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富氧燃烧设备

富氧燃烧技术简介

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  富氧燃烧技术简介_能源/化工_工程科技_专业资料。富氧燃烧技术 简介 2014.11.27 富氧燃烧技术简介 1、富氧燃烧(OEC)概述 2、OEC对燃煤锅炉燃烧特性的影响 3、OEC在工业锅炉上的应用情况 4、OEC在电站锅炉上的研发情况 5、

  富氧燃烧技术 简介 2014.11.27 富氧燃烧技术简介 1、富氧燃烧(OEC)概述 2、OEC对燃煤锅炉燃烧特性的影响 3、OEC在工业锅炉上的应用情况 4、OEC在电站锅炉上的研发情况 5、富氧微油点火技术的应用现状 6、OEC技术在电站锅炉的发展展望 7、OEC的经济性分析 8、建议 * 富氧燃烧技术简介 1、富氧燃烧(OEC)概述 1.1 概念 富氧燃烧就是采用比空气中含氧量高的空气(甚至是 纯氧)来进行助燃。主要特点: (1)提高燃烧区的火焰温度 (2)加快燃烧速度 (3)减少燃烧后的烟气量 (4)降低燃料的燃点温度 (5)提高热量利用率 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 1、富氧燃烧(OEC)概述 1.2 分类 根据富氧燃烧过程中氧浓度的不同,富氧燃烧可以分 为: (1)微富氧燃烧 (2)氧气喷枪 (3)纯氧燃烧 (4)空-氧燃烧 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 1、富氧燃烧(OEC)技术概述 1.2 分类 (1)微富氧燃烧:是直接将氧气和空气先混合,使 之呈现微富氧状态,之后再送入炉膛燃烧。 (2)氧气喷枪:利用氧气喷枪在燃烧室内局部注入 氧气。 (3)纯氧燃烧:是利用氧气直接取代空气。 (4)空-氧燃烧:是空气和氧气同时供应燃烧器燃烧。 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 1、富氧燃烧(OEC)技术概述 1.2 分类 根据富氧燃烧的目的不同,富氧燃烧大体可以分作以 下3类: (1)捕获CO2为目的的富氧燃烧 (2)降低有害气体的排放为目的的富氧燃烧 (3)提高锅炉效率为目的的富氧燃烧 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 1.2 分类 (1)捕获CO2为目的的富氧燃烧 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 1.2 分类 (1)捕获CO2为目的的富氧燃烧 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 1.2 分类 (2)降低有害气体的排放为目的的富氧燃烧 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 1.2 分类 (3)提高锅炉效率为目的的富氧燃烧 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 2、OEC对燃煤锅炉燃烧特性的影响 2.1 理论空气量 目前的锅炉理论空气计算是以空气中氧量20.93%作为前提的,在富氧条 件下,一般含氧量会升高到27%~30%。理论计算表明:当富氧空气中氧含 量到27%时,理论空气量减少到原来的78%。 2.2 过量空气系数 在富氧条件下,由于氧气浓度的升高,在其他条件相同的情况下,同样 的锅炉空气系数对于燃烧的作用不同,后者会激化燃烧过程,所以可以采用 较低的锅炉空气系数。 2.3 空气和燃烧产物焓值 由于过量空气量的变化以及成分的变化,以燃料单位重量所计算的空气 焓值,也发生了变化,需要按照各个气体成分重新进行计算。其他诸如烟气 容积、空气和烟气的焓值均相应变化。按照上述的原则计算的烟气焓值在相 同温度下有所降低。 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 2、OEC对燃煤锅炉燃烧特性的影响 2.4 理论燃烧温度(略有增加) 表3 富氧条件下的炉内各有关温度的变化 ℃ * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 2、OEC对燃煤锅炉燃烧特性的影响 2.5 炉膛出口温度 有关专家以一台小型的煤粉锅炉为对象,进行了富氧 条件下的计算。计算时假定燃料量不变、热风温度不变、 炉膛的沾污情况不变、火焰中心高度不变。 计算结果发现,随着富氧的加深,理论燃烧温度大幅 度上升,而同时由于烟气的热容量降低,炉膛出口温度却 有所下降。 2.6 炉膛的吸传热量 不考虑燃料量的变化,随着富氧程度的加深,炉内平 均温度上升,炉内辐射传热量的增加,炉内传热量增加。 