锅炉发展状况
循环流化床锅炉是在常规流化床锅炉的基础上加上飞灰循环燃烧而发展起来的。因此要了解什么是循环流化床锅炉必须先了解什么是流化床锅炉，从固体粒子流态化过程来看，从固定床（煤粒在炉蓖上静止不动，即层燃炉）开始，随着风量的增加，即空筒流速（通常叫表观流速或流化速度）的增加→细粒在煤层表面流化，是为细粒流态化→炉蓖上开始产生气泡，是称鼓泡流态化（即常规流化床，又名鼓泡流化床或沸腾床，此时的沸腾床有明显的上界面）→湍流流态化（湍流流化床，此时气泡变细狭窄状，波动振幅增大，上界面已不甚清晰）→快速流态化（高速流化床，此时的流化床内已无气泡，也无上界面，颗粒聚合成絮团状粒子束，粒子束不断形成与解体，形成强烈的固体返混，此时煤粒与气流的相对速度达最大，因此大大强化了燃烧与传热）→气力输送（即煤粉燃烧，此时煤粉与气流间的相对速度近于零，即已无相对速度）。
经典的循环流化床锅炉的炉内流态化工况应为高速流化床工况，故严格而言，循环流化床锅炉不仅是在炉膛出口处加一个分离器收集部分飞灰返回炉膛燃烧而已，而是其炉内流态化工况应属于高速流化床工况，但实际存在的循环流化床其下部浓相区为鼓泡流化床或湍流床，上部稀相区为高速流化床。但国内有相当数量的流化床锅炉仅是在鼓泡流化床炉膛出口加一个分离器收集部分飞灰返回炉膛燃烧（即其上部稀相区未达高速流化床工况），现也称为循环床。
循环流化床锅炉的优缺点
优点：
①燃料适应性广——几乎可燃用各种优、劣质燃料。如优、劣质烟煤（包括高硫煤），无烟煤，泥煤，煤泥，矸石，炉渣，油焦，焦炭，生活垃圾，生物质废料等等。
②燃烧效率高——对无烟煤可达97％，对其他煤可达98～99.5％，可与煤粉燃烧相竞争。
③环保性能好
a）炉内可直接加石灰石脱硫，成本低，脱硫效率高，当Ca/S比为1.5～2.5时，脱硫效率可达85％～90％，石灰石循环利用，其利用率比常规流化床提高近一倍。
b）分段送风，低温燃烧，NOx排放量低(～120ppm)，即为煤粉炉排放量的1/3～1/4。
④燃烧强度高，床面积小，给煤点少，利于大型化。
⑤负荷调节范围大（110～25％），调节速度可快，利于调峰。也可压火。
⑥燃料仅需破碎到10mm以下，无需磨煤制粉系统。
⑦灰渣可综合利用，减少环境污染。因其低温燃烧，灰渣可保持活性，可制作水泥，提炼稀有金属（硒、锗）等。
缺点：
高循环倍率流化床锅炉的炉膛高大，初投资大；分离循环系统复杂，自身电耗大；循环灰浓度大，受热面磨损大等。
我国在上世纪80年代初开始研究开发循环流化床燃烧技术，与西方国家不同，原我国发展循环流化床锅炉的主要目的是解决劣质煤的应用问题。近年来，我国环保要求日益严格，再加上煤价上涨，煤质变化大，大量中、小型（130t/h以下）层燃炉与煤粉炉要求进行技术改造等原因，大大地促进了循环流化床锅炉技术的发展。循环流化床锅炉已成为目前工业锅炉、中、小型热电厂及大型电站的优选技术之一。
上世纪80年代以来，我国循环流化床锅炉数量和单台容量逐渐增加，几乎D级以上的锅炉厂无一不在生产循环流化床锅炉。容量从4、6、8、10、12、15、20、25、30、35、50、65、75、90、130、220、400、410到670吨/时。据不完全统计，现有近2000台35～460吨/时循环流化床锅炉在运行、安装、制造或订货。平均单台炉容量从37.40吨/时上升到106.80吨/时，蒸汽参数从低压、次中压、中压、高压到超高压。有关研究机关和高校正在研制、开发超临界参数的600～800MW的循环流化床锅炉，来满足我国大型电站的迫切需求。
已投入运行的循环流化床锅炉已2000余台，其中大于410吨/时的100余台，无论总容量或台数均已超过了除我国大陆以外的全世界循环流化床锅炉的总和。
但是，目前的循环流化床锅炉派系林立，种类繁多，热效率参差不齐，高的达到86％—88％，低的不到65％，飞灰含碳量高的40％以上，低的不到5％，稳定运行周期不确定，有的能连续运行3000小时以上，有的不到200小时，送风机的电耗，高的达到12kWH/吨汽，低的不足6kWH/吨汽，有的厂家新上或改造为循环流化床锅炉后，给企业带到了巨大的经济效益，有的企业新上或改造循环流化床后带来了灾难性的损失，分析原因，主要有以下几个方面：
