兖矿集团有限公司科学技术进步奖申报书.doc

附件：兖矿集团有限公司科学技术进步奖申报书一、项目基本情况评审专业电力评审编号项目名称中文大型CFB锅炉高比例掺烧煤泥运行技术的开发与示范英文A high percentage of large-scale CFB boilers burning coal mud mixed technology development and demonstration run主要完成人赵増玉、闫吉太、屈忠坡、刘 松、彭耀、郭晓勇、闫宪兵、邵伟、刘强、刘杰、赵翠萍、周传新、陈德宝、蔡东敏主要完成单位山东兖矿济三电力有限公司山东科技大学西安热工研究院项目可否公布可密级及保密期限非密主 题 词大型CFB锅炉；高比例掺烧煤泥；运行技术学科分类名称1火力发电工程代码47050202代码3代码技术水平国际领先申报项目的所属领域火力发电工程任务来源自选计划（基金）名称和编号：项目起止时间起始2006.12008.1完成2009年12月二、项目简介项目所属科学技术领域、主要研究内容、技术经济指标、促进集团公司科技进步作用及应用推广情况本项目所属电厂动力工程领域。主要内容：本项目针对大型CFB锅炉高比例掺烧煤泥运行的技术难题进行研究开发。主要内容：1）针对煤泥流变特性、煤泥燃烧特性及锅炉受热面磨损机理进行了理论分析和运行实践，开发应用了大型CFB锅炉高比例掺烧煤泥的运行调整技术、操作规范和主动多阶式防磨技术，且成功实现了高效长周期稳定运行。 2）研发大型CFB煤泥混烧锅炉中部给料技术，有效解决了大型CFB锅炉多点给料燃烧的技术难题。3）建成了国产煤泥泵送系统与进口煤泥泵送系统同步并列稳定运行的示范工程，属国内首创。4）掌握了进口煤泥泵送控制系统的关键技术和主要装备部件的80%国产替代技术。主要特点：1）大型 CFB锅炉煤泥掺烧比例由25%提高到70%以上。2）锅炉稳定运行周期由原来的平均50天合理延长至150天。3）飞灰含碳量降至2.5%以下、低渣含碳量降至1.2%以下。4）设计锅炉效率为90.1%，实测锅炉效率91.85%。应用推广：该项目成果，突破了大型CFB锅炉高比例掺烧煤泥普遍存在的床压时常大幅度剧烈波动、结焦频繁、灰渣含碳量较高的技术瓶颈，并在保证锅炉燃烧效率的前提下，使煤泥掺烧比例由原设计的25%提高到70%以上，每年利润超过8000万元，经济社会效益显著，有极大的推广应用价值，对促进同类型CFB锅炉高比例掺烧煤泥应用具有重要的示范意义，经山东济矿鲁能煤电有限公司阳城电厂、南屯电厂应用证明，该项成果安全、高效、实用，在全国乃至国外具有较高推广前景。该项目的许多内容属国内外首创，且措施有效可靠，有实实在在的经济社会效益，推广应用前景十分广阔。三、项目详细内容1.立项背景立项初期，国内外对煤泥燃烧技术报道较少。法国艾米路希电厂400t/h循环流化床锅炉燃烧比例较低的煤泥，1990年开始运行至今，机组容量125MW，锅炉主蒸汽流量367t/h，压力13.4MPa，温度545，煤泥水分33%。另有报道，美国匹茨堡能源研究中心附近有一所中小型电厂锅炉也燃用煤泥。国内中小型CFB锅炉燃用煤泥较为普遍，但还没有燃用煤泥的大型CFB锅炉，大型CFB锅炉高比例燃用煤泥技术未见报道。燃用煤泥的锅炉也普遍存在很多问题：灰渣含碳量高、床压波动、床温不稳、易结焦等。济三电力公司装机容量为2135MW机组，配套两台国内首家440t/h煤泥混烧循环流化床锅炉。锅炉采用煤泥、洗中煤和矸石混烧方式。设计煤种为煤泥、洗矸、洗中煤的混合煤种，其混合比例为：煤泥25%、洗矸10%、洗中煤65%。在低比例掺烧煤泥的基础上，逐步提高煤泥燃用量做了深入研究与实践，但是仍然存在床压大幅度剧烈波动、结焦现象时有发生、灰渣含碳量较高、运行不稳定等特点，经过几年的努力，在原设计掺烧煤泥比例工况的情况下，取得了锅炉运行稳定、效益较佳的满意效果。但在稍高比例掺烧煤泥的工况下，不仅存在上述问题，而且存在煤泥供应、锅炉燃烧效率低、运行周期较短的制约因素。随着兖矿集团市场化进程的不断推进，济三电力公司燃煤价格的优厚待遇逐步取消，燃煤价格同电煤价格持平，原煤价格由303元上升至400元，煤泥价格由35元上升至150元，电厂的成本增加1亿元，利润大幅度降低，甚至达到亏损边缘，高比例掺烧煤泥被迫提到议事日程。高比例掺烧煤泥存在的主要制约因素。炉外因素：原设计煤泥泵及煤泥输送的能力较小；煤泥杂物较多、煤泥水分不均匀；锅炉本体只有原设计的煤泥入料口，高比例掺烧煤泥，新增入料位置需重新研究设计。