循环流化床锅炉构造工作原理及节能分析-修改ppt

  循环流化床锅炉构造工作原理及节能分析 迁安恒晖热电有限公司 张志山 TelEmail: 电站锅炉的作用 三种形式的能量转换过程： 在锅炉中燃烧的化学能转化为热能 在汽轮机中热能转化成机械能 在发电机中机械能转化成电能 三大主机中，锅炉是最基本的能量转换设备 锅炉是由“锅”和“炉”两部分所组成的 锅是锅炉设备中的汽水系统，送入锅炉的水，在汽水系统内首先吸热蒸发成饱和蒸汽然后再吸热变成过热蒸汽，是吸热。 炉是锅炉设备中的风、煤、烟系统。这一系统中，煤与空气中的氧气化合燃烧放热，产生高温火焰和烟气，是放热。 饱和蒸汽与过热蒸汽 汽化潜热： 1kg饱和液体定压汽化为饱和蒸汽所需的热量。 热量传递的三种基本方式 导热： 物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递。 如：固体与固体之间及固体内部的热量传递。 对流： 由于流体的宏观运动，从而使流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。对流仅发生在流体中，对流的同时必伴随有导热现象。 对流换热：流体流过一个物体表面时的热量传递过程。 热辐射： 辐射和热辐射 物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射。因热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射。 辐射换热 辐射与吸收过程的综合作用造成了以辐射方式来进行的物体间的热量传递称辐射换热。自然界中的物体都在不停的向空间发出热辐射，同时又不断的吸收其他物体发出的辐射热。 辐射换热是一个动态过程，当物体与周围环境和温度处于热平衡时，辐射换热量为零，但辐射与吸收过程仍在不停的进行，只是辐射热与吸收热相等。 导热、对流、辐射的评述 导热、对流两种热量传递方式，只在有物质存在的条件下，才能实现，而热辐射不需中间介质，可以在真空中传递，而且在真空中辐射能的传递最有效。 锅炉的构成和工作过程 锅炉本体最重要的包含点火燃烧器、水冷壁、过热器、汽包、下降管、蒸发管、省煤器、空气预热器、集箱等 锅炉辅机主要有：送风机、一次风机、引风机、罗茨风机、给煤机、除尘器等 点火燃烧器：锅炉冷态点火用 蒸发设备：它由汽包、下降管、水冷壁、蒸发管、集箱及其连接管组成。其任务是吸收炉内燃料燃烧放出来的热量，使饱和水变成有很多压力的饱和蒸汽 水循环回路 汽包的作用 汽包与下降管、水冷壁连接组成自然水循环系统。同时汽包又接受省煤器来的给水，还向过热器输送饱和蒸汽，所以汽包是加热、蒸发、过热这三个过程的连接枢纽。 汽包中存在一定量的水量，因而有一定的储热能力，在负荷变化时，可以减缓汽压变化的速度。 汽包中装有各种设备，用以保证蒸汽品质。 汽包上装有压力表、水位计和安全阀等附件，用以控制汽包压力，监视炉内水位，保证锅炉安全工作。 下降管的作用： 把汽包中的水连续不断地送往下集箱供给水冷壁以维持正常的水循环。 下降管一般置于炉外，不受热 水冷壁的作用 吸收炉内辐射热，将水加热成饱和蒸汽； 保护炉墙，简化炉墙结构； 吸收炉内热量，把烟气冷却到炉膛出口所允许的温度，防止出口结渣； 由于在炉内是吸收辐射热，传热效果好，故能降低锅炉钢材消耗量及锅炉造价。 常见的有光管水冷壁、膜式水冷壁。 