1、热效率问题
（1）有效容积
各类型的循环流化床锅炉，烟气在炉内的停留时间不一样，有的不到2秒，有的5秒以上，换句话说，炉内的有效容积（即燃用烟煤850℃以上的容积，燃用无烟煤930℃以上的容积）有的不足3m3/吨汽，有的高达5.5m3/吨汽以上，虽然有的容积高达5 m3/吨汽以上，但炉内温度偏低，有效容积太小，有部分锅炉的过热器为屏式的，占用了大部分容积，且炉膛温度过高，导致过热蒸汽温度超温，为保证过热器温度，不得不牺牲炉膛有效容积。另外，由于小于0.1mm的煤粒，相当部分分离器无法捕捉下来，只有靠一次性在炉内燃烬，而炉膛有效容积太小，细灰在炉内难以燃烬，导致热效率低，飞灰含碳量高。炉膛有效容积除设计原因外，燃用煤种也可以导致有效容积的变化，当<1mm的煤粒增多时，悬浮段温度过高，密相区的温度偏低，当<1mm的煤粒过少时，悬浮段温度偏低，也导致炉膛有效容积减少。对于高速床而言，炉内温度主要靠循环量来调节，因此，煤的颗粒变化对高速床影响较小，对低速床影响较大。
（2）分离器的位置及分离效率
高温分离器分离下来的飞灰直接进入炉膛，易着火燃烬，但高温分离器材质要求高，中温分离器材质易解决，但对燃烬不利。分离器的效率也直接影响了热效率。分离器的效率高，但阻力大，电耗高。如何平衡考虑，也是循环流化床的一个设计问题。惯性分离器如平面流、百叶窗、槽型分离器，结构简单阻力小，但一般来说分离效率不到40%，离心分离器如旋风上排气，旋风下排气，旋风多管分离器结构复杂，阻力大，一般为800——1000Pa，但分离效率都在95%以上。
（3）飞灰燃烬
碳的燃烬必须具备三个条件，充分的氧进行反应，温度、停留时间，虽然有了足够的有效容积，延长了停留时间，有相应的温度，但在飞灰燃烬过程中，由于碳粒子周围形成了一定的灰壳，外面的氧很难与碳粒子接触发生反应，同样使得难以燃烬，因此，在有效容积的范围内，必须有气流扰动，打破其灰壳，才能使得碳与氧发生良好的反应，如具有旋风高温分离的流化床，由于气流的旋转，切向运动切割，打破了灰壳，碳粒子能很好的与氧接触发生反应，所以飞灰含碳量低。在有效容积范围内，没有气流扰动的，尽管有足够的温度与时间，飞灰含碳量也难以下降到极限。
2、负荷问题。
低速床的埋管受热量的吸热量占了整个蒸发吸热量的40%，所以，带埋管的低速床只要各参数如炉膛各截面的温度达到设计要求，负荷一般都能保证，并具有一定的超负荷能力。
对于高速床而言，由于整个蒸发受热面，主要靠炉内辐射，它的传热系数一是靠炉内的温度，二是靠飞灰的浓度，温度高，传热系数大，负荷高。如果燃用低热值的燃料（发热量在2000大卡/公斤以下）时，为了维持高温，必须覆盖一部分受热面，这样，虽然提高了传热系数，但减少受热面，炉膛必须有相当大的空间，否则难以达到满负荷，现也有人在炉膛出口增设对流管，来增加受热面，达到满负荷的目的，这也是一个可取的办法，另一方面，如果煤的灰分在20%以下时，发热量高，解决以上的问题，但由于灰量少，循环量少，也直接影响了传热系数，使之负荷下降。
3磨损问题
高速床虽然没有严格的稀相区与密相区之分，但下面颗粒粗，磨损要严重，下部较轻。低速床有明显的稀相区与密相区之分，密相区的磨损明显严重。
高速床没有坦管，不存在埋管磨损，但水冷壁管磨损严重。
低速床有埋管，埋管必须采取有效的防磨措施，才能保证其寿命达到2-3年。
过热器、省煤器主要靠选择合理的烟气流速，如烟气流速选择适当，过热器寿命可大于8年，省煤器寿命可大于5年。分离器在过热器之前，过热器磨损较轻，否则，加剧，另一方面，要特别注意烟气偏流问题，即使烟气流速选择合适，由于烟气偏流，造成局部流速过高，也同样影响了过热器、省煤器的寿命。
三、改造的原因
1、提高热效率
链条炉的热效率一般在70%左右，循环流化床锅炉热效率在85%以上，提高热效率15个百分点，节能20%左右。按年耗煤量2万吨计算，节煤4000吨。按每吨煤价540元计算，年可节约人民币216万元。
2、提高负荷
链条炉的负荷一般在80%-90%，即16吨到18吨，改成循环流化床后，可以根据需要改成20吨/小时或25吨/小时，还有10%的超负荷能力。
3、煤种适应性广
