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1、1,1,生物质循环流化床技术介绍Biomass CFBC Boiler Introduction,2,2,（一）生物质炉型选择 Travel gate VS CFBC（二）太锅流化床技术 （三）流化床生物质锅炉 Biomass CFBC Boiler,主要内容Content,3,3, 生物质炉型选择 Travel Gate VS CFBC,4,太锅集团对于生物质锅炉采用何种炉型技术上合理并能更好的适应中国国情，多年来做了大量深入的调查研究工作，包括与国家发改委、农业部、清华大学、中点联等联合赴欧盟对生物质锅炉进行调研等等。调研结论是：采用循环流化床生物质锅炉是符合中国国情的最佳选择。,4,5,
2、5, 主要有两种炉型(Main type of Biomass Boiler) 1、纯烧生物质水冷振动炉排 Travel Gate Boiler( Fuel: Only Biomass) 2、混烧生物质循环流化床锅炉 CFBC Boiler ( Fuel: Biomass+Coal) 燃料供应的安全性和经济性决定了生物质锅炉的容量一般在130t/h以下 Consideration the safety and economical of Biomass power plant, the boilers capacity is limited below 130t/h,一、生物质燃料的炉型选择T
3、ravel Gate VS CFBC,6,6,炉排生物质锅炉Travel Gate,7,7,流化床生物质锅炉BiomassCFBC Boiler,8,8,二、国内纯烧生物质锅炉面临的三大问题,1、投资成本高，是普通电厂的两倍,9,9,2、燃料供应没有保障, 发达国家的农业生产方式以农场为主，我国农业生产以农户 为主，户均耕地占有面积很小，生物质资源分散，保证生物 质电厂的燃料供应是一个复杂的系统工程，难度很大 农业、畜牧业、造纸和家具建材对生物质原料形成争夺 农民为了获利，囤积惜售，抬高价格，甚至弄虚作假 秸秆产量较低，农民收入不高，对农民的吸引力不是很大,二、国内纯烧生物质锅炉面临的三大问题
4、,10,10,3、燃料成本高，运营效益差，投资收回困难 目前已有生物质电厂中，预测的秸秆到厂价约为每吨150元，但实际情况是，农民卖给秸秆收购站的价格就已达到150元/吨左右，某些电厂已达到200元/吨以上，收购站再加上必要的加工费、运输费和人工费，到厂价就达到300元/吨左右 农作物秸秆收获季节性强，大量储存占地较多，并需要建设防火安全设施，在加工、堆放、装卸过程中又不可避免地发生重量和发热量的损耗，最终的秸秆入炉价格都在300元/吨以上，并呈上升趋势 例：某生物质发电厂130t/h级别锅炉，设计入炉燃料量22吨/小时，实际每小时用量达到30吨，每度电燃料成本已接近0.4元，远高于燃煤机组，
5、目前0.64元/度的电价都不能使电厂赢利,二、国内纯烧生物质锅炉面临的三大问题,11,11,三、国内纯烧生物质电厂运行调研,1、单县130t/h纯燃生物质锅炉单县130t/h锅炉是龙基电力在国内首台丹麦技术生物质锅炉产品，于2006年投入运行，主要问题有：水冷振动炉排后部的柔形管易产生裂纹。炉排漏灰严重。锅筒内部装置只设置钢丝网，可能导致过热器结垢烧坏。烟道采用3mm钢板，没有任何支撑，试运行产生严重变形。下降管采用12Cr1MoV，过热器采用T47H，材料昂贵。给料中有砖头等异物，螺旋给料机经常出现故障。,12,12,三、国内纯烧生物质电厂运行调研,2、江苏国信如东生物质能发电厂采用国产11
6、0t/h水冷振动炉排锅炉，2008年6月底完成96小时试运行，运行主要问题：锅炉膨胀设计有问题。锅炉烟气流速设计偏低，积灰严重。锅炉设计额定负荷下燃料消耗量22吨/小时，实际燃料消耗量达到30吨/小时，效率偏低。,13,13,三、国内纯烧生物质电厂运行调研,2、江苏国信如东生物质能发电厂燃料供应状况：早在项目上马建设时，企业就在如东、如皋、海安、东台等地设立了八九十家秸秆收购站，并从2007年起开始敞开收购。但到2008年麦秆收购前，公司仅收购了各类秸秆近两万吨，远低于公司的预期。即便到了秸秆生产高峰期，也仅有一半的收购网点在运行。按照公司正常生产需要，每天需秸秆700吨，收购量与需求量差距达