省煤器的作用 提高给水温度； 降低烟气温度、回收烟气热，提高锅炉效率； 进入汽包的水接近饱和温度减少因温差造成的应力，改善了汽包的工作条件。 空气预热器的作用： 吸收排烟余热，提高锅炉效率； 提高空气温度，可强化燃烧，降低机械不完全燃烧损失和化学不完全燃烧损失，减少过剩空气量； 提高空气温度，使燃烧室温度上升，强化辐射热。 过热器的作用 将饱和蒸汽加热成为具有一定温度的过热蒸汽。 特点： 过热器是锅炉中金属壁温最高的受热面，对材质要求高。 过热器阻力不能太大。 过热器出口汽温将随锅炉负荷的改变而变化。 减温器的作用： 调节过热蒸汽温度，使过热器的温度控制在一定的范围内。 减温器有面式及混合式两种。 减温器位于高温过热器与低温过热器之间。介质为给水。 燃料 煤的元素分析成份： 煤：可按元素分析法和工业分析法研究其组成及性质。 主要成份包括C、H、O、N、S，灰份A、水份W。其中：C、H、S是可燃的，其余都是不可燃的。 1、碳是煤中最主要的可燃元素，含量约占40～85%： C+O2=CO2+7850大卡/公斤 C+1/2 O2＝CO+2214大卡/公斤 2、氢是煤中发热量最高的元素约占3～6%： 2H2+ O2 =2 H2O+34180大卡/公斤 4 36 1Kg H2升成9Kg水，水的汽化潜热600大卡/公斤 1Kg H2燃烧时实际放出热量为34180-9×600＝28780大卡/公斤 3、氧是煤中高杂质。 4、氮是煤中的杂质，约占0.5～1.5% 5、硫是可燃元素，约占0.3～3% S+ O2 = SO2+2160大卡/公斤 但与水蒸汽结合生成的亚硫酸或硫酸蒸汽是有害的： A：腐蚀尾部受热面； B：对大气有污染，形成酸雨。 6、水份是煤中杂质 煤中水份由表面水和固有水组成。表面水叫外水，固有水叫内水。外水靠自然干燥可以除掉。内水必须把煤加热到102～105℃，并保持两小时才能除掉。水份多的煤着火困难，降低燃烧室温度，增加不完全燃烧损失。 7、灰份 煤中不能燃烧的矿物质。也是煤中的主要杂质。 煤的工业分析成份 煤的元素分析是很复杂的，在实际中常采用工业分析法。 水份：把试样放在烘干箱内，保持102～105℃约2小时，试样所失去的重量占原试样的重量的百分数即为水份。 挥发份：把上述失去水份的试样置于不通风的条件下，加热到850℃，这时挥发性气体不断析出，约7分钟后可基本结束，煤失去的重量占原试样重量的百分数即为该煤的挥发份。 固定碳和灰份：去掉水份和挥发份后，煤的剩余部分称为焦碳。将焦碳放在800℃下灼烧（别出现火焰）到重量不再变化时，取出来冷却，这时焦碳失去的重量就是固定碳的重量，剩余部分则是灰份重量，占原试样的百分数即是各自的含量。 煤的主要特性 1、发热量 单位量的燃料在完全燃烧时所放出的热量称为燃料发热量，其单位为大卡/公斤。 燃料的发热量有高位和低位之分。 高位发热量是指一公斤燃料完全燃烧时放出的全部热量。包括烟气中水蒸汽已凝结成水所放出的汽化潜热。 从高位发热量中扣出这部分热量后称为低位发热量。 发电厂均用低位发热量。 2、挥发份 燃料中挥发物质随温度不断升高而挥发出来，这些气体大部分是可燃的，如：CO、H2、CH4、H2S等。 挥发份越多越易着火。 褐煤＞40%，烟煤20～40%，贫煤10～20%，无烟煤＜10%。 