循环流化床锅炉可以燃用烟煤、无烟煤，也可以燃用煤矸石、可以设计成燃用1000大卡/公斤-6500大卡/公斤的任何煤种。当设计煤种确定时，燃用时可以按设计煤种上浮1500大卡/公斤，下浮500大卡/公斤。例如，按4000大卡/公斤设计，可以燃用3500-5500大卡/公斤的煤
四、本次改造的技术方案
采用高低混合流速循环流化床锅炉专利技术。专利号：02223608.2
1、本技术的特点：
高、低混合流速循环流化床，即上部为高流速，下部为低流速，采用内置水冷旋风高温分离器它具有以下几个特点：
（1）下部为低流速，即磨损严重的密相区为低流速，所以磨损大为减轻。
（2）上部为高流速，流速大，携带能力强，分离效率高，循环倍率高
（3）颗粒在炉内有良好的高温燃烧条件，且停留时间为高速床的2倍左右。
（4）中温分离器为平行四边形多管分离器，分离效率高达98%以上，积木结构，维修更换方便。
（5）由于采取了以上的措施，热效率一般大于86%，飞灰含碳量低，一般在6%以下。
（6）炉膛侧墙受热面采用挂砖结构，悬浮燃烧温度、蒸发受热面、负荷、过热蒸汽温度调节十分方便。
（8）布置有高传热系数的埋管受热面，锅炉高度方向与煤粉炉、链条炉基本相同，金属耗量低。。
（9）布风板面积比高速循环流化床大，但比低速循环流化床小得多。35T/H的为7—8平方米，130T/H的为18—20平方米，给煤、点火都十分方便，易于锅炉大型化。
（10）高速床没有埋管，但高、低混合流速循环流化床有一定的埋管，埋管面积比普通低速床少得多，埋管间距大，布置位置高，所以磨损轻，使用寿命长（采用防护瓦结构，只换防磨瓦，不换埋管）。
2、提高热效率的措施
将锅炉前墙前移，气包升高，增大了炉膛的容积，炉内受热面通过挂砖调节，使各部位的温差控制在50度以内，整个容积都是有效容积，有效容积可以达到6立方米/吨汽。
由于分离器采用平行四边形多管旋风分离器，旋转烟气的扰动打破了灰包碳结构，有利于飞灰燃烬，分离效率高，循环倍率高，热效率高。
3、提高负荷的措施
本方案采用高低混合流速循环流化床技术，下部布有埋管，埋管的吸热量是整个蒸发吸热量的40%以上，所以在燃用低热值燃料（1000大卡/公斤以上）也可使锅炉的出力能够达到满负荷，并有一定的超负荷能力。
4、防磨措施
（1）埋管
埋管最低点位置选择合理为500mm穿过埋管的流速低，加之埋管采用铁铝瓷防磨片，使用寿命长，更换十分方便。
（2）炉膛窗口管采用耐高温合金护瓦，使用寿命长，更换方便。
（3）过热器
过热器迎风面及弯头均焊有防磨片或防磨瓦。
（4）省煤器
省煤器烟速控制在6.5M/S左右，每组省煤器进出口均焊有防磨瓦。
（5）空气预热器
空气预热器进口装有防磨套管。
（6）炉墙磨损
密相区采用优质耐火、耐磨材料，流化速度3—4M/S
五、改造后锅炉技术性能参数
1、蒸发量：22t/h
2、蒸汽压力：2.45Mpa
3、蒸汽温度：400℃
4、给水温度：104℃
5、排烟温度：≤150℃
6、负荷调节范围：40～110%
7、热效率：设计效率≥86%，保证热效率≥84%
8、灰渣中的可燃物：≤2%
9、飞灰中的可燃物：≤10%
10、设计煤种：江西劣质烟煤（发热量4000Kcal/kg左右）
11、烟气黑度：＜林格曼1级
六、改造内容、范围
锅炉气包升高2m，炉宽不变，前墙前移，竖井烟道不变。
（1）改造内容：
a、锅炉的高度升高2m、宽度、尾部竖井尺寸不变，但前墙前移1550mm。
b、厂房、主体基础、钢架楼梯平台不变。
c、汽包、过热器、对流管束相对位置不变，整体提高2m，省煤器、空预器位置不变。
d、整个炉膛采用重型炉膛结构。
e、布有横埋管，埋管面积27m2。
f、更换制煤和给煤系统。
g、更换鼓引风机、烟风道作适当调整。
h、更新等压风箱、布风板、风帽、分离回送系统。
i、仪表、电器更新点火平台、本体基础利旧，风机基础更新。
j、木炭点火。
k、机械出渣。
（2）改造范围
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序号 |
名 称 |
规格型号或保质期 |
材质 |
改造方式 |
备 注 |
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一、 |
锅炉本体 |
