蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)在鍋爐上的應(yīng)用課件

蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)

在氣體燃料鍋爐上的應(yīng)用

二○○七年七月

公司簡(jiǎn)介

北京神霧熱能技術(shù)有限公司創(chuàng)始于1995年，公司依靠擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的節(jié)能專(zhuān)利技術(shù)，一直致力于化石燃料（煤炭、石油、天然氣等）節(jié)能燃燒技術(shù)的研究、推廣及應(yīng)用。2006年銷(xiāo)售收入17億元。公司擁有銷(xiāo)售、技術(shù)、設(shè)計(jì)、制造和管理人員1000余人，擁有現(xiàn)代化的工業(yè)園、科技大樓和實(shí)驗(yàn)室。公司董事長(zhǎng)吳道洪博士利用蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)原理發(fā)明了蓄熱式燃燒技術(shù)，其技術(shù)被廣泛應(yīng)用于冶金、建材（陶瓷、玻璃、水泥）、機(jī)械加工、石油化工、有色金屬、鍋爐、電力等領(lǐng)域。迄今為止，公司在人才規(guī)模、年銷(xiāo)售額、應(yīng)用業(yè)績(jī)、技術(shù)創(chuàng)新成果、品牌知名度等方面均為中國(guó)同行業(yè)科技企業(yè)之首。公司先后榮獲了《中國(guó)節(jié)能服務(wù)十佳企業(yè)》、《未來(lái)之星——中國(guó)最具成長(zhǎng)性中小企業(yè)》、《高新技術(shù)企業(yè)》等幾十種榮譽(yù)稱(chēng)號(hào)。產(chǎn)品簡(jiǎn)介

按北京市節(jié)能環(huán)保和綠色奧運(yùn)工作的總體部署，2006年北京市科委以《高效節(jié)能、低污染新型天然氣鍋爐系統(tǒng)的研究與產(chǎn)業(yè)化》為課題組織多家科研院所及企業(yè)進(jìn)行了公開(kāi)招標(biāo)，神霧公司以獨(dú)有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)一舉中標(biāo)。目前，4t/h蓄熱冷凝式鍋爐已經(jīng)試驗(yàn)成功，并已經(jīng)完成蓄熱冷凝式鍋爐的產(chǎn)品系列化工作，大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化即將開(kāi)始！高溫空氣燃燒技術(shù)的原理蓄熱式燃燒技術(shù)的三大優(yōu)勢(shì)節(jié)能環(huán)保低品位燃料代替高品位燃料(優(yōu)勢(shì)能源代替稀缺能源)爐內(nèi)溫度場(chǎng)均勻高溫空氣燃燒技術(shù)的主要特點(diǎn)

采用蓄熱式煙氣余熱回收裝置，最大程度回收高溫?zé)煔獾奈锢盹@熱，大大提高了燃燒裝置的熱效率；在高溫空氣燃燒條件下，燃料蒸發(fā)、裂解、自燃等過(guò)程加速，燃燒區(qū)域邊界擴(kuò)大到整個(gè)爐膛，消除了局部高溫區(qū)，溫度分布更均勻；同時(shí)不斷換向燃燒，爐膛溫度分布均勻，有利于均勻加熱；采用貧氧燃燒，降低了NOX的產(chǎn)生，使氮氧化物排放低于200ppm（ppm指百萬(wàn)分之一），CO2等有害氣體的排放量比原來(lái)減少20%～40%，有效地減少了污染物的排放；燃燒火焰穩(wěn)定。

蓄熱式熱水、蒸汽鍋爐蓄熱式熱水、蒸汽鍋爐

在PLC控制系統(tǒng)的控制下，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，換向系統(tǒng)投入運(yùn)行；經(jīng)過(guò)30s~180s的爐膛吹掃后，系統(tǒng)正常工作。燃燒器A工作，常溫空氣經(jīng)空氣換向閥至燃燒器A，可空氣溫度預(yù)熱至900℃左右，與燃料混合后在爐膛內(nèi)燃燒；同時(shí)高溫?zé)煔饨?jīng)過(guò)燃燒器B后，蓄熱體蓄熱，出燃燒器B煙氣溫度降低到180℃左右，煙氣再進(jìn)入冷凝器熱回收變?yōu)?0℃左右排出。一個(gè)換向周期后，換向閥改變空氣和煙氣流向，B燃燒器工作，A燃燒器蓄熱；如此反復(fù)周期性交替燃燒。鍋爐的負(fù)荷調(diào)節(jié)通過(guò)數(shù)字燃燒來(lái)控制。單蓄熱冷凝式鍋爐的工作原理單蓄熱冷凝式鍋爐的工作原理

