流化床锅炉实施“一炉两用”技术简介.doc

第一部分 流化床锅炉实施“一炉两用”发明专利技术 概 况一、“一炉两用”发明专利技术简介 中科院科技服务有限公司拥有的“一炉两用”同时出热和生产速烧水泥熟料的方法、产品、设备及应用（简称“一炉两用”）发明专利技术（专利号：ZL 96 1 11664.1 国际专利主分类号: C04B 7/48），是在对电厂燃煤锅炉系统不做改动的前提下，于燃煤中添加“AMC”掺烧剂，在保证系统安全运行和正常供热发电的同时，实现煤的净化燃烧，并使煤燃烧产生的灰渣及煤中大部分硫在锅炉中直接转化为高附加值产品。它包含“粉煤灰改性降碳”、“降低锅炉煤耗”、“固结脱硫”、“粉煤灰渣改性成水硬性胶凝材料（水泥熟料）”等多项新技术。实施上述技术既可治理“煤烟型”污染，又能节约并合理利用能源，实现废弃物的资源化循环利用，从而开创一条生态效益型的经济增长之路，产生可观的社会效益、经济效益和环保效益。 “一炉两用”发明专利技术是中科院独创的一项新技术，为国家“八五”重点科技攻关项目，得到了国家领导人和国家发改委（原国家计委）、国家经贸委、国家科技部（原国家科委）、国家电力主管部门的广泛关注和大力支持。中国科学院已为该技术在世界包括中国在内的19个国家和地区申请了发明专利，国家知识产权局已于1999年10月30日正式授予专利权并颁发了发明专利证书，另有6个国家（包括美国，专利号：6,468,345B1）已授予发明专利证书。该技术于1999年7月26日通过了中国科学院院（部）级科学技术成果鉴定，以师昌绪院士为主任的专家鉴定委员会肯定该项成果是“国际上独创的新技术，达到同类研究的国际领先水平”、“该技术综合利用了能源、资源，降低了SO2、CO2等污染物的排放，充分利用了粉煤灰资源，有利于保护环境和生态平衡，符合可持续发展战略，具有较显著的经济效益和广阔的应用前景”。二、流化床锅炉应用“一炉两用”发明专利技术的实施效果及原理在工业化试生产运行获得成功后，“一炉两用”发明专利技术已在双矿集团矸石电厂、永城煤电集团电厂、阳煤集团化、电、材循环经济项目工程等不同规格炉型的多家电厂实施，取得了丰富的产业化实施经验。根据“一炉两用”发明专利技术的原理，结合流化床锅炉的工业运行实践，流化床锅炉应用“一炉两用”发明专利技术可取得如下实施效果： 1粉煤灰降碳改性 目前,在燃煤电厂粉煤灰治理的过程中,残碳含量高、活性低是影响其利用的两大难题，而且在治理方式上仍处于消极治理阶段即粉煤灰排出后再利用的阶段。基于以上原因，现在各燃煤电厂排出的粉煤灰或因残碳含量高无法利用，或因活性低用量极其有限，必然造成污染环境和占用土地，而且消耗了巨大的储运费用。应用“一炉两用”发明专利技术，通过于流化床锅炉中添加 “AMC”掺烧剂，一方面能加速煤的燃烬速率，减少机械不完全燃烧热损失，从而提高煤的燃烧效率，有效地降低粉煤灰含碳量；另一方面，在煤燃烧的同时，“AMC”掺烧剂与煤灰各组分及煤中大部分硫发生气、固相反应，在煤料混合及循环过程中实现粉煤灰的改性，最终煅烧成具有水硬活性的胶凝材料，通称为改性灰（或低标号水泥熟料）。因而可以从根本上解决其利用问题，使资源能得以充分有效地利用。 2降低锅炉煤耗 由于掺烧“AMC”有效地降低了粉煤灰含碳量；同时，由于掺烧“AMC”后提高了以辐射传热为主的炉内热交换效率，在给煤量不变等相同条件下，锅炉蒸发量会明显增加；另外，“AMC”掺烧剂与煤灰组分形成矿物的化合反应放热，也能给锅炉补充少部分热量。因此，在掺烧“AMC”掺烧剂后，锅炉系统的综合热效率将得到提高，可取得一定的节煤效果。 3高效固结脱硫本专利技术采用的“AMC”掺烧剂中含有固结脱硫剂，在煤燃烧的同时实现固结脱硫。