炉内因素：床压时常大幅度剧烈波动、结焦现象时有发生、灰渣含碳量较高及锅炉运行周期短等。针对上述制约因素，济三电力公司提出“高比例掺烧煤泥高效运行”的战略目标，并成立了“大型CFB锅炉高比例掺烧煤泥运行技术的开发与示范”创新团队。研究循环流化床锅炉受热面的磨损机理，提高煤泥输送量，高比例掺烧煤泥燃烧调整技术从煤泥装备、入料位置的确定、稳定燃烧等各方面采取有效措施和技术创新，实现循环流化床锅炉的高比例掺烧煤泥稳定运行。2.详细科学技术内容：（总体思路、技术方案、实施效果）一、总体思路大型CFB锅炉高比例掺烧煤泥必须解决炉外、炉内的制约因素。解决炉内的制约因素，首先对煤泥流变特性、煤泥燃烧特性及锅炉受热面磨损机理进行理论分析和运行实践，然后开发大型CFB锅炉高比例掺烧煤泥的运行调整技术、操作规范和主动多阶式防磨技术，最终实现高效长周期运行。解决炉外的制约因素， 必须研发大型CFB煤泥混烧锅炉中部给料技术，解决大型CFB锅炉多点给料燃烧的技术难题。理论分析调研分析经济性分析CFB锅炉物料流态、 磨损机理分析煤泥流变特性、煤泥燃烧特性分析原来的运行调整方式分析国内同类型CFB机组调研系统运行经济性分析设备维护经济性分析提出“低床压、低流化风量”运行调整方式对各风量进行校核验证、进行冷态试验高比例掺烧煤泥调整方案多阶式防磨技术研究分析设计煤泥入炉给料方式及给料设备确定运行调整方式、采用多阶式防磨技术、确定煤泥设备参数并选型运行方式调整、防磨装置施工、设备安装及调试运行实践运行优化、建立参数动态调整模型课题总结图1 本课题技术路线图2.详细科学技术内容：（总体思路、技术方案、实施效果）二、技术方案1、煤泥特性研究及锅炉受热面磨损机理分析1）物理特性兖矿济三煤矿洗煤厂的洗煤能力为300万吨/年, 排出煤泥40万吨/年。济三煤矿洗煤厂的煤泥是煤泥水经沉淀池自然沉淀后的产物。其主要成分分析数据见表1。济三煤矿煤泥的筛分特性如表2。从表2可看出，绝大部分小于0.5毫米, 其中86.86%的煤粒小于0.25微米。煤泥的形态与水份含量有很大关系。对于济三煤矿煤泥，当水份低于20%时近似呈固态，水份为2028%时呈泥状，具有较好的塑性，可以具有一定的形状和体积，但抗变形能力很差，几乎没有什么流动性。当水份接近30%时呈糊状，开始具有流动性，但当水份超过35%时呈泥浆状，有良好的流动性。表1 济三煤矿煤泥分析数据序号项目符号单位数值1收到基碳Car%44.82收到基氢Har%2.873收到基硫S.t.ar%0.334全水分Mar%24-33%,正常为29.0%5收到基灰Aar%15.666空气干燥基水分Mad%1.167密度kg/m31000-13008收到基地位发热量Qnet.arkJ/kg16860 2.详细科学技术内容：（总体思路、技术方案、实施效果）表2 济三煤矿煤泥筛分特性粒度范围(mm)0.850重 量(%)13.141.877.294.391.62）结团特性试验研究发现，在一定的工况条件下，呈泥状、糊状或浆状的煤泥在燃烧过程中有一个十分重要的现象，即它们在干燥后并不还原成细粉而是形成具有一定强度和耐磨性的凝聚团。煤泥的这种凝聚结团特性，是在流化床内组织其正常燃烧的基础。我们还发现，大块煤泥团投入流化床后通常不会原封不动地形成一个团块，而是破碎成几个较小粒度的团块，因此，煤泥在流化床中的凝聚结团实际上是结团和破碎的综合效果。实验表明，煤泥在流化床内形成的颗粒粒度分布可以大致采用RR分布来描述，即:R=1-exp1-(d/d0)n式中R为粒度小于d的颗粒的重量，d、d0分别为颗粒直径私相当于R=63.2%时的颗粒特征直径，它们都是相对于投入煤泥团的直径。n为均匀性指数，n越大，粒度分布越窄。特征直径d0正比于平均直径，因此可以视为衡量凝聚团破碎程度的一个指标，d0越大，颗粒平均直径越大，表明破碎后较大颗粒的成份较大，因而破碎程度较轻。采用抗压程度作为衡量煤泥凝聚团质量好坏的指标。凝聚团的强度越高，抗压强度越大，试验发现，直径为6毫米的凝聚团的抗压强度可达1530公斤。影响煤泥结团特性的主要因素有床温、煤泥水份和沸腾风速。 2.详细科学技术内容：（总体思路、技术方案、实施效果）温度 图2是煤泥结团特性和床温的关系。由图可见，凝聚团的强度随床温的增加而增加，特别是在600700范围内，凝聚团强度有一显著增长的区域。另一方面，由于加热速率快，挥发分析出剧烈，凝聚团的破碎程度随床温的增加而略显严重。煤泥水份对煤泥结团和破碎特性的影响见图2。结果发现，存在一最佳水份范围(约在2025%之间)，低于或高于特别是低于这个水份时，煤泥凝聚团的强度将降低，而破碎也严重。