在PLC控制系統(tǒng)的控制下，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，換向系統(tǒng)投入運(yùn)行；經(jīng)過(guò)30s~180s的爐膛吹掃后，系統(tǒng)正常工作。燃燒器A工作，常溫空氣和煤氣分別經(jīng)空其、煤氣換向閥流經(jīng)燃燒器A，空氣和煤氣溫度都預(yù)熱至900℃左右，在爐膛內(nèi)混合燃燒；同時(shí)高溫?zé)煔饨?jīng)過(guò)燃燒器B后，燃燒器的空氣、煤氣蓄熱體蓄熱，出燃燒器B的煙氣溫度降低至150℃以下，煙氣再進(jìn)入冷凝器熱回收變?yōu)?0℃左右排出。一個(gè)換向周期后，換向閥改變空氣、煤氣和煙氣流向，B燃燒器工作，A燃燒器蓄熱；如此周而復(fù)始變換，通過(guò)蓄熱體這一媒介，排出的煙氣余熱絕大部分轉(zhuǎn)換成燃燒介質(zhì)的物理熱，被充分回收利用。鍋爐的負(fù)荷調(diào)節(jié)通過(guò)數(shù)字燃燒來(lái)控制。雙蓄熱冷凝式鍋爐的工作原理雙蓄熱冷凝式鍋爐的工作原理蓄熱冷凝式熱水鍋爐系統(tǒng)流程圖蓄熱冷凝式鍋爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)３－４噸蓄熱式鍋爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖蓄熱冷凝式鍋爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)６－１０噸蓄熱式鍋爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（火管）蓄熱冷凝式鍋爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)１５－４０噸蓄熱式鍋爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（水管）

在燃?xì)猓ㄌ烊粴猓╁仩t中，燃料中含有大量氫元素，燃燒產(chǎn)生大量水蒸汽。每1NM3天然氣燃燒后可以產(chǎn)生1.72KG水蒸汽，汽化潛熱大約為3900KJ，占天然氣的低位發(fā)熱量的10.8%左右。在排煙溫度高于100度時(shí)，水蒸汽不能釋放汽化潛熱；同時(shí)，高溫?zé)煔庖矌ё叽罅匡@熱，形成較大的排煙損失。煙氣冷凝余熱回收裝置，利用溫度較低的水冷卻煙氣，實(shí)現(xiàn)煙氣溫度降低，煙氣中水蒸汽冷凝，同時(shí)實(shí)現(xiàn)煙氣顯熱釋放和潛熱釋放，而換熱器內(nèi)的水吸熱被加熱，實(shí)現(xiàn)熱能回收，提高鍋爐熱效率。我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)：鍋爐熱效率是以燃料低位發(fā)熱值計(jì)算所得，未考慮燃料高位發(fā)熱值中汽化潛熱量的熱損失。因此冷凝鍋爐熱效率可以達(dá)到100%以上。冷凝器的原理冷凝器的結(jié)構(gòu)－熱管熱管式冷凝器冷凝器的結(jié)構(gòu)－翅片管熱煙氣冷煙氣進(jìn)水出水兩段式煤氣化裝置介紹十字隔墻式兩段爐是國(guó)內(nèi)最早的兩段爐型，此爐型內(nèi)部用耐火磚砌成十字形耐火通道及下煤通道，因煤在下落受熱的過(guò)程中容易在耐火磚表面掛渣，時(shí)間長(zhǎng)了以后，會(huì)造成耐火通道及下煤通道堵塞，從而影響了爐體的壽命。兩段式煤氣化裝置介紹一段半式兩段爐此爐型是在單段式煤氣爐的基礎(chǔ)上，加高干燥段而得名，它的氣化段和干餾段結(jié)構(gòu)不盡合理，下段煤氣容易帶出焦油，煤氣熱值不如十字隔墻和中心管式兩段爐。兩段式煤氣化裝置介紹中心管式兩段爐下段煤氣由36個(gè)耐火通道提取，并有6個(gè)-12個(gè)底部煤氣調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)節(jié)整個(gè)爐膛面的燃燒平衡，及上下段的煤氣流量，同時(shí)此爐型可實(shí)現(xiàn)上、下段煤氣單獨(dú)輸出。（1）底部煤氣另設(shè)一路中心管提取，其作用為：a.與周邊36個(gè)耐火通道共同組成干餾加熱空間，形成內(nèi)、外兩層環(huán)形圈輻射熱源。b.與周邊36個(gè)耐火通道共同組成爐膛斷面燃燒平衡系統(tǒng)，避免了國(guó)內(nèi)兩段爐燃燒中心黑洞問(wèn)題，能很方便的調(diào)節(jié)爐膛燃燒情況。（2）采用高灰盆水封，高氣化壓力運(yùn)行，發(fā)生爐氣化程度高，產(chǎn)氣量大。（3）爐柵驅(qū)動(dòng)除灰及下煤采用液壓系統(tǒng)，通過(guò)PLC機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。兩段式潔凈煤氣化裝置及工藝流程潔凈煤氣排放指標(biāo)序號(hào)名稱(chēng)單位指標(biāo)1焦油及輕油含量Mg/Nm3≤25Mg/m32含塵量Mg/Nm3≤25Mg/m33含水量Mg/Nm3≤100Mg/m34熱值kcal/Nm3≥14505硫含量Mg/Nm3≤25Mg/m3潔凈煤氣成分名稱(chēng)COH2CO2N2CH2O2潔凈煤氣23～3010～154～545～502～30.2～0.6項(xiàng)目實(shí)施方案