“AMC”掺烧剂加入流化床锅炉后，在炉内煤料的充分混合（及循环）过程中，掺烧剂中所含的脱硫剂颗粒直接且迅速地与煤燃烧过程中产生的SO2发生固结反应，抑制其随烟气排出，脱硫产物形成稳定的矿物赋存于改性产品中，从而达到比采用石灰石更为理想的脱硫效果。本专利技术不需专设脱硫装置，同时炉内脱硫生成矿物的反应包含于生产改性产品的过程当中，投资及运行成本已分别计算到改性产品当中，所以从脱硫角度看，为零投入、零成本运行。与现行的湿法脱硫方法相比较，本技术克服了在SO2进入烟气（对锅炉及管道已造成腐蚀）后再进行脱硫的弊病，尤其解决了投资大、运行维护费用高、浪费资源和造成二次污染等难题，并且脱硫产物成为有益矿物全部进入改性产品中，得以充分有效地利用。三、流化床锅炉应用“一炉两用”发明专利技术实施指标 流化床锅炉实施“一炉两用”发明专利技术，在保证锅炉正常出力和安全正常运行的基础上，可达到如下指标：1粉煤灰残碳含量降低50%以上。2相比添加石灰石方式锅炉煤耗平均降低2 %以上。3固结脱硫效率高于添加石灰石方式的脱硫效率。4粉煤灰改性为水硬性胶凝材料，按不同比例掺加该材料，可以生产多品种、不同强度等级的水泥，其水泥检测指标符合国家现行相应水泥标准(详见表1)。表1掺加比例80%4050%21%20%水泥品种砌筑水泥粉煤灰硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥强度等级12.5、22.532.542.542.5现行标准GB/T3183-2003GB1344-1999GB12958-1999GB1344-1999GB12958-1999GB175-1999注：所用硅酸盐水泥熟料28天抗压强度须达到50Mpa以上。四、流化床锅炉实施“一炉两用”发明专利技术产品的用途 应用“一炉两用”发明专利技术，在保证流化床锅炉系统安全正常运行和供热发电的同时，既能有效降低粉煤灰含碳量，又能实现粉煤灰炉内改性，转变成水硬性胶凝材料，从根本上解决电厂粉煤灰利用的问题。这种水硬性胶凝材料具有广泛的用途；同时，使用该材料进一步生产水泥、混凝土及建材制品的企业，不仅产品成本可大幅度降低，获得极强的市场竞争价格优势，而且其产品可享受国家免征增值税和5年内免征所得税的优惠政策。 1生产砌筑水泥采用该水硬性胶凝材料添加少量石膏，即可直接生产国家现行标准12.5、22.5强度等级砌筑水泥，满足一般建筑工程的需要。 2生产粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥 经低温煅烧而成的该改性灰可作为优质高活性混合材料，用作生产粉煤灰水泥、复合水泥的大掺量组分，对比于普通粉煤灰，不仅掺加量可大幅度提高，同时可提高水泥的强度等级。按现行国家标准粉煤灰水泥、复合水泥最大掺加量40%、50%掺配，可生产32.5及以上强度等级的粉煤灰水泥、复合水泥。 3生产与现行国家标准通用水泥强度等级相当的水泥产品 由于该产品具有水硬性，且具有低水化热、抗腐蚀性和后期强度高、耐久性好的特点，掺配30%以内的硅酸盐水泥熟料及少量石膏，可生产相当于通用水泥32.5强度等级的水泥产品。 4用作混凝土新型组分材料 该产品既能起减水作用，又能增强混凝土后期强度，还能解决混凝土开裂等问题，提高混凝土的抗渗性、耐蚀性和耐久性。在满足混凝土强度的条件下，可加大其掺量，从而节省水泥用量。该产品可广泛应用于建筑工程和道路工程，特别适用于水利工程。 5生产建材制品 在普通粉煤灰的所有应用领域，诸如用于蒸养粉煤灰砖、建筑砌块、加气混凝土制品、陶粒等建材制品方面，该水硬性胶凝材料在掺加量及制品性能上均具有明显的应用及竞争优势。且一般情况下，使用该产品后不需要再添加水泥等其它水硬性胶凝材料，可大幅度降低建材制品的生产成本。五、流化床锅炉实施“一炉两用”发明专利技术与采用石灰石（脱硫）生产方式的对比 循环流化床锅炉实施“一炉两用”发明专利技术，与传统的采用石灰石作为脱硫剂的生产方式相比，优势非常突出。 