蓄热式高温空气燃烧技术在锅炉上的应用课件

蓄热式高温空气燃烧技术

在气体燃料锅炉上的应用

二○○七年七月

公司简介

北京神雾热能技术有限公司创始于1995年，公司依靠拥有自主知识产权的节能专利技术，一直致力于化石燃料（煤炭、石油、天然气等）节能燃烧技术的研究、推广及应用。2006年销售收入17亿元。公司拥有销售、技术、设计、制造和管理人员1000余人，拥有现代化的工业园、科技大楼和实验室。公司董事长吴道洪博士利用蓄热式高温空气燃烧技术原理发明了蓄热式燃烧技术，其技术被广泛应用于冶金、建材（陶瓷、玻璃、水泥）、机械加工、石油化工、有色金属、锅炉、电力等领域。迄今为止，公司在人才规模、年销售额、应用业绩、技术创新成果、品牌知名度等方面均为中国同行业科技企业之首。公司先后荣获了《中国节能服务十佳企业》、《未来之星——中国最具成长性中小企业》、《高新技术企业》等几十种荣誉称号。产品简介

按北京市节能环保和绿色奥运工作的总体部署，2006年北京市科委以《高效节能、低污染新型天然气锅炉系统的研究与产业化》为课题组织多家科研院所及企业进行了公开招标，神雾公司以独有的技术优势一举中标。目前，4t/h蓄热冷凝式锅炉已经试验成功，并已经完成蓄热冷凝式锅炉的产品系列化工作，大规模的产业化即将开始！高温空气燃烧技术的原理蓄热式燃烧技术的三大优势节能环保低品位燃料代替高品位燃料(优势能源代替稀缺能源)炉内温度场均匀高温空气燃烧技术的主要特点

采用蓄热式烟气余热回收装置，最大程度回收高温烟气的物理显热，大大提高了燃烧装置的热效率；在高温空气燃烧条件下，燃料蒸发、裂解、自燃等过程加速，燃烧区域边界扩大到整个炉膛，消除了局部高温区，温度分布更均匀；同时不断换向燃烧，炉膛温度分布均匀，有利于均匀加热；采用贫氧燃烧，降低了NOX的产生，使氮氧化物排放低于200ppm（ppm指百万分之一），CO2等有害气体的排放量比原来减少20%～40%，有效地减少了污染物的排放；燃烧火焰稳定。

蓄热式热水、蒸汽锅炉蓄热式热水、蒸汽锅炉

在PLC控制系统的控制下，启动风机，换向系统投入运行；经过30s~180s的炉膛吹扫后，系统正常工作。燃烧器A工作，常温空气经空气换向阀至燃烧器A，可空气温度预热至900℃左右，与燃料混合后在炉膛内燃烧；同时高温烟气经过燃烧器B后，蓄热体蓄热，出燃烧器B烟气温度降低到180℃左右，烟气再进入冷凝器热回收变为70℃左右排出。一个换向周期后，换向阀改变空气和烟气流向，B燃烧器工作，A燃烧器蓄热；如此反复周期性交替燃烧。锅炉的负荷调节通过数字燃烧来控制。单蓄热冷凝式锅炉的工作原理单蓄热冷凝式锅炉的工作原理

在PLC控制系统的控制下，启动风机，换向系统投入运行；经过30s~180s的炉膛吹扫后，系统正常工作。燃烧器A工作，常温空气和煤气分别经空其、煤气换向阀流经燃烧器A，空气和煤气温度都预热至900℃左右，在炉膛内混合燃烧；同时高温烟气经过燃烧器B后，燃烧器的空气、煤气蓄热体蓄热，出燃烧器B的烟气温度降低至150℃以下，烟气再进入冷凝器热回收变为70℃左右排出。一个换向周期后，换向阀改变空气、煤气和烟气流向，B燃烧器工作，A燃烧器蓄热；如此周而复始变换，通过蓄热体这一媒介，排出的烟气余热绝大部分转换成燃烧介质的物理热，被充分回收利用。锅炉的负荷调节通过数字燃烧来控制。双蓄热冷凝式锅炉的工作原理双蓄热冷凝式锅炉的工作原理蓄热冷凝式热水锅炉系统流程图蓄热冷凝式锅炉内部结构３－４吨蓄热式锅炉内部结构图蓄热冷凝式锅炉内部结构６－１０吨蓄热式锅炉内部结构图（火管）蓄热冷凝式锅炉内部结构１５－４０吨蓄热式锅炉内部结构图（水管）