2.详细科学技术内容：（总体思路、技术方案、实施效果）水分 %图3 结团特性与水份的关系 对运行风速而言也存在一个最佳值，过高过低的风速都会使结团质量下降。结团特性可能和燃料中灰的组份有关，而我们试验的种种迹象表明，煤泥的凝聚结团过程很可能是一个快速成焦过程。3）燃烧特性试验凝聚团为直径6.5毫米、高25毫米的煤泥柱，水份20%。按照不同炉温、不同气流速度下悬挂的煤泥凝聚团相对失重过程进行试验。在开始的100秒内，炉温和气流速度对燃烧过程的影响较大，即炉温越高，气流速度越大，燃烧过程进行得越快。这说明初期的燃烧过程同时受到化学反应速度和扩散速度的控制。随着燃烧过程的进行，凝聚团表面的灰层逐渐增厚，燃烧速度不断下降，氧气和燃烧产物通过表面灰层的扩散阻力成了燃烧过程的主要控制因素，而炉温的影响变得很小。在进入灰层扩散控制阶段后，所有工况下的失重开始接近，以致在各种条件下煤泥凝聚团最终的燃尽时间相差无几。进一步的试验研究表明，煤泥的燃烧过程大体上可分为水份蒸发、挥发份析出、燃烧与焦炭的燃烧燃尽几个阶段，其着火温度比同煤种的干煤粉低一些。水份蒸发阶段仅占总燃烧时间的百分之几，之后挥发份迅速析出，其最终析出量随炉温的增加而增加。煤泥团燃烧时，其挥发份燃烧与焦炭燃烧是相互重叠的。图1是煤泥结团特性和床温的关系。由图可见，凝聚团的强度随床温的增加而增加，特别是在600700范围内，凝聚团强度有一显著增长的区域。另一方面，由于加热速率快，挥发分析出剧烈，凝聚团的破碎程度随床温的增加而略显严重。煤泥水份对煤泥结团和破碎特性的影响见图2。结果发现，存在一最佳水份范围(约在2025%之间)，低于或高于特别是低于这个水份时，煤泥凝聚团的强度将降低，而破碎也严重。2.详细科学技术内容：（总体思路、技术方案、实施效果）研究表明，当90%的挥发份析出时，焦炭的燃烧已进行了17%，当焦炭燃烧时，煤泥团形成一个孔隙度为59%的灰壳，内含孔隙度为39%左右的残焦球。此时氧气通过灰壳孔隙才能在焦炭球表面进行燃烧反应。试验和计算表明，此时化学反应阻力占全部燃烧阻力的4.2%，氧气输送的对流传质阻力为9.8%，而通过灰层的扩散阻力达86%。因此在焦炭的燃烧过程中灰层扩散阻力为主要控制因素。高灰煤泥团在沸腾炉内燃烧时，利用床料与煤泥团的不断磨擦可以减轻灰层对燃烧的影响，随着灰壳的减薄使氧气易于向焦核扩散，因而使其有较高的燃尽度。4）流变特性0.20.40.60.81.020406080100剪切速度 l/SW=24.6%W=25.4%W=27.0%从能量利用的观点，作为沸腾炉燃料的煤泥水份控制在25%30%是比较合理的,但是在这个水份范围内的煤泥不仅流动性差，而且有很强的粘性。为了避免煤泥强粘着性带来的一系列麻烦问题，采用管道输送高粘度煤泥的较为合理。为此采用直管流动法测量了煤泥的流变特性。图4剪切速度与黏度的关系图3给出了较低水份下煤泥的流变特性曲线。试验发现，这种水份范围内的煤泥属于涨塑性非牛顿型流体。在低水份下具有相当高的粘度。水份的稍微变化会明显影响粘度的变化。煤泥虽然粘度相当大，但在一定的水份条件下还是具有可塑性。只是流动阻力相当大。管道阻力除随水份的减少而增加外，对管道直径的变化也相当敏感，相应之下，管道阻力随流量的变化却相当平缓。2.详细科学技术内容：（总体思路、技术方案、实施效果）煤泥的物理特性、结团特性、燃烧特性及流变特性对流态化燃烧过程的组织、工艺流程的确定、设备的选择起着关键性的作用。5）锅炉受热面磨损机理分析在工程上，由于机械作用、间或伴有化学或电的作用，物体工作表面材料在相对运动中不断发生损耗、转移或产生残余变形的现象称为磨损。按照磨损机理不同，可把磨损分为粘蚀磨损、磨料磨损、腐蚀磨损、疲劳磨损、冲蚀磨损和微动磨损等。在循环流化床锅炉中，受热面、金属部件和耐火材料的磨损主要表现为冲蚀磨损。冲蚀磨损是指流体或固体颗粒以一定的速度和角度对材料表面进行冲击所造成磨损。一般分为两种形式：一种为冲刷磨损，此种经常出现在一些水冷壁的浓相区，此处由于体积较大的固体颗粒顺着水冷壁向下流动，从而对水冷壁造成磨损，这种磨损比较均匀，一般不会对锅炉造成突发性的破坏，这也是循环流化床锅炉所不能避免的一种磨损现象。