7、50%以上！,14,14,生物质混烧是欧盟国家处理生物质的主要方式，循环流化床锅炉混烧生物质广泛应用在发达国家，其主要考虑是：1、受燃料供应因素干扰小，运行稳定。2、可采用高参数运行，效率高。,四、国外生物质电厂运行调研,15,15,四、国外生物质电厂运行调研,生物质与煤混烧技术是中欧科技合作第六框架科技计划资助的项目欧方主要技术负责单位： IEA英国环境工程公司中方主要技术负责单位： 清华大学热能工程系,16,16,芬兰RAUHLATI电厂,RAUHALATI电厂，隶属于FORTUM是芬兰最大的能源公司（也是北欧）400t/h的流化床锅炉（BFB）；135bar；533；城市供热、造纸厂供汽
8、和发电燃料为泥煤（褐色很轻，含水4045，2200Kcal/Kg）、生物质、煤；生物质不够时补油，效率85，可用率99,17,17,芬兰考察SEVO电厂,FW生产的循环流化床锅炉，400t/h；157bar；540；再热蒸汽45bar；540,燃料为泥煤和生物质生物质34木屑，14秸秆，切成100mm的段，掺烧比例为1030，从返料器混入乏汽是湖水（515）冷却，锅炉效率92SO2排放300mg/M3，NOX排放200mg/M3,18,18,芬兰Vomit电厂,科科拉市（Kokkali）参观Vomit电厂锅炉是72MW流化床，多燃料的混烧锅炉主要参观了供料系统，正压气力输送系统,19,19,生
9、物质原料场,20,20,英国Fiddlers Ferry电厂,在曼彻斯特附近锅炉是巴布科克提供66建厂， 4台锅炉，经历了数次扩建，5万KW、30万KW、50万KW，到目前200万KW04年用了4000万英镑对锅炉进行了改造1、4锅炉是生物质与煤混合后进入锅炉，掺烧比例为23，主要是受磨煤系统的限制2、3锅炉是生物质和煤分别进入锅炉运行下来2、3锅炉掺烧比例灵活,21,21,英国Radcliff电厂,沃尔顿附近装机容量都是450万KW 4台煤粉锅炉每月掺烧量上报，管理部门不定期检查。,22,22,英国ALSTOM,英国ALSTOM主要是从事煤粉炉技术研究及生物质的混燃技术，目前正在进行666万
10、KW机组的改造，改造后是全世界最大的生物质混烧锅炉,23,23,五、水冷振动炉排炉与流化床比较,24,24,鉴于循环流化床锅炉相比炉排炉的一系列技术和经济优势：建设成本低；燃料适应性强；运行不受生物质燃料供应的制约；掺烧技术成熟；运行安全可靠；经济性好；加之流化床本身可以燃用劣质煤、环保性能优异、负荷调节范围宽广等固有的优点，采用循环流化床掺烧生物质是适合中国国情的最佳的生物质利用方式,25,（二）太锅流化床技术,25,26,科技成果,太锅集团和清华大学合作开发的完全自主知识产权的、填补了国内外空白的、具有国际领先水平的低床压节能型循环流化床锅炉技术及产品鉴定会于2008年10月11-12日在
11、山西太原召开，通过了由教育部和山西省经济委员会联合组织的包括工程院士在内的国家权威专家的鉴定。,26,27,27,28,28,29,29,30,30,31,31,鉴定委员会由国内知名院士、专家、教授及三大锅炉厂流化床带头人组成,32,一、产品技术先进性,32,33,33,34,34,35,35,36,1、节能型产品技术优势,节电：风机节电达到30%节煤：锅炉节煤达到3%低磨损：受热面几乎没有磨损,36,37,2、节能型产品经济效益,37,38,2、节能型产品经济效益,我国已经投运的循环流化床燃煤发电容量达到了5500万kW以上，该技术推广应用后可以为国家带来极大的节能减排效益，节电可达25亿度
12、/年，节约标准煤约700万吨/年，减少二氧化碳排放约2000万吨/年，减少二氧化硫排放约20万吨/年。,38,39,3、常规CFB锅炉两大问题,安全可靠性与煤粉炉有差距 连续运行时间短 检修周期短、费用高运行经济性与煤粉炉有差距 相同燃料，循环床燃烧效率低于煤粉炉 厂用电耗比煤粉炉高1-2%,39,40,两大问题的具体表现形式,运行数据和设计值存在偏差磨损问题燃烧系统问题膨胀问题密封问题辅机配套问题,40,41,造成问题的根本原因,揭示流态化燃烧规律的基础理论不完善没有建立符合我国燃料特性的设计导则,41,42,解决问题的根本出路,建立基础理论体系 太锅集团和清华大学合作总结了数百台锅炉的实际