在燃气（天然气）锅炉中，燃料中含有大量氢元素，燃烧产生大量水蒸汽。每1NM3天然气燃烧后可以产生1.72KG水蒸汽，汽化潜热大约为3900KJ，占天然气的低位发热量的10.8%左右。在排烟温度高于100度时，水蒸汽不能释放汽化潜热；同时，高温烟气也带走大量显热，形成较大的排烟损失。烟气冷凝余热回收装置，利用温度较低的水冷却烟气，实现烟气温度降低，烟气中水蒸汽冷凝，同时实现烟气显热释放和潜热释放，而换热器内的水吸热被加热，实现热能回收，提高锅炉热效率。我国现行标准：锅炉热效率是以燃料低位发热值计算所得，未考虑燃料高位发热值中汽化潜热量的热损失。因此冷凝锅炉热效率可以达到100%以上。冷凝器的原理冷凝器的结构－热管热管式冷凝器冷凝器的结构－翅片管热烟气冷烟气进水出水两段式煤气化装置介绍十字隔墙式两段炉是国内最早的两段炉型，此炉型内部用耐火砖砌成十字形耐火通道及下煤通道，因煤在下落受热的过程中容易在耐火砖表面挂渣，时间长了以后，会造成耐火通道及下煤通道堵塞，从而影响了炉体的寿命。两段式煤气化装置介绍一段半式两段炉此炉型是在单段式煤气炉的基础上，加高干燥段而得名，它的气化段和干馏段结构不尽合理，下段煤气容易带出焦油，煤气热值不如十字隔墙和中心管式两段炉。两段式煤气化装置介绍中心管式两段炉下段煤气由36个耐火通道提取，并有6个-12个底部煤气调节阀来调节整个炉膛面的燃烧平衡，及上下段的煤气流量，同时此炉型可实现上、下段煤气单独输出。（1）底部煤气另设一路中心管提取，其作用为：a.与周边36个耐火通道共同组成干馏加热空间，形成内、外两层环形圈辐射热源。b.与周边36个耐火通道共同组成炉膛断面燃烧平衡系统，避免了国内两段炉燃烧中心黑洞问题，能很方便的调节炉膛燃烧情况。（2）采用高灰盆水封，高气化压力运行，发生炉气化程度高，产气量大。（3）炉栅驱动除灰及下煤采用液压系统，通过PLC机实现自动控制。两段式洁净煤气化装置及工艺流程洁净煤气排放指标序号名称单位指标1焦油及轻油含量Mg/Nm3≤25Mg/m32含尘量Mg/Nm3≤25Mg/m33含水量Mg/Nm3≤100Mg/m34热值kcal/Nm3≥14505硫含量Mg/Nm3≤25Mg/m3洁净煤气成分名称COH2CO2N2CH2O2洁净煤气23～3010～154～545～502～30.2～0.6项目实施方案

本方案按煤制气燃烧替代原有的煤炭直接燃烧。以北京市房山区城关城东锅炉房改造为例。目前，北京市房山区城东城关区依旧采用分散燃煤锅炉采暖的方式，辖区内的三座锅炉房承担该区域的供暖。5台锅炉总功率为26.6MW，平均热负荷为4.43MW，都是小型燃煤锅炉结构。基于设备的结构性及配套辅机不相协调等因素，锅炉的平均热效率不到70%。每年采暖季节，辖区内空气污浊，居民生存环境受到严重威胁，已制约地方经济的发展，并与国家倡导的全面落实科学发展观、构建和谐社会的精神相矛盾的地步。项目实施方案2007年3月中国城市建设研究院对北京市房山区城东锅炉房集中供热体系作了一份项目建议书。该建议书的方案是建一座集中供热站，替代原来的三个小供热站，锅炉的装机容量为29MW和58MW的热水锅炉各一台，锅炉采用链条式燃煤热水锅炉。在此方案的基础上，原有的管网、换热站及配套设施不变，我们对站内的锅炉进行改造。锅炉采用我公司生产的冷凝蓄热式热水锅炉，装机容量不变，燃料改为煤制气。项目投资情况原项目投资情况根据中国城市建设研究院《房山区城关城东锅炉房集中供体系建议》书的投资估算，总投资额为13277万元，其中锅炉设备（含辅机、脱硫、除尘）投资为2180万元新方案项目投资情况