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 2、OEC对燃煤锅炉燃烧特性的影响 2.7 锅炉的热效率 (1)富氧和排烟损失 在富氧条件下,由于氮的含量降低,排烟损失q2必然 降低。通过计算分析,假定排烟温度、过量空气系数和飞 灰未燃碳不变(实际上都会降低),排烟损失的变化情况计 算结果见表5。 表5 富氧条件下排烟损失的变化 % * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 2、OEC对燃煤锅炉燃烧特性的影响 2.7 锅炉的热效率 富氧燃烧由于增加了燃烧反应速度,强化了燃烧,将 有利于降低未燃碳的损失。对于不同的燃烧方式,包括煤 粉燃烧、层燃或流化床等方式,都是有正面的效果。 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 3、富氧燃烧技术在工业锅炉上的应用情况 富氧燃烧技术从20世纪80年代提出时,主要是运用在 冶金、玻璃制备等工业锅炉上,随着氧气制备技术日趋成 熟,富氧燃烧技术也随之发展很快。 3.1 在日本的应用情况 在日本, 先后有近20 家公司推出富氧装置。通过在 以气、油、煤为燃料的不同场合进行富氧应用试验, 得到 了如下结论: 用23% 的富氧助燃可节能10%~25% ; 用25% 的富氧助燃可节能20%~40% ; 用27%的富氧助燃可节能 30%~50%等。 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 3、富氧燃烧技术在工业锅炉上的应用情况 3.2 在德国的应用情况 在德国一座马蹄型蓄炉上用27%的富氧试验,使熔化 率增加了56.2%,能耗下降20%,熔化温度提高了100℃,环 境污染明显改善。 3.3 在美国的应用情况 在美国一玻璃厂仅用23%富氧助燃,产量增加12.3%,节 能约9%,且成品率提高3%~10%,灰泡数量下降40%,炉龄 延长了5~6个月,烟尘排放大大减少。 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 3、富氧燃烧技术在工业锅炉上的应用情况 3.4 在中国的应用情况 1989年中科院大连物理化学研究所和北京玻璃集团合 作, 开发出”局部增氧”和”梯度燃烧”等高新技术应用 于玻璃池炉, 所用富氧空气量仅有二次风量的1% 左右, 而进风量和引风量均下降了1/4~1/2 左右。玻璃质量以 及利用率均有明显的提高, 延长了池炉的寿命,改善了 火焰结构,减少了烟尘排放量,节能、增产和环保效益显 著。 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 3、富氧燃烧技术在工业锅炉上的应用情况 3.4 在中国的应用情况 1998年,我国中科院大连化物所在江苏阜宁化肥厂的 WGC20/3.82- 1型燃煤蒸汽锅炉安装了一台富氧膜法装置 进行助燃,通过检测部门的检测发现,富氧设备性能稳定, 炉膛温度提高90℃,平均节能大于11%,最高达16.2%。 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 3、富氧燃烧技术在工业锅炉上的应用情况 3.4 在中国的应用情况 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 4、富氧燃烧技术在电站锅炉上的研究进展 4.1 加拿大建成了0.3MW煤粉富氧燃烧试验系统 加拿大能源技术中心于1994 年建成了一个0.3MW的煤 粉炉富氧燃烧试验系统,用于煤粉燃烧的火焰、传热与污 染物的排放等特性研究。 4.2 日本在100MW示范电站中使用了富氧燃烧技 术 日本石川岛播磨公司在100MW示范电站中使用了富氧 燃烧技术,该系统还采用了排烟热交换器,试验结果显示 脱硝和脱硫效率分别达到了70%和90%以上,占地面积也只 有原来的约50%。 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 4、富氧燃烧技术在电站锅炉上的研究进展 4.3 德国建设了30MW富氧燃烧锅炉示范电厂 2008年,德国勃兰登堡州的斯普莱贝格试验电厂是全 球首个演示富氧燃烧技术捕捉和储存二氧化碳的试验电厂。 这个由阿尔斯通提供富氧燃烧锅炉技术的30MW粉煤示范电 厂,配备了从氧气生产一直到二氧化碳提纯与压缩在内的 完整富氧燃烧链所需的全部组件。 2008年9月9日,试验电厂正式投产,起动深入的测试 程序(包括主要试验使用褐煤和烟煤两个测试阶段)。该 试验电厂将为2015年建设的200~300MW演示电厂奠定良好 的技术基础。 