另一种为撞击磨损，引起此种磨损现象的原因往往比较复杂，但大体上可以有两种情况，一方面烟气流向与受热面管子的布置方向是垂直的，比如在对流烟道处，一些省煤器、空气预热器、或者一些大型锅炉的高低温过热器等等，都不可避免的存在此种磨损现象，这也是锅炉制造厂家及运营电厂都十分关注的地方；另一个方面能引起此种磨损的来至于锅炉的负荷波动或者是由于外部原因引起整个锅炉燃烧失去原有的平衡点，以至于整个锅炉的烟气流向发生不规则变化造成固体颗粒与受热面的冲角较大，或接近于垂直，以一定的运动速度撞击固体表面使其产生塑性变形或显微裂纹，长期、大量颗粒的反复撞击使得固体表面疲劳破坏，随时间的迁移，磨损速率有增长趋势，甚至变形脱落，最终导致磨损量突升。由于过热爆管，磨损引起的泄漏，是非停的主要原因。循环流化床锅炉的四管泄漏是煤粉炉的35倍。锅炉的磨损部位主要有密相区二次风口及回料口、过渡区部位、水冷壁的墙角处、炉膛出口、穿墙管处以及省煤器悬吊管等处。上述部位的磨损过程主要表现为冲蚀磨损。磨损的基本类型为两种：一种为冲刷磨损，另一种为撞击磨损。2.详细科学技术内容：（总体思路、技术方案、实施效果）由于燃烧室内各部位气固两相浓度、粒度、速度和方向等因素的不同，致使受热面的磨损类别各异，大体可分为两大类：(1) 冲蚀磨损 气流中夹带一定浓度的固体颗粒，以一定的速度对受热面进行冲击所造成的磨损。此种磨损应被限定为颗粒冲击角度较大，管面反复被颗粒冲击，产生塑性变形、疲劳与形变脱落。 (2) 切屑磨损 冲蚀磨损过程中，颗粒以较小角度对受热面冲击，对表面材质挖槽与刨剥，这实质上是一种磨料磨损。 实际上，水冷壁大部分经受的是切屑磨损，在产生涡流的四角、焊缝接口，浇注料平台等部位，磨损形式还要复杂，其中兼有冲蚀，切屑及疲劳磨损的综合过程。冲蚀磨损可用下列公式描述它与有关因素之间的关系： （1）式中， E 为冲蚀磨损重量； Mp 为冲蚀介质重量； Vp 颗粒撞击速度； K 和n 与材料物理特性有关的常数，n值与颗粒直径有关，通常为34之间；F() 与冲击角有关的功能关系数。 从上式可知，磨损量与颗粒速度关系最大，其次是颗粒浓度。 物料方向与管束总体一致，但在某一部位发生跳跃时，对该部位造成快速磨损，入水冷壁管连接的焊口、筋片。受热面部位如果有凹或凸部位时，将直接冲击受热面的某个部位，造成该处受热面管的某个部位受到快速冲刷磨损。2.详细科学技术内容：（总体思路、技术方案、实施效果）当物料下落过程中，在某一部位因凹台和物料堆积而突然发生转向时，物料在该部位将发生涡流而造成严重的冲刷磨损。如灰粒由水冷壁至上而下落到耐火材料上沿时，将迅速改变方向，此处没有上行的气流流化，在上沿角内沉积的灰粒从耐火材料边缘流出时，又被上行的流化风托起，又沿水冷壁落下，如此反复形行涡流。该涡流处的物料浓度特别大，由于在炉壁下部的粒度也较大，必将造成该部位的快速而严重的磨损。当物料与管束呈切向或一定角度相碰时，磨损是大面积的，管束一般是垂直布置，物料从切向或角向撞击时，特别是炉膛出口附近速度较低，其磨损程度与其物料流动方向和速度关系较大。当物料与管束垂直相碰时，其磨损速度是所有磨损中速度最快的，这是由于物料与管束垂直撞击，能量损失最大，管束表面承受的冲击和磨损也最大。炉膛内部有大量的物料在进行内循环，灰料沿着水冷壁进行内循环时，鳍片沟流下的物料远大于沿自水冷壁管外弧面流下物料。如果鳍片内被浇注料、床料、焊瘤等物堵塞，物料就流向一侧或两侧流出，从而对水冷壁进行冲刷。物体或者固体颗粒以一定的速度和角度对材料表面进行的冲击所造成的磨损称为冲蚀。若颗粒以平行于固体表面或者固体表面冲击角较小时形成的冲蚀称为冲刷磨损；若接近垂直或者冲击角较小时称为撞击磨损，撞击磨损会使固体表面产生变形和脱落。而这两种磨损在循环流化床锅炉中都是存在的。由于循环流化床锅炉内物料流动存在环核结构，炉膛中心物料向上流动，近壁面处物料向下回流，并且回流物料突然改变方向也会加重部分区域的磨损。因此循环流化床锅炉的磨损受到整体物料循环方式、床料特性、流道几何形状等的影响，并且与锅炉运行参数、受热面布置形式等都密切相关。床料磨损能力受炉膛内床料粒径、浓度、硬度等影响。物料浓度越高，床料磨损能力越强，受热面磨损越严重；在一定范围内，床料粒径越大，磨损越快；冲蚀磨损量与飞灰冲刷速度呈23次方成正比关系，金属壁面的磨损速率与颗粒速度大致呈立方关系，与颗粒直径呈平方关系；一般认为，随着颗粒度的增加，磨损速率会减少；若掺有矸石、炉渣之类硬度较高的燃料就会造成受冲刷严重受热面的磨损加快，在运行中，床料表面会形成膜层，其硬度大大高于新鲜床料，当颗粒硬度接近或高于被磨材料的硬度时，磨损率会迅速增加，因此床料表面膜层的硬度对磨损能力有重要作用。2.详细科学技术内容：（总体思路、技术方案、实施效果）床温、烟气流速等运行参数也是影响受热面磨损程度的重要因素。