3、焦结性 4、灰份的熔点 变型温度t1、软化温度t2、熔化温度t3 燃料的燃烧计算 1、碳的燃烧 完全燃烧时 12.01公斤C+32公斤O2=44.01公斤（或22.4标米3）CO2 1公斤C+2.667公斤O2=3.667公斤（或1.866标米3）CO2 不完全燃烧时 2C+ O2=2CO 24.02公斤C+32公斤O2＝56.02公斤（或44.8标米3）CO 1公斤C+1.333公斤O2＝2.333公斤（或1.866标米3）CO 比较发现：不管1公斤碳生成CO2还是CO，生成的容积都是1.866标米3。 2、氢的燃烧 2H2+O2=2H2O 4.032公斤H2+32公斤O2=36.032公斤H2O 1公斤H2+7.94公斤O2=8.94公斤H2O 3、硫的燃烧 S+O2=SO2 32公斤S+32公斤O2=64公斤SO2 1公斤S+1公斤O2=2公斤SO2 燃料燃烧时的空气需要量 理论空气需要量 实际空气需要量及过量空气系数 燃料在炉内燃烧时，很难与空气达到完全理想的混合，如仅按理论需要量给它供应空气，必然会有一部分燃料不能完全燃烧，因此，给燃料实际供应的空气量Vk应比理论空气量V0多一些。实际空气量Vk与理论空气量V0之比，称为过剩空气系数α。 流化床锅炉由于燃料颗粒大，需要的空气量比煤粉炉大一些，通常控制在α=1.3或α=1.25。 锅炉的热损失： 影响q4的重要的因素是炉灰量和炉灰中残碳的含量。显然，煤中的灰份和水份越多，挥发份含量越少，q4越大。 2、化学不完全燃烧 化学不完全燃烧损失q3是由于烟气中残余的可燃气体所造成的，主要是CO，少量的H2及CH4一般不超过0.5%。 式中：Vgy：干烟气容积标米3/公斤 CO：烟气分析测得的烟中CO含量的百分数% H2：由烟气分析测得的烟中H2含量的百分数% CH4：由烟气分析测得的烟中CH4含量的百分数% 过剩空气系数太小，O2供应不足。 炉膛温度过低，CO在800℃以下很难燃烧。 挥发份太高。 过剩空气系数太小，O2供应不足。 炉膛温度过低，CO在800℃以下很难燃烧。 挥发份太高。 3、排烟热损失q2 锅炉的排烟热损失主要是由于排烟带走了一部分锅炉的热量所造成的。 排烟热损失是最大一项损失，约占4～8%。 式中： Ipy：排烟焓大卡/公斤；αpy：空气预热器后的过剩空气系数；I0LK：理论冷空气的焓大卡/公斤；Qr：低位发热量。 影响q2的重要的因素是排烟焓的高低，也就是说重要的因素是排烟容积和排烟温度，容积及温度越大q2越高。 降排烟温度应慎重：增大受热面成本增加，太低造成空气预热器腐蚀。 最佳的过剩空气系数是有效的。 锅炉受热面结渣、堵灰，造成排烟温度上升。 烟道及炉膛漏风会增大排烟容积。 4、散热器损失q5 锅炉在运行中，汽包、集箱、汽水管道、炉墙等的温度均高于周围空气的温度，因而一部分热量会散失到空气中形成损失，散热损失一般在0.2～0.8％左右。 正常保温情况下： 20T/h炉为0.8％ 40T/h炉为0.62％ 75T/h炉为0.5％ 130T/h炉为0.4％ 220T/h炉为0.34％ 670T/h炉为0.25％ 散热损失与炉外表面积、保温材料、空气温度、炉墙结构有关。 5、灰渣热物理损失q6 锅炉炉渣排出炉外带出的热量 式中： Ay：灰份百分数 αlz：炉渣中纯灰占燃料总灰量的份额 (Cθ)lz：炉渣比热与其温度的乘积 q6的大小主要与煤中灰含量的多少，炉渣占总灰量的份额以及炉渣温度高低有关。 锅炉热效率的计算 正平衡 Q1：有效利用热（输出热） Qr：输入热量 反平衡： 项目对比方案 如果能按3%谈下来当然好，如果对方不认可，应当采取以下措施： 1、收集改造前一年的三台炉报表，进行数据统计，做出曲线及吨标煤产汽量平均值，并让其认可。 