1当掺加量相同时，由于“AMC”掺烧剂入炉后与煤灰组分及煤中硫的有效反应时间比石灰石要长，而且“AMC”掺烧剂中配有对炉内固结脱硫、形成矿物的固相放热反应等起催化作用的矿化剂、稳定剂、疏松剂等，可以显著加快反应速度。这对以秒计的炉内停留时间来说，无疑是十分重要的。另外， “AMC”掺烧剂参与炉内煅烧的化学反应效率优于石灰石，炉内形成矿物放热反应的热效应等要高，可提高燃烧效率，有利于降低粉煤灰残碳含量，有利于节煤，有利于粉煤灰改性。因此，不仅脱硫效果比石灰石要好，固结脱硫效率将会得到明显提高，而且将会取得显著的粉煤灰降碳、降低锅炉煤耗的效果，粉煤灰将会得到有效改性，达到高效利用的目的，这是以往添加石灰石所无法做到的。2当脱硫效率相同时，“AMC”掺烧剂比石灰石的掺用量可减少约一半，同时，掺烧剂入炉粒度（0.1mm远远小于石灰石入炉粒度（1mm。因此，电厂系统设备负荷及炉膛受热面磨损可相应大幅度降低，运行效率提高，有利于延长系统设备的使用寿命，保证了不影响系统设备长期安全稳定的运行。 3与添加石灰石方式不同，添加“AMC”掺烧剂有利于入炉煤灰熔点的控制，可以有效的抑制床料结焦。4添加“AMC”掺烧剂比添加石灰石更为经济，根据静态热平衡及相应静态效益的计算结果，再考虑添加“AMC”掺烧剂时节煤2%的效益（其它如粉煤灰改性提高利用价值等不计），则不同规格循环流化床锅炉总效益估算可列比如下：表2锅 炉 蒸发量（t/h）小时耗煤量（t/h）年耗煤量（万吨）年静态效益（万元）年节煤效益（万元）总效益（万元）100025040015024051.081.690014409511521.663068010020010012020.440.8360720380.4760.841048067.276.740.346.013.715.6241.8276755.5291.622028035.040.021.024.07.18.2126144133.1152.213016019.226.811.516.13.95.56996.672.9102.17510.216.56.19.92.13.436.659.438.762.8358.010.04.86.01.62.028.836.030.438.0注：1）锅炉年运行6000h；2）燃煤价格300元/吨；3）节煤2%。第二部分 流化床锅炉实施“一炉两用”发明专利技术效 益 分 析一、生产线建设内容及产量 “一炉两用”发明专利技术在电厂流化床锅炉系统实施，生产线建设内容与一般循环流化床锅炉的石灰石粉脱硫系统基本相同，主要为炉前“AMC”掺烧剂制备、储存及配料系统，炉后产品的收集及储运系统，其中炉后部分基本上可利用电厂原有设施。因此，其投资主要为炉前工艺系统。在此基础上，电厂亦可以根据当地情况，考虑自建水泥粉磨站、混凝土搅拌站或建材制品厂等，充分体现改性产品的附加值。本技术适用于各种规格的流化床锅炉，产品产量主要由锅炉规格、煤质等因素决定。当煤灰分含量为30%60%时，一般燃烧一吨煤约联产0.25吨0.5吨水硬性胶凝材料（改性灰）。二、投资概况流化床锅炉电厂实施“一炉两用”发明专利技术，单台锅炉的建设投资以及吨产品建设投资可初步参见表3： 表3锅炉蒸发量（t/h）小时耗煤量（t/h）年耗煤量（万吨）联产能力（万吨/年）建设投资（万元）吨产品投资（万元）1000250.0400.0150.0240.062.5120.01200200010.819.2630680100.0200.060.0120.015.060.0800140023.353.341048067.276.740.346.010.123.0630110047.862.422028035.040.021.024.05.312.040075062.575.513016019.226.811.516.12.96.622045068.275.97510.216.56.19.91.55.012035070.080.0358.010.04.86.01.23.010022073.383.3由上表可见，单台锅炉建设投资一般在每吨产品80元以内。