床温的升高直接影响烟气温度和受热面管壁的温度。管壁温度升高会影响金属材料的机械强度。而烟气流速增大，其冲蚀磨损会迅速增加，若近似认为烟气速度和颗粒速度相等，则磨损量和烟气速度的3次方成正比。因此烟气速度是影响磨损最主要的因素。而在运行中，若炉膛负压过大，或一二次风量偏大，炉膛内烟气流速加快，携带的物料量及其动能增大，造成磨损加剧。运行时负荷过高，煤质差，燃烧量大，使烟气中物料浓度增大而导致磨损加剧，同时高负荷时，金属管壁与烟气热交换过剧，使金属管子外壁结构发生变化也会导致磨损加剧。结论：床料量降低，二次风区域物料浓度降低，二次风穿透扰动效果增强，炉膛上部气固混合效果得以改进，提高了锅炉燃烧效率，降低了锅炉机组的供电煤耗。控制合理的给煤粒度能够降低受热面磨损，大大缓解磨损程度，延长运行周期。确定方案：合理控制循环流化床锅炉床压和一次风量是降低磨损的有效措施。鉴于我公司燃烧煤泥的情况，需要谨慎试验探索合理的床压。2、开发大型CFB锅炉高比例掺烧煤泥运行调整技术、操作规范及主动多阶式防磨技术1）大型CFB锅炉高比例掺烧煤泥运行调整技术（1）降低床压、一次风量的调整原则l 降低一次风量运行要求“安全为第一，循序渐进，参数合格，环保达标”。l 负荷调整原则上不调整煤泥枪出力，安全状况下达到最大燃用煤泥量。l 省煤器出口氧含量控制要求不得低于2.5%。l SO2排放异常时，可暂时适当放宽一次风量限值。l 鉴于我公司锅炉燃烧大量煤泥，为确保煤泥不沉底完全燃烧，需要一定的床料厚度，故降低风量前首先逐渐降低风室风压即适当的床料厚度。将风室风压由13.0kPa逐步降低到12.8-12.6-12.4-12.2-12.0kPa。l 一次风量由16万Nm3/h逐步降低15.515.014.514.0万Nm3/h,负荷较低时适当降低到13.5万Nm3/h。l 在100MW负荷以上时，锅炉下部二次风门全开，以起到流化风量的作用，调整上部二次风电调门，单侧上部二次风量不超4.5万Nm3/h，需调整含氧量时，一次风量尽量按规定少调整，以调整二次风量为主要调节手段。2.详细科学技术内容：（总体思路、技术方案、实施效果）（2）安全技术措施l 为使床料流化正常，给煤必须均匀，四个落煤管确保畅通、煤量均匀，监视好密相区下部、中部、上部的床温测点温度变化，禁止温度超过980，发现异常升高时，必须及时分析原因，及时调整一、二次风量，及时检查落煤管是否畅通，调整落煤管手动闸板门开度。l 在煤泥投运时，风室风压确保稳定，到就地观察孔监视好床料流化情况，尤其关注煤泥枪附近的床温测点的变化。公用煤泥枪单侧堵塞时，禁止出力超过50%，防止大量煤泥堆积底部结焦。l 如果因大量煤泥堆积床料底部造成流化恶化、温度异常，立即停运煤泥系统，减少称重给煤机转速，维持床温，提高一次风量，先蓄积床料，使风室风压达到13.5 kPa后，再加大排渣，促进床料流化。l 锅炉正常运行中，通过调整冷渣机转速将风室风压控制在12.012.5kPa。床压偏低时，冷渣机可以最低转速排渣，床压仍继续下降时可暂停排渣。床压开始上升时，适当开启床压高的一侧滚筒排渣。注意总结负荷给煤量与滚筒转速的关系。尽可能确保两侧均匀排渣，禁止调整幅度过大。l 当排渣不畅或煤颗粒较大时，可适当提高一次流化风量加强排渣，风室风压高于15 kPa且继续上升时应降低负荷1020MW，如果床压持续上升超过16 kPa时应将负荷降至80MW。监视好各部床温变化，确保床料正常流化。l 任何情况下，当风室风压低于11.0kPa或者床温均超950，局部温度超1000时都必须停止给煤，严防低床压时投煤造成结焦。l 密切关注给煤粒度情况，每班至少三次观察煤粒度情况，发现问题及时联系燃化车间及时调整。当颗粒度增大时，及时调整增大一次风量，加强排渣，关注床温变化，就地观察床料流化情况。2.详细科学技术内容：（总体思路、技术方案、实施效果）（3）理论计算床压合理控制范围、制定合理的、科学的降风措施。从理论上寻求依据，翻阅大量技术资料，研究运行防磨的主要方法。因循环流化床锅炉的燃烧运行原理就是通过高温高浓度的床料与各受热面进行热传导来进行的，磨损是不可避免的。降风之前先降床压。为尽可能的减少受热面的磨损，就必须在不影响机组正常出力的情况下，降低炉膛内受热面区域的床料浓度即降低床料厚度。降低床料厚度实际上是对低床压节能型锅炉燃烧技术的利用和实践。其理论的核心是，循环流化床锅炉内部的流态是，下部是鼓泡床和上部是快速流化床的组合，而快速流化床中的细颗粒对传热起到至关重要的作用。