2、改造一个月后做测量，先编制对比测试方案： （1）入炉煤量与热值计量准确（10分钟取样一次），测量前校准。 （2）蒸汽流量表校准后贴封条（包括变送器及阀门）。 （3）给水温度与改造前相一致。 （4）连续排污锁定，定其排污跟人操作。 （5）锅炉负荷与改造前保持一致，最好为额定负荷的80－90%。 （6）锅炉负荷变化率≤5%。 （7）煤较均匀，热值相对来说比较稳定，粒度应小于10mm（很重要）。 （8）监测排渣及飞灰含可燃物量。 （9）氧量控制在5－6%左右（过剩余空气系数为1.3较为合适）。 （10）负压控制在-150－200Pa较为合适。 （11）风室压力（一次风）控制在15000Pa，即稳定、排渣含碳量又低。 （12）床温尽量控制在950－980℃，燃烧效率高。 （13）注意冷渣器冷却水不能中断或缺水。 （14）汽包水位波动越小越好。 （15）炉膛受热面有没有走短路现象？需仔细地了解。 （16）锅炉漏水漏汽有没有？ （17）锅炉本体保温有没有破损？ （18）锅炉事故放水是否严密？ 热电厂节能改造项目 锅炉专家系统（软件） 低真空循环水供暖改造 投资小，系统简单 回收60%以上热能，效益非常显著，全厂热效率达到80%以上 需要汽轮机专业方面的人才 节能量测定准确，双方无争议 风机变频改造 能准确测出节能量（电度表） 投资相对较大，特别是高压变频 设备运行稳定 锅炉低负荷时节电50%~70%，即使满负荷运行节电率也能达到20%，效益可观 将电动给水泵及热网循环泵改造为汽动泵 需核对除氧器用气量及热网加热器用气量 节电效益明显，大约为50% 比变频造价低，更容易实现自动化控制 简单易操作 节能量核定准确 电除尘节电控制器 节电率为50%，测定准确 投资小，一台电除尘大约只需30万元 运行可靠 不影响原除尘效率 将电厂化学制水的离子交换器改为反渗透运行 每年节约费用（综合比对）60%以上（酸碱费） 减少对地下水源的污染 投资较大，一般为500万左右 自动化水平较高，基本不需人工操作 燃煤填加剂 节煤8%~10%,不提高锅炉效率，提高煤的燃烧效率 煤价在0.095元/卡是平衡点，填加剂23万元/吨，填加量万分之一即可 设备简单 生产填加剂需挖专业人才（猎头公司） 山东省已大量采用并获国家发改委认可 节能率当时可测 汽轮机结垢在线清洗 ⑴ 汽轮机结垢后，影响出力5%～20%，甚至更高。 ⑵ 需要单元制机组或能隔绝成单元制，必须是一炉对一机。 ⑶ 不用停产，降低负荷即可。 ⑷ 时间短，四个小时就可以完成。 ⑸ 清洗后，汽轮机达到设计能力及效率。 ⑹ 有风险，必须有汽轮机运行专业人才。 循环流化床锅炉用钢渣代替石灰石脱硫，提高锅炉效率，降低购买脱硫剂费用。 ⑴ 原理： CaCO3 CO2+CaO-183KJ/mol CaO+SO2 CaSO4 MgO+SO2 MgSO4 1吨CaCO3需4370大卡的煤100Kg=0.1吨 ⑵ 每吨石灰石要50元/吨，钢渣15元/吨，每吨节省35元，2万吨石灰石年节约70万元（直接）节煤2000吨，100多万元。 ⑶ 做为谈判的法码或转让技术均可获利。 将循环流化床锅炉产生的灰、渣变为一级粉煤灰。 ⑴ 一级粉煤灰非常紧俏，每吨最低90元，最高120元。 ⑵ 水泥厂及搅拌站（商品混凝土）供不应求。 ⑶ 设备投资少（投资仅200万元左右）。 ⑷ 属深加工项目：附加值高。 ⑸免税（国家政策有30%以上粉煤灰）。 ⑹ 利润翻10倍。 一级粉煤灰的概念： 烧失量≤5% 细度≤0.045mm SO3≤8% 炉渣及飞灰属火山灰性质，活性特别好（低温燃烧）。 