本方案按煤制氣燃燒替代原有的煤炭直接燃燒。以北京市房山區(qū)城關(guān)城東鍋爐房改造為例。目前，北京市房山區(qū)城東城關(guān)區(qū)依舊采用分散燃煤鍋爐采暖的方式，轄區(qū)內(nèi)的三座鍋爐房承擔(dān)該區(qū)域的供暖。5臺(tái)鍋爐總功率為26.6MW，平均熱負(fù)荷為4.43MW，都是小型燃煤鍋爐結(jié)構(gòu)?；谠O(shè)備的結(jié)構(gòu)性及配套輔機(jī)不相協(xié)調(diào)等因素，鍋爐的平均熱效率不到70%。每年采暖季節(jié)，轄區(qū)內(nèi)空氣污濁，居民生存環(huán)境受到嚴(yán)重威脅，已制約地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，并與國(guó)家倡導(dǎo)的全面落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀、構(gòu)建和諧社會(huì)的精神相矛盾的地步。項(xiàng)目實(shí)施方案2007年3月中國(guó)城市建設(shè)研究院對(duì)北京市房山區(qū)城東鍋爐房集中供熱體系作了一份項(xiàng)目建議書(shū)。該建議書(shū)的方案是建一座集中供熱站，替代原來(lái)的三個(gè)小供熱站，鍋爐的裝機(jī)容量為29MW和58MW的熱水鍋爐各一臺(tái)，鍋爐采用鏈條式燃煤熱水鍋爐。在此方案的基礎(chǔ)上，原有的管網(wǎng)、換熱站及配套設(shè)施不變，我們對(duì)站內(nèi)的鍋爐進(jìn)行改造。鍋爐采用我公司生產(chǎn)的冷凝蓄熱式熱水鍋爐，裝機(jī)容量不變，燃料改為煤制氣。項(xiàng)目投資情況原項(xiàng)目投資情況根據(jù)中國(guó)城市建設(shè)研究院《房山區(qū)城關(guān)城東鍋爐房集中供體系建議》書(shū)的投資估算，總投資額為13277萬(wàn)元，其中鍋爐設(shè)備（含輔機(jī)、脫硫、除塵）投資為2180萬(wàn)元新方案項(xiàng)目投資情況

我們對(duì)原方案的管網(wǎng)，換熱站及配套設(shè)施不改變，僅對(duì)鍋爐設(shè)備更換，其投資額為2380萬(wàn)元，其中包括神霧牌冷凝蓄熱式鍋爐兩臺(tái)套（29MW、58MW），潔凈煤氣站一個(gè)（六臺(tái)套￠3.2m的煤氣化裝置）經(jīng)濟(jì)效益分析大型煤鍋爐熱效率最高為72%，按采暖期為4個(gè)月，每天平均滿(mǎn)負(fù)荷工作10小時(shí)計(jì)，總計(jì)運(yùn)行1200小時(shí)，小時(shí)耗煤量為20噸左右，年消耗煤24228噸左右，按市場(chǎng)價(jià)500元/噸計(jì)算，年燃料費(fèi)用為1211萬(wàn)元。采用潔凈煤氣蓄熱式鍋爐熱效率可達(dá)101%，按采暖期為4個(gè)月，每天平均滿(mǎn)負(fù)荷工作10小時(shí)計(jì)，總計(jì)運(yùn)行1200小時(shí)，年消耗煤氣量為5785m3左右，燃料單價(jià)0.18元/Nm3，年燃料費(fèi)用為1041萬(wàn)元，和普通煤鍋爐對(duì)比，年節(jié)約燃料費(fèi)用170萬(wàn)元，同時(shí)煤制氣過(guò)程中可產(chǎn)生800噸焦油，焦油單價(jià)按2000元/T計(jì)，其價(jià)值為160萬(wàn)元。29MW、58MW鍋爐運(yùn)行費(fèi)用比較鍋爐型號(hào)蓄熱煤制氣蓄熱鍋爐蓄熱天然氣蓄熱鍋爐大型煤鍋爐鍋爐效率29MW101％104％72％58MW101％104％72％鍋爐能耗m3(Kg)/h29MW160702709673058MW32140541813460鍋爐運(yùn)行時(shí)間（h）