为此，必须在不影响床料正常流化的前提下，通过降低一次风量来降低炉膛内卫燃带以上区域床料的浓度，通过降低炉膛内床料的厚度（通过风室风压来控制）来降低床料的浓度，只有床料浓度降低了，单位时间内床料对受热面的碰撞次数降低，才能降低受热面的磨损。分步骤、分阶段确定了负荷、一次风量、风室风压、氧量的对应关系。如表3。表3负荷风室风压一次风量对应关系序号负荷（MW）风室风压（kPa）一次风量(万Nm3/h)含氧量（%）18012.012.513.513.83529012.012.513.513.835310012.012.513.814.02.54411012012.012.514.015.02.54512013512.512.915.017.02.54一次风量降低后，为保证正常的烟气含氧量，适当提高二次风量，并对二次风量的上下限做了严格的规定。为避免异常状况，制定了脉动加风的方案。在持续降风的过程中，经常出现大颗粒沉积或煤泥过量造成的床料流化不良、渣管堵塞、床压波动、灰渣含碳量升高等异常情况，针对这些情况规定每个运行值的第一个早班脉动加风一次，一次风量加至21万Nm3/h，持续时间控制在2小时以内。此项规定保证了降风措施的灵活执行，为机组长周期运行起到了积极作用，同时灰渣含碳量也基本控制在一定范围之内（灰的含碳量一般控制在2.5%以下、渣的含碳量控制在1.2%以下）。2.详细科学技术内容：（总体思路、技术方案、实施效果）表4 #1锅炉冷态空板试验数据#1锅炉冷态空板试验数据（27)布风板一次风量空板平均压力Nm3/hPa2567770.25362858250640159.558719190.570442407.7580431539.2593603672.510758010211160251091.51271911377.751447091781.51599052167.251780382779.52047973707.752389605158.25课题组根据机组调试期间的调试报告中的冷态布风板阻力试验，依据有关的理论公式，确定了锅炉正常运行时的一次风量与布风板阻力对应关系曲线。2.详细科学技术内容：（总体思路、技术方案、实施效果）图5 一次风量与布风板阻力对应关系曲线根据公式PV=nRT，计算得出正常运行时的理论数据，见表4。通过一次风量与布风板阻力（热态207）的对应关系曲线图，根据理论公式：风室风压=布风板阻力+床料阻力（床压），推出：床压=风室风压-布风板阻力,就能够随时计算出运行时的床压数值。因为密相区下部的床压测点存在不准确的问题，通过计算值与实际床压值的对比，确定#1锅炉的#3.5数值比较准确。2.详细科学技术内容：（总体思路、技术方案、实施效果）表5 #1锅炉热态空板阻力计算数据#1锅炉热态布风板阻力计算数据（207）布风板一次风量空板平均压力Nm3/hPa25677179.8436285209.9250640408.3258719487.68704421043.84804311380.48936031721.61075802613.761160252794.241271913527.041447094560.641599055548.161780387115.522047979491.8423896013205.122.详细科学技术内容：（总体思路、技术方案、实施效果）图6 一次风量与布风板阻力（热态207）的对应关系曲线图根据床料960mm 厚度时的冷态数据表（冷态与热态最主要的区别是风量的变化，床料间的阻力可以忽略不计）（表5）。查询以上数据表，得出：床料厚度为960mm时，实际运行的一次风量Q1所应的风室风压，查询热态时一次风量与布风板阻力关系图，得出：一次风量Q1对应的布风板阻力，此时根据实际运行的风室风压值与布风板阻力之差，计算出实际运行的床压值P1。据床压的理论概念，依据公式P=gh，（其中为单位体积的床料质量），推出公式：P1/h1=P0/960(P0是床料厚度为960mm时的床压，其值的计算是冷态时的风室风压与冷态时的布风板阻力之差)。由此得出实际运行时的静止床料厚度h1。2.详细科学技术内容：（总体思路、技术方案、实施效果）表6 一次风量与风室风压数据布风板一次风量Nm3/h风室平均压力Pa292622641.75403438520.756112211440.575450119339146712378.7510156212496.251133031256712109712707.7513049312856.2513888212921.2516111813456.7518067813956.7520179314513.523626515474.5根据权威方面的数据，50MW以上循环流化床锅炉静止床料厚度宜控制在70011000mm。