13、工况及大量数据，从理论高度确定了循环流化床锅炉运行时的最佳状态模型，形成了定态设计理论。锅炉在该状态下运行可以实现在厂用电、燃烧效率、可用率等方面大幅度提高的目的。,42,43,4、定态设计理论体系,循环床两相流理论循环床传热理论循环床燃烧理论,43,基于快速床的流型判断,多粒度系统物料平衡概念,燃煤成灰及磨耗特性决定的粒度演变概念,气固两相流传热的主导控制机制,燃烧室二维传热系数分布概念,燃烧份额一维分配概念,相间传质阻力理论,稀相气体混合理论,44,太锅集团与清华大学合作共同完成的指导中国CFB产品开发的“定态设计”理论，确立了中国CFB在理论方面的国际领先地位,45,符合中国国情的循环流
14、化床锅炉“定态设计热力性能计算”软件打破了跨国公司对该领域核心技术的垄断,46,本技术突破了CFB锅炉已有专利的流态参数范围，具有自主知识产权，据此获得了发明专利，该技术在保持CFB锅炉原有优点的基础上，在降低CFB锅炉风机电耗、提高燃烧效率和减轻受热面磨损等方面处于国际领先水平,47,5. 节能型CFB锅炉的开发,太锅集团以定态设计理论和流态设计图谱为基础，建立了一整套具有自主知识产权的设计导则和计算方法，形成了多项专利和专有技术开发出了75-1000t/h节能型CFB锅炉系列产品，已经投入运行的新一代产品均表现出了优异的技术性能,48,定态理论指导下开发的国际领先水平的CFB锅炉产品,10
15、25 t/h,480 t/h,260 t/h,130 t/h,75 t/h,49,49,50,节能型130t/h循环流化床发电锅炉在山西左权电厂成功运行,51,51,52,52,440t/h锅炉通过了全国电力行业CFB协作网专家论证技术评审,440t/h锅炉通过了全国电力行业CFB协作网专家论证技术评审,53,53,节能型产品的技术保证,1.从理论层面确定锅炉最佳状态点，锅炉在该状态下运行时可靠性和经济型指标最佳，为锅炉运行达到最佳状态提供理论层面保证。2.以自主知识产权的设计导则为指导，优化锅炉核心部件，为锅炉运行达到最佳状态提供工程设计层面保证。,54,54,节能型产品的结构保证,专利技术
16、：风帽 回料装置,专有技术：分离器结构 二次风装置 炉膛结构 炉墙结构 防磨密封结构,55,55,三维CAD锅炉装配软件很好的保证了产品结构的正确性130t/h锅炉的总体装配图,56,56,三维CAD锅炉装配软件很好的保证了产品结构的正确性130t/h锅炉的总体装配图,设计性能验证司炉操作培训运行实时监控问题及时判定,57,57,依托清华技术优势，培养了一大批热能工程高端技术人才，为企业持续高速发展奠定了坚实的基础，使企业成为以流化床核心技术为先导的新型现代化企业并打造国内一流的流化床工程研究中心。,58,58,作为在流化床领域取得优异成绩的标志，太锅集团循环流化床锅炉于2007年2月获得了国
17、家科技进步二等奖。,59,59,二、产品结构及特点,60,60,锅炉主体结构形式,太锅和清华合作开发的新一代低床压节能型循环流化床锅炉采用高温绝热旋风分离器的主流炉型，130t/h级别锅炉在炉膛出口并列布置两个高温绝热旋风分离器，锅炉采用典型的M型整体结构布置形式。,61,61,1.炉膛设计a.基于流态重构的状态点确定炉膛结构和受热面b.炉膛顶部设置失速区避免炉顶磨损c.给煤、二次风等接口与水冷壁采用直连式结构d.水冷床整体制造出厂,62,62,2.专利技术风帽a.由风帽头、夹套和内管芯组成b.彻底解决倒渣问题c.磨损后只需要更换夹套和风帽头d.排风孔向下倾斜有效防止炉渣堵塞e.利用风帽内部迷
18、宫结构控制风帽阻力,63,63,3.二次风布置a.二次风前后墙布置利于穿透b.二次风单层布置避免二次风的无组织行为c.前墙风量较大改善给煤区的供氧状况d.较少的风口数量和较高的喷口流速保证风的刚度,64,64,4.炉膛交界处防磨a.流态重构是减轻交界处磨损的根本b.合理的让管机构是最有效的直接的防磨措施c.从防磨层高度、厚度等系统角度综合防磨,65,65,5.旋风分离器根据新的高效旋风筒的设计导则及结构模型，选配旋风筒的几何尺寸和防磨绝热结构。,66,6. 回料阀,根据专利技术的自平衡回料阀流动图谱确定：立管中循环物料流速返料风量和风压返料隔墙高度返料水平通道截面和长度,67,7. 最大化的厂