若几台锅炉联产，则吨建设投资将大幅度降低。三、技术实施给企业带来的直接经济效益采用“一炉两用”发明专利技术，是企业实现节能降耗，环保减排的有效措施和最佳途径，主要体现在如下方面：1粉煤灰渣得以全部的处理利用，可以使电厂节省粉煤灰渣堆存、维护费用，以及粉煤灰排放运营的水、电、人工、车辆折旧、油耗等费用。2相比添加石灰石脱硫方式可节煤约2，相应降低锅炉运行煤耗。3电厂可节省为脱硫而支出的庞大的运行费用。4固结脱硫效率相比石灰石脱硫方式至少提高5%，因此每年还可以多脱除相当一部分SO2，减少该部分SO2排污费的支出。5另外电厂还可以获得减少锅炉受热面磨损以及稳定床料灰熔点等方面带来的利益。四、技术实施给企业带来的延伸经济效益采用“一炉两用”发明专利技术，可为企业创造可观的经济效益，是企业新的经济增长点。生产线建成后，改性产品吨生产成本一般在40元以内。该水硬性胶凝材料由于自身具备一定的强度，在进一步深加工建材产品时，可大幅度增加其使用量，减少其他高成本水硬性胶凝材料的使用量，因此可以大幅度地降低建材产品的成本。例如在生产水泥时，由于改性灰大掺量的加入，可以使水泥熟料的使用量减少至少15，因此水泥的吨利润可以提高30元以上。同时，由于粉状料量的增加，水泥台时产量也可以得到提高，因此生产加工成本也可以有效降低。由此，下游建材企业可以获得可观的经济效益，并获得极强的市场竞争价格优势，而且可充分地享受国家减免税的优惠政策。五、投资回收期一般情况下，“一炉两用”专利项目正式投产后两年内可收回全部投资。六、环保效益 1符合国家环保政策；2综合治理、高效利用粉煤灰资源，有利于保护环境和生态平衡。3高效降低烟气中的SO2排放量，脱硫效果高于其他炉内脱硫方式。4节能降耗，降低环保设施的投入和运行成本，达到“零投入、零成本”运行。七、社会效益1积极贯彻国家产业政策，符合可持续发展战略。2产业协调，开创发展循环经济的新道路，新局面。3发展第三产业，开辟就业途径，安排下岗职工。4符合民心，深得民意；创造和偕，实现社会稳定。第三部分 流化床锅炉实施“一炉两用”发明专利技术工 程 案 例一、双矿集团虹焱热电首家建成配套的“一炉两用”工程正式生产线双矿集团虹焱热电（原双矿集团矸石热电厂）首先与北京中科慧智建材设计研究所合作，应用“一炉两用”发明专利技术，于2002年和2003年先后两次在流化床锅炉系统成功的完成了工业化试生产运行，并于2003年试生产了首批质量良好的水泥成品。从而揭示了流化床锅炉应用“一炉两用”发明专利技术是成功的、可行的，也标志着“一炉两用”发明专利技术的成熟性和可靠性，可以在流化床锅炉系统推行建设正式生产线。双矿集团虹焱热电“一炉两用”综合治理工程，作为黑龙江省重大区域科技攻关项目，经过了严谨充分论证，工程项目建成后即形成了双矿集团虹焱热电的煤炭热电建材环境效益型经济发展产业链，具有很好的经济效益、环保效益和社会效益。该工程了是在实施“一炉两用”技术的同时，配套建设年产20万吨的水泥粉磨站，是一条完整配套的正式生产线，该工程项目于2006年7月投入生产运行。生产线运行结果表明，主要技术考核指标达到了设计技术要求。1所生产的改性灰质量良好，不但含碳量显著降低（降低率达到52.9%），而且活性较高（28天抗压强度比达到84.9%）。改性灰掺配量为20%时磨制的水泥强度基本相当于所用的硅酸盐水泥熟料的强度，掺配量为30%时可以生产42.5强度等级粉煤灰硅酸盐水泥，掺配量为40%50%时可以生产32.5强度等级的粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥，而且具有较高的28天抗压富裕强度。