哈尔滨锅炉有限公司提供的锅炉运行资料要求床压控制在47kPa为好。在实际运行中，不能盲目的降低一次风量和床料厚度，而是通过计算，将参数控制在规定的范围内。2)操作规范建立了高比例掺烧煤泥工况下一次风量、风室压力与机组负荷对应关系的工艺标准及其动态调整的数学模型。 (1)一次风量、风室压力与机组负荷对应关系的工艺标准（操作规范）2.详细科学技术内容：（总体思路、技术方案、实施效果）表7 煤泥燃烧比例超过40%时负荷及风量的对应关系序号负荷MW一次风量万Nm3/h风室风压（kPa）含氧量%18010013.514.011.311.83.55.0210012014.015.511.812.33.55.0312013515.517.012.312.82.54.0表8 煤泥燃烧比例低于40%时负荷及风量的对应关系序号负荷MW一次风量万Nm3/h风室风压（kPa）含氧量%18010013.314.011.011.83.55.0210012013.815.511.812.33.55.0312013515.017.012.313.02.54.0(2)一次风量、风室压力与机组负荷对应关系的操作规范及其数学模型一次风量、风室压力与机组负荷对应关系的操作规范及其数学模型（图7）2.详细科学技术内容：（总体思路、技术方案、实施效果）3)主动多阶式防磨技术锅炉炉膛卫燃带以上的下部水冷壁受热面磨损比较严重，是锅炉安全运行的重大隐患。燃用发热量低于4000大卡/kg且灰分超过40%的劣质煤、煤泥，对锅炉受热面的磨损更加严重。为解决水冷壁磨损问题，通过调研，结合本厂锅炉的实际情况，利用主动多阶式防磨技术对水冷壁进行防磨处理。在CFB锅炉下部水冷壁折弯处（垂直水冷壁与堆体水冷壁交界处）往往是锅炉制造厂设计的密相区水冷壁耐火材料的终结处。在运行一段时间后，该终结处上部一定高度区域水冷壁的磨损相当严重。对此部位采取了让管技术，使贴壁灰流直接冲刷耐磨火材料来减轻水冷壁管的磨损。通过运行实践证明该方法能延长运行时间，减缓磨损速率。但在耐磨耐火浇注料终结处上2米内磨损依然严重。造成水冷壁过渡区域磨损严重的主要原因：贴壁流速度高；贴壁流浓度大。为此，在终结处以上部位安装主动多阶式防磨装置。防磨装置加装在炉膛锥段上方。防磨装置由销钉和耐火耐磨浇注料组成，耐火耐磨浇注料通过销钉固定在水冷壁上。为降低对受热面的磨损，在四个角加了耐火耐磨浇注料，保护受热面遭受冲刷磨损。在炉膛内四面水冷壁安装了11道防磨梁，为降低炉膛出口水冷壁的磨损，自主设计了与水冷壁管束平行的防磨梁，消除侧向磨损。3、研发大型CFB煤泥混烧锅炉中部给料技术1)煤泥除渣。含杂是现有煤泥系统的最大问题，严重影响了煤泥投运。为解决此问题，系统中设计了新型除杂设备。从搅拌仓出来的煤泥，落入缓冲仓上部的格栅网，掺水搅拌后的煤泥能够顺利通过格栅，杂物被留在格栅上部，再由捞渣机运至泵房外。此煤泥除杂设备在国内属首次使用，通过改进，现设备运行正常，效果明显。2）煤泥管路切换技术。为保证两台煤泥泵送系统能够在两台锅炉中相互切换，达到互相备用的效果，同时避免复杂的管路布置，系统中采用双向高压浓料换向阀。双向高压浓料换向阀采用滑阀式结构，液压油缸驱动。一端为出料口，另两端分别于主送系统与备用系统管路相连，滑阀上具有“直通”、“30斜通” 两个工位，分别由接近开关限定指示相应位置。滑阀阀芯靠近油缸时接通斜向管道，远离油缸时接通直通管道。2.详细科学技术内容：（总体思路、技术方案、实施效果）3）研究煤泥入炉位置。为避免大量煤泥进入炉膛后，造成锅炉结焦，同时降低成本，提出了在锅炉中部给料的设想煤泥从锅炉中部进入炉膛，在一次风和二次风的冲击下散开，并在下落过程燃烧，避免煤泥在炉膛底部堆积导致结焦。经过现场测量比较，最终两台给料器接口分别选择在原风水联合冷渣器回料管接口处。接口标高11m，距锅炉侧墙1.4m。此位置即可避免水冷壁重新开孔，又在二次风区，正下方即是二次风，有利于煤泥下落过程中吹散和燃烧。 三、实施效果现场运行实践表明：采用该成果，使大型CFB锅炉煤泥掺烧比例由原设计的25%提高到70%以上；飞灰含碳量降至2.5%以下、低渣含碳量降至1.2%以下；锅炉的连续运行周期由原来的平均50天延长到150天。经济社会效益显著，该项目既解决了煤泥污染的严重问题又极大降低了大型CFB的运行成本，在能源紧缺的今天，具有非常重大的社会效益。