循环流化床锅炉利用碱渣脱硫同时生产水泥熟料技术简介 本技术对循环流化床锅炉设备本体不作改动，在燃煤中加入以碱渣为主要成分，CA为辅助成分的伴烧原料，在不影响锅炉安全运作和正常燃烧供热的状态下，达到煤的洁净燃烧，并使燃烧所产生的灰渣与硫化物在锅炉内生成高的附加价值的产品。它包括： 1、碱渣的综合利用；2、炉内固结脱硫；3、灰渣改性成水硬性胶凝材料（水泥熟料）三项技术成果。 实行此项技术，能有效改善锅炉燃烧效率，减少烟气中二氧化硫含量，合理规划利用能源，使废弃物得到资源化利用，开创了一条循环经济之路。利用本技术将产生巨大的社会效益和经济的效果与利益。 一、 碱渣加入循环流化床锅炉中的反应原理和效果 碱渣和辅剂CA在燃烧的锅炉中，与灰渣发生化学反应，生成阿利特水泥的变种矿物——阿利尼特。由该矿物制成的水泥可称作阿利尼特水泥。该矿物的烧成温度比阿利特水泥熟料可降低400～500℃，适合在循环流化床锅炉燃烧温度下反应生成。这种反应属于固相反应，矿物固相反应时能同时放出热量，并在反应时固结脱硫，从而防止了CaSO4在高温中分解，降低脱硫效果； 1、目前，我国用氨碱法年产纯碱约500万吨，所排出的废渣碱渣（又称白泥）约500万吨。废渣的存放不仅大量占用土地，而且对区域环境造成危害。上述技术能有效利用碱渣，变废为宝，使废弃物得以资源化利用； 2、与石灰石脱硫相比，本技术能降低煤耗。由于矿物的固相反应过程是放热反应，另外CA辅剂能在一定温度下会反射强光，提高了幅射传热效果和热交换效率，降低了炉内不完全燃烧的热量损失。锅炉的蒸发量有所增加，热效率得到提高，故有一定的节煤效果； 3、相对于石灰石脱硫，本技术固结脱硫效率高。因为在反应中，硫水泥熟料不只生成CaSO4，而是通过固相反应再生成的晶体组成部分，固结在改性灰渣中，成为水化胶凝材料，进而达到比石灰石脱硫更为理想的脱硫效果。脱硫工艺的投资和运行转而提高了改性灰渣的附加值，因而可以认为，本脱硫工艺实现了零投入、零成本。 二、碱渣掺入循环流化床锅炉后生成的改性灰渣的用途。 1、生产砌筑水泥。使用改性灰渣加少量石膏，可以生产符合国家标准的175号和225号砌筑水泥； 2、生产32.5级和42.5级复合水泥。由于灰渣经改性后具有水硬胶凝性，所以在生产水泥时，灰渣掺量大，熟料用量小，从而大幅度的降低了生产所带来的成本。如掺加30熟料即可生产出32.5级水泥，而且在28天龄期有较大的富裕强度； 3、可磨细用于混凝土掺合料，能替代水泥10～15%；该混凝土水化热低，抗硫酸盐侵蚀； 4、生产粉煤灰砖、加气混凝土砌块、陶粒等水硬性建筑材料。 以灰渣生产新型建筑材料，既能减少相关成本，又能得到国家的政策扶持，产品在五年内免征所得税和增值税，提高了产品的市场之间的竞争优势。 循环流化床锅炉利用碱渣脱硫同时生产水泥熟料技术，既可保证锅炉正常燃烧，提高热效率，又能节能、减排和资源化利用废渣，是一项投资少，效益高，利国、利民的好项目。 95.16 10.23 37.87 19.58 4.29 17.87 5.32 ∑ MgO CaO Fe2O3 Al2O3 SiO2 烧失量 LOGO LOGO 蒸汽分子 液体分子 饱和状态 蒸发 凝结 继续蒸发 饱和液体 饱和蒸汽 湿饱和蒸汽 干饱和蒸汽 过热蒸汽 不饱和蒸汽 沸点温度 超过沸点温度 汽包 下降管 水冷壁

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