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| 〈一〉 | 锅筒及内部装置、阀门、仪表 |
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利旧 |
位置抬高2m | |
| 〈二〉 | 排气阀、主蒸汽管道系统 |
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利旧 |
| |
| 〈三〉 | 原钢架、扶梯、平台、栏杆 |
|
利旧 |
| |
| 新增两立柱及横梁、平台、扶梯、栏杆 |
槽钢 |
Q235-A |
新增 |
| |
| 〈四〉 | 炉膛水冷壁管 |
≥6万小时 |
20GB3087 |
改造更新 |
加长 |
| 下降管 |
≥10万小时 |
20GB3087 |
改造更新 |
加长 | |
| 埋管 |
≥30个月 |
20GB3087 |
新增 |
| |
| 集箱 |
|
20GB3087 |
新增 |
| |
| 〈五〉 | 低温过热器管束 |
|
|
利旧 |
位置抬高2m |
| 高温过热器管束 |
|
|
利旧 |
位置抬高2m | |
| 减温器 |
|
|
利旧 |
位置抬高2m | |
| 过热器集箱 |
|
|
利旧 |
位置抬高2m | |
| 〈六〉 | 省煤器 |
|
|
利旧 |
|
| 〈七〉 | 空气预热器 |
20# |
利旧 |
| |
| 〈八〉 | 排污系统（含阀门） |
|
|
利旧改造 |
|
| 〈九〉 | 给水系统（含阀门） |
|
利旧 |
| |
|
〈十〉 |
对流管 |
利旧 |
位置抬高2m | ||
|
二、 |
基础炉墙 |
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| ||
| 〈一〉 | 基础 |
|
|
| |
| 原基础 |
|
利旧 |
| ||
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|
布风板及炉墙承重基础 | 钢架基础 |
|
新增 |
|
|
|
鼓、引风基础 | 钢筋混凝土 |
|
更新 |
|
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〈二〉 |
炉墙 |
|
|
| |
|
1、 |
炉膛炉墙 | 粘土耐火砖、红砖 |
|
更新 |
|
|
2、 |
过热器炉墙 | 粘土耐火砖、红砖 |
|
更新 |
|
|
3、 |
尾部坚井炉墙 |
粘土耐火砖、红砖 |
|
利旧 |
加高2m |
|
4、 |
竖井顶部炉顶 | 粘土耐火砖 |
|
更新 |
位置抬高2m |
|
5、 |
前炉顶 | 高铝浇注料 |
|
更新 |
位置抬高2m |
| 〈三〉 | 新增布风板至原操作平台高度范围的炉墙 | 磷酸盐耐磨耐火砖、粘土耐火砖、红砖 |
|
新增 |
|
| 〈四〉 | 新增本体管道保温 | 岩棉主材 |
|
新增 |
|
|
三、 |
辅机、电器、仪表 |
|
| ||
| 〈一〉 | 鼓风机及电机 | 按设计要求选型132Kw |
|
更新 |
|
| 〈二〉 | 引风机及电机 | 按设计要求选型110Kw |
|
更新 |
|
| 〈三〉 | 仪表 |
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|
| |
| 1、 | 原仪表、表盘 |
|
改造更新 |
| |
| 2、 | 温度表、压力表 |
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| 沸上、沸下各2支 |
镍铬—镍硅 |
|
新增 |
沸下含保护套 | |
| 炉膛出口1支 |
镍铬—镍硅 |
|
新增 |
| |
| 风箱压力表1支 |
YEG—101 |
|
新增 |
| |
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|
炉膛负压表1支 |
YEG—101 |
|
新增 |
|