济三电厂高比例掺烧煤泥的成功运行，已有南定电厂、里彦电厂、蓝光电厂、阳城电厂等数十家电厂慕名而来参观学习，产生的社会效益不可估量。实施效果简表年度 项目煤泥掺烧比例飞灰可燃物低渣可燃物SO2排放量利润07年度30%3.6%2.0%453 mg/m32600万元08年度70%2.7%1.9%400 mg/m37900万元09年度72%2.3%1.2%350 mg/m38350万元3.主要发明和技术创新点： 1、创新点1）大型CFB锅炉高比例掺烧煤泥的运行调整技术、操作规范和主动多阶式防磨技术。2）大型CFB煤泥混烧锅炉中部给料技术及多点给料燃烧技术。4.与当前国内外同类技术主要参数、效益、市场竞争力的综合比较1）国外状况：国外对大型CFB锅炉燃烧煤泥技术报道较少,对高比例掺烧技术未见报道。从查到的资料看，法国艾米路希电厂400t/h循环流化床锅炉燃烧掺烧比例较低的煤泥，美国匹茨堡能源研究中心附近有一中小型电厂锅炉也燃用煤泥。 2）国内状况：国内中小型CFB锅炉燃用煤泥较为普遍，但大型CFB锅炉燃用煤泥的电厂凤毛麟角，高比例燃用煤泥的电厂未见报道。南屯电厂两台220t/h煤泥混烧循环流化床锅炉，原设计煤泥掺烧燃烧比例为25%，2002年12月相继投产发电，经系统改造后，煤泥掺烧比例也可达到70%以上，仍然存在床压不稳定、磨损量大、运行周期短等问题。阳城电厂两台480t/h煤泥混烧循环流化床锅炉，2009年10月#1机组投产发电，煤泥掺烧比例25%，运行相对稳定。济三电力公司两台440t/h煤泥混烧循环流化床锅炉为国内首家原设计煤泥掺烧燃烧比例为25%。该项目研发的大型循环流化床锅炉高比例掺烧煤泥的运行调整技术、大型CFB煤泥混烧锅炉中部给料技术及其多点给料燃烧技术，突破了大型循环流化床锅炉高比例掺烧煤泥普遍存在的结焦频繁、低渣飞灰含碳量较高、床压时常大幅度剧烈波动导致机组运行不稳定的技术瓶颈，使煤泥掺烧比例由原设计的25%提高到70%以上，达到了国内领先水平。部分电厂参数比较单位 项目锅炉蒸发量煤泥掺烧比例飞灰含碳量低渣含碳量锅炉效率济三电力440t/h70%2.1%1.1%91.85%阳城电厂480t/h20%3.3%2.1%92.03%南屯电厂220t/h70%4.6%3.3%90.11%法国艾米路希电厂400t/h25%3.6%2.0%91.55%5.应用情况 1） 应用、推广南屯电厂两台220t/h煤泥混烧循环流化床锅炉，设计煤泥掺烧燃烧比例为40%，2002年12月相继投产发电，2008年2月经系统改造后，煤泥掺烧比例也可达到70%以上。阳城电厂两台480t/h煤泥混烧循环流化床锅炉，2009年10月#1机组投产发电，煤泥掺烧比例25%。2） 论文引用 （1）煤泥燃烧技术在440t/h循环流化床锅炉上的成功应用 郭晓勇 孙士莉 济三电力公司 （2）煤泥燃烧技术在大型CFB锅炉上的创新与应用 屈忠坡 代朝辉 李伟 济三电力公司 （3）220t/h煤泥矸石循环流化床锅炉煤泥的燃烧及系统投运分析 屈忠坡 代朝辉 李伟 济三电力公司6、经济、社会效益 项目总投资额500万元回收期（年）1 栏目年份新增利润(万元)新增税收(万元)创收外汇(万美元）节支总额(万元)2008450020098300累计12800经济效益额的计算依据：1）采用该项目技术后，每台机组平均运行周期由原来的50天延长至100150天。检修次数由原来的每年5次/年减少至23次/年。每年至少减少2次检修：（1）停炉检修一次费用： 95万元启动一次消耗柴油费用： 15万元一次节约费用： 110万元 每台机组因检修次数减少所节约的总费用为： 110万元2=220万元。（2）发电天数增加，每年多创造的利润如下：检修一次需时间： 12天 每日负荷： 275万kWh每度电盈利： 0.16元增加利润：3300万kWh0.162=1056万元。（3）两台机组增加经济效益：（220万元+1056万元）2=2552万元2）煤泥掺烧比例由25%提高到70%年发电量：16亿 kWh，标煤耗：385g/kWh，年标煤量：160000*385=61.6万吨，折合原煤：61.6*29.3/21.76=82.95万吨， 75%的原煤：82.95*75%=62.21万吨， 30%的原煤：82.95*25%=24.89万吨，少燃原煤：62.21-24.89=37.32万吨， 成本：37.32*400=13928万元折合煤泥：37.32*21.76/15=54.14万吨， 成本：54.14*15