120012001200兩臺(tái)鍋爐總能耗量m3(Kg)29MW58MW燃料單價(jià)m3(Kg)/元/

0.1820.50年燃料消耗總價(jià)（萬(wàn)元）/

104119501211鍋爐投資（萬(wàn)元）/

238015002180說(shuō)明鍋爐運(yùn)行4個(gè)月，每天運(yùn)行16小時(shí)包括鍋爐、本體，燃燒器、潔凈煤氣站、安裝、控制包括鍋爐、輔機(jī)、安裝、控制包括鍋爐、輔機(jī)、除塵脫硫設(shè)備、安裝、控制蓄熱冷凝式鍋爐

與其它鍋爐運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比表鍋爐類(lèi)別燃料種類(lèi)燃料熱值鍋爐設(shè)計(jì)熱效率燃料單價(jià)折算60萬(wàn)大卡鍋爐的耗能成本（單位：元）電熱鍋爐電/98％1元/KW714WNS型鍋爐輕柴油10240Kcal/kg90％5元/kg325WNS型鍋爐城市煤氣4200kcal/Nm390％1.3元／Nm3206WNS型鍋爐天然氣8600kcal/Nm390％2.0元／Nm3155.2SZS燃煤鍋爐煙煤5000kcal/kg72%500元/kg83.3SWX（神霧蓄熱冷凝式鍋爐）天然氣8600kcal/Nm3104％2.0元／Nm3132.3SWX（神霧蓄熱冷凝式鍋爐）潔凈煤氣1450kcal/Nm3101％0.18元／Nm379.7不同燃料放出一萬(wàn)大卡熱量成本比較燃料品種煤炭煤制氣柴油重油天然氣電煤制氣(蓄熱冷凝)天然氣(蓄熱冷凝)折合燃料2Kg煙煤6.89Nm30.98Kg1.04Kg1.16m311.67度6.89Nm31.16m3燃料熱值5000Kcal/kg1450Kcal/Nm310240Kcal/kg9600Kcal/kg8600Kcal/m3857Kcal/度1450Kcal/Nm38600Kcal/m3鍋爐效率0.720.880.880.880.880.951.011.04實(shí)際消耗2.8Kg7.83m31.11Kg1.18Kg1.32m312.2度6.8m31.17m3燃料單價(jià)0.5元/Kg0.18元/m35元/Kg2.8元/Kg2.0元/m30.5元/度0.18元/m32.0元/m3燃料成本1.4元1.41元5.55元3.3元2.64元6.1元1.22元2.34元不同能源產(chǎn)生每噸蒸汽成本對(duì)照表能源種類(lèi)發(fā)熱值相對(duì)鍋爐熱效率能源單價(jià)每噸蒸汽成本煤炭5000Kcal/Kg72%0.5元/Kg83.3元煤制氣1400Kcal/Nm388%0.18元/Nm387.7元天然氣8600Kcal/Nm388%2.0元/Nm3158.6元柴油10240Kcal/Kg88%5元/Kg332.9元重油9600Kcal/Kg88%2.8元/Kg198.9元電95%0.5元/度368.4元煤制氣(蓄熱)1400Kcal/Nm398%0.18元/Nm382元天然氣(蓄熱)8600Kcal/Nm398%2.0元/Nm3142.4元常用燃料熱值對(duì)比

煤(優(yōu)質(zhì)煙煤)(Kcal/Kg)煤制氣(優(yōu)質(zhì)煙煤制氣)(Kcal/Nm3)柴油(Kcal/Kg)重油(Kcal/Kg)天然氣(Kcal/Nm3)城市煤氣(Kcal/Nm3)低位發(fā)熱值59001450102401000086983305高位發(fā)熱值66081550109661067096043676潛熱708100726670906371完全吸熱效率(%)112106.9107.1106.7110.4111.2溫室氣體排放比較

燃料品種煤炭煤制氣柴油重油天然氣折合燃料1T煙煤3448Nm