2在生产不同强度等级通用水泥的同时，还成功地试生产了煤矿井下支护喷浆用水泥，施工使用效果良好，已投入批量生产。3沸腾炉烟气脱硫效率，经对比监测为53.3%。4经过运行实际考核，实施“一炉两用”技术后锅炉保持了正常出力和安全正常运行，锅炉煤耗降低2.32%。二、中原第一家“一炉两用”工程正式生产线落户永城煤电集团在双矿集团虹焱热电“一炉两用”项目工业化试生产运行取得成功后，永城煤电集团首先引进这一技术和成功经验，于中原地区建成第一家“一炉两用”工程正式生产线，并于2005年11月先行投入生产运行。永城煤电集团“一炉两用”综合利用工程，是在其下属热电厂流化床锅炉实施“一炉两用”发明专利技术生产改性灰，尔后由集团直属的水泥厂接收改性灰用以生产水泥产品。这样，该工程项目建成运行后，在永城煤电集团就构成了联合起来的煤炭电力建材循环经济发展产业链，即：集团选煤厂洗选下的煤泥作为热电厂的主要燃料，但由此产出的粉煤灰残碳含量高且活性低，很难利用；通过实施“一炉两用”发明专利技术，使电厂在取得脱硫、节煤效果的同时，粉煤灰也取得了降碳和改性；降碳并具有了较高活性的改性粉煤灰（简称改性灰），可以作为高活性混合材高掺量地全部用于水泥厂生产水泥；而所产的水泥又可供永城煤电集团地上、井下的基本建设和维修使用。从而开创了一条生态效益型的循环经济发展之路，产生可观的经济效益、环保效益和社会效益。通过生产实践考核各项主要技术指标达到了设计要求，取得了满意成果：1生产出的改性灰质量良好，水硬活性较高，用其作为高活性混合材料掺配磨制水泥，在掺加量为20%60%（含部分炉底渣）范围内，可以生产42.5、32.5各强度等级的不同品种通用水泥，经国家水泥质量监督检验中心检测，不但各项指标全部符合国家标准，而且都有较高的28天抗压富裕强度。2固结脱硫效率（即烟气脱硫率）较高，经当地开封市和商丘市环境保护监测站对不同锅炉的对比监测，脱硫效率分别达到87.5%和85%。3改性灰含碳量显著降低，降低率达到51%53%。4保持了锅炉安全运行和正常出力，锅炉煤耗也显著降低。三、阳煤集团率先利用化工废渣的“一炉两用”工程阳煤集团化、电、材循环经济项目继双矿集团虹焱热电“一炉两用”综合利用工程正式生产线投入生产运行后，阳煤集团积极运作，并立足于发挥本地区和集团的优势，率先利用聚氯乙烯厂排出的废渣作为掺烧剂主料，采用中科院“一炉两用”发明专利技术，经过反复论证，果断决策建设阳煤集团化、电、材循环经济项目。该工程项目建成后，把集团的煤化工煤电建材联合起来，形成一个跨行业的资源综合利用的大循环经济产业链，不但具有非常好的经济效益，而且其环保效益和社会效益也是十分显著的。阳煤集团化、电、材循环经济项目综合利用其聚氯乙烯厂排出的废渣25万吨作为掺烧剂主料；尔后在其煤矸石电厂和氧化铝电厂流化床锅炉系统实施“一炉两用”技术，实现电厂炉内高效脱硫，并生产出72.3万吨质量良好的改性灰；集团水泥厂接收电厂改性灰并对水泥粉磨系统进行适当改造后，在不增加水泥熟料煅烧设备、不增加熟料产量的情况下，可使水泥产量翻番，从年产100万吨扩大到近200万吨。由此可见，阳煤集团这一化、电、材循环经济项目，是综合利用资源、投资省效益高、可取得“事半功倍”成效的好项目。该工程实施后，电厂炉内一步脱硫，经山西环境监测站监测，脱硫效率稳定达到95%以上，现场运行脱硫效率甚至达到99%以上。改性灰渣也得到了很好的利用。 第四部分 技术应用前景环境和能源是当今世界的两大主题，发展循环经济、建立节约型社会是我国在经济高速发展时代提出的新目标。连续多年，我国的二氧化硫年排放量居世界首位，经济发展中如影随形的高消耗、高