我们对原方案的管网，换热站及配套设施不改变，仅对锅炉设备更换，其投资额为2380万元，其中包括神雾牌冷凝蓄热式锅炉两台套（29MW、58MW），洁净煤气站一个（六台套￠3.2m的煤气化装置）经济效益分析大型煤锅炉热效率最高为72%，按采暖期为4个月，每天平均满负荷工作10小时计，总计运行1200小时，小时耗煤量为20吨左右，年消耗煤24228吨左右，按市场价500元/吨计算，年燃料费用为1211万元。采用洁净煤气蓄热式锅炉热效率可达101%，按采暖期为4个月，每天平均满负荷工作10小时计，总计运行1200小时，年消耗煤气量为5785m3左右，燃料单价0.18元/Nm3，年燃料费用为1041万元，和普通煤锅炉对比，年节约燃料费用170万元，同时煤制气过程中可产生800吨焦油，焦油单价按2000元/T计，其价值为160万元。29MW、58MW锅炉运行费用比较锅炉型号蓄热煤制气蓄热锅炉蓄热天然气蓄热锅炉大型煤锅炉锅炉效率29MW101％104％72％58MW101％104％72％锅炉能耗m3(Kg)/h29MW160702709673058MW32140541813460锅炉运行时间（h）

120012001200两台锅炉总能耗量m3(Kg)29MW58MW燃料单价m3(Kg)/元/

0.1820.50年燃料消耗总价（万元）/

104119501211锅炉投资（万元）/

238015002180说明锅炉运行4个月，每天运行16小时包括锅炉、本体，燃烧器、洁净煤气站、安装、控制包括锅炉、辅机、安装、控制包括锅炉、辅机、除尘脱硫设备、安装、控制蓄热冷凝式锅炉

与其它锅炉运行费用对比表锅炉类别燃料种类燃料热值锅炉设计热效率燃料单价折算60万大卡锅炉的耗能成本（单位：元）电热锅炉电/98％1元/KW714WNS型锅炉轻柴油10240Kcal/kg90％5元/kg325WNS型锅炉城市煤气4200kcal/Nm390％1.3元／Nm3206WNS型锅炉天然气8600kcal/Nm390％2.0元／Nm3155.2SZS燃煤锅炉烟煤5000kcal/kg72%500元/kg83.3SWX（神雾蓄热冷凝式锅炉）天然气8600kcal/Nm3104％2.0元／Nm3132.3SWX（神雾蓄热冷凝式锅炉）洁净煤气1450kcal/Nm3101％0.18元／Nm379.7不同燃料放出一万大卡热量成本比较燃料品种煤炭煤制气柴油重油天然气电煤制气(蓄热冷凝)天然气(蓄热冷凝)折合燃料2Kg烟煤6.89Nm30.98Kg1.04Kg1.16m311.67度6.89Nm31.16m3燃料热值5000Kcal/kg1450Kcal/Nm310240Kcal/kg9600Kcal/kg8600Kcal/m3857Kcal/度1450Kcal/Nm38600Kcal/m3锅炉效率0.720.880.880.880.880.951.011.04实际消耗2.8Kg7.83m31.11Kg1.18Kg1.32m312.2度6.8m31.17m3燃料单价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元不同能源产生每吨蒸汽成本对照表能源种类发热值相对锅炉热效率能源单价每吨蒸汽成本煤炭5000Kcal/Kg72%0.5元/Kg83.3元煤制气1400Kcal/Nm388%0.18元/Nm387.7元天然气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元电95%0.5元/度368.4元煤制气(蓄热)1400Kcal/Nm398%0.18元/Nm382元天然气(蓄热)8600Kcal/Nm398%2.0元/Nm3142.4元常用燃料热值对比

煤(优质烟煤)(Kcal/Kg)煤制气(优质烟煤制气)(Kcal/Nm3)柴油(Kcal/Kg)重油(Kcal/Kg)天然气(Kcal/Nm3)城市煤气(Kcal/Nm3)低位发热值59001450102401000086983305高位发热值66081550109661067096043676潜热708100726670906371完全吸热效率(%)112106.9107.1106.7110.4111.2温室气体排放比较

燃料品种煤炭煤制气柴油重油天然气折合燃料1T烟煤3448Nm