19、内装配,水冷床整体出厂膜式壁塞块厂内焊接膜式壁分片少、焊口少、分片位置远离交界处膜式壁销钉布置密度大、耐火材料使用寿命长分离器简体和锥体沿圆周分片整体出厂,68,太锅集团与清华大学合作开发出了新一代低床压节能型CFB锅炉产品，新一代产品突破了常规产品面临的可靠性和经济性方面的瓶颈问题，显示了节煤、节电和高可靠性的突出优点，代表了CFB锅炉产品技术发展的最新方向，必将为用户带来最大的投资回报。,69,69,（三）流化床生物质锅炉,70,70,新一代流化床生物质锅炉开发的关键是：如何以低床压节能型循环流化床技术为基础，充分考虑生物质燃料的特性，进行针对性的设计考虑,71,71,一、生物质燃料的主要
20、特性,1.灰溶点低2.碱金属腐蚀3.灰份低4.重量轻5.挥发份高,72,72,一、生物质燃料的主要特性,1、灰溶点低 典型生物质灰溶点,73,73,一、生物质燃料的主要特性,灰溶点低的针对性设计考虑 炉膛内多布置受热面控制循环燃烧系统温度水平 通过底渣排放系统及时将可能产生的小焦块排出 炉膛出口温度水平降低后相应增加过热器受热面积,74,74,一、生物质燃料的主要特性,2、碱金属腐蚀 生物质灰中富含钾和钠等碱金属,熔点低,在炉膛内 为汽相,在500左右以灰污形式凝结于高温过热器 受热面上,75,75,一、生物质燃料的主要特性,碱金属腐蚀的针对性设计考虑 高温过热器采用耐腐蚀的奥氏体不锈钢材料（
21、0Cr17Ni12Mo2） 控制低温过热器出口蒸汽温度不超过400,76,76,一、生物质燃料的主要特性,3、灰份低 木材类原料的灰分含量极低，只有13%，秸秆类原料较高，为5-10。,77,77,一、生物质燃料的主要特性,灰份低的针对性设计考虑 掺烧生物质比例较大时应降低燃煤热值增加灰份 纯烧生物质时向炉内添加惰性物料保持循环量,78,78,一、生物质燃料的主要特性,4、重量轻 真密度及压制成型后的密度,79,79,一、生物质燃料的主要特性,重量轻的针对性设计考虑 压制成型使体积缩小10余倍并提高能量密度是最佳方案 分别独立设置给煤口和生物质口 压制成型的生物质给料口距离布风板3-5m 松散
22、状态的生物质给料口距离布风板5-8m,80,80,生物秸杆压块,81,81,生物质流化床锅炉,82,82,5、挥发份高生物质原料的挥发分远高于固定碳的含量，与煤正好相反,一、生物质燃料的主要特性,83,83,挥发份高的针对性设计考虑 燃料的着火温度降低 炉膛上部燃烧份额、燃烧温度及锅炉燃烧效率提高 提高二次风的比例,一、生物质燃料的主要特性,84,84,循环流化床锅炉掺烧生物质后炉膛上部燃烧份额增加,85,85,循环流化床锅炉掺烧生物质后炉膛上部燃烧温度提高,86,86,循环流化床锅炉掺烧生物质后飞灰含碳量下降锅炉效率提高,87,87,煤和生物质不同混燃比例时的热力数据对比,88,88,二、生
23、物质燃料的其它特性,1.硫份低2.热值相当于中等烟煤3.氧含量高4.环保性能好,89,89,二、生物质燃料的其它特性,1、硫份低 大部分生物质含硫量极少或不含硫,90,90,二、生物质燃料的其它特性,2、热值相当于中等烟煤典型生物质低位发热量,91,91,二、生物质燃料的其它特性,3、氧含量高 典型生物质氧含量 生物质中氧含量远高于煤，燃烧时空气需求量小于煤 应充分考虑烟气量的变化对锅炉热力性能的综合影响,92,92,二、生物质燃料的其它特性,4、环保性能好 SO2排放低 生物质中硫含量低 碱金属与硫反应生成硫酸盐,起固硫剂作用 生物质灰中的CaO含量高,自脱硫能力强 NOx的排放低于燃煤 生物质燃烧排放的C02与生长过程吸收的相同,C02净排放为零,93,93,生物质是植物通过光合作用合成的，植物的光合作用是燃烧反应的逆过程,三、生物质流化床炉型,循环流化床生物质锅炉结构增加炉膛受热面积，控制炉膛温度水平单独设置生物质给料口并采用较高的高度提高二次风的比例，加大二次风机的风量增加过热器的受热面积高过采用耐腐蚀的奥氏体不锈钢材料低过出口蒸汽温度严格控制在400以下设置惰性物料加入口,谢谢！Thanks！,