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 4、富氧燃烧技术在电站锅炉上的研究进展 4.4 我国在某150t/h煤粉锅炉上的应用情况 中南大学2006年在一台150t/h煤粉锅炉上,设计膜法 富氧局部助燃系统,并将局部富氧助燃技术应用于煤粉锅 炉的工业试验。结果表明:局部富氧助燃技术的应用,能 有效地解决炉膛结焦和高温腐蚀问题;提高低负荷不投油 稳燃能力;燃用贫煤时,可以在50%额定负荷下断油稳燃; 大渣及飞灰可燃物含量降低,排烟热损失减少1.2%,锅炉 实测热效率比常规运行方式下的热效率提高2.5%以上。 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 4、富氧燃烧技术在电站锅炉上的研究进展 从上面的介绍可以看出,富氧燃烧技术是可行的, 但是,到目前为止,富氧燃烧技术并没有得到广泛应用。 究其根本原因是:富氧制备装置目前还没有实现大型化, 而且由于装置运行成本高等原因。目前该装置还没有真正 发展到工业应用阶段。这,也是目前制约富氧燃烧技术工 业应用的重要原因之一! 但是,富氧燃烧技发展术的“初级应用阶段”----富 氧微油点火技术却得到快速发展。 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 5.富氧微油点火技术的应用现状 5.1 富氧微油点火系统的组成 在现有成熟的微油点火技术上,增加一套富氧系统。 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 5.富氧微油点火技术的应用现状 5.2 富氧微油点火技术的应用现状 目前,我国开展富氧微油点火技术的公司主要有青岛 天兰青岛天兰环境股份有限公司、济南海普概述、艾佩克 斯(北京)有限公司、重庆市富燃科技有限责任公司等。 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 5.富氧微油点火技术的应用现状 5.3 富氧微油点火燃烧器示意图 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 5.富氧微油点火技术的应用现状 5. 3 富氧微油点火燃烧器示意图 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 5.富氧微油点火技术的应用现状 5.4 富氧微油点火技术的应用业绩(部分) 章丘发电厂、潍坊发电厂、青岛发电厂、莱城电厂、河北国电衡丰电厂 (墙式)以及正在设计安装的黄台电厂、山东华能聊城发电厂、重庆九龙发 电厂(200MW四角切圆锅炉)、国电成都金堂发电厂(600MW墙式燃烧锅 炉)、大唐国际阳城发电厂(W型炉)、 广安电厂、十里泉电厂等。 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 5.5 富氧微油点火技术的应用效果 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 6.富氧燃烧技术在电站锅炉的发展展望 6.1 在点火稳燃领域将与等离子点火、微油点火 均分天下 6.2 将在稳定燃烧、提高锅炉效率方面发挥重要 作用 6.3 富氧燃烧技术将开启清洁燃烧新时代 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 6.富氧燃烧技术在电站锅炉的发展展望 6.2 将在稳定燃烧、提高锅炉效率方面发挥重要 作用 富氧燃烧技术在点火阶段的应用只是该技术的初级阶 段,该技术完全可以在以下领域发挥更大的作用 (1)在锅炉低负荷稳燃方面 对于煤质较差而且煤源不稳定,煤的配比缺乏科学手 段造成燃烧不稳定的问题,也可以通过富氧局部助燃技术 得到弥补,满足稳定燃烧的要求。 如果将锅炉B、C、D某层或者某两层主燃烧器改造为 富氧燃烧器,将可以在锅炉燃烧不稳定时,起到快速稳燃 的作用。其投入稳燃的速度比等离子点火、微油点火都快 速得多。只需打开富氧燃烧器前的阀门即可稳燃。 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 6.富氧燃烧技术在电站锅炉的发展展望 6.2 将在稳定燃烧、提高锅炉效率方面发挥重要 作用 理论依据: 局部增氧助燃技术,既能提高劣质燃料的应用范围, 又能充分发挥优质燃料的性能。 有关研究表明:如用26.7 %的富氧空气燃烧褐煤或用 21. 8 %的富氧空气燃烧无烟煤所得到的理论燃烧温度T与 用普通空气燃烧重油得到的T相当,说明用富氧烧煤可代 替用空气烧油。这一研究结果有力支持了在锅炉低负荷稳 燃方面采用富氧燃烧的科学性。 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 6.富氧燃烧技术在电站锅炉的发展展望 6.2 将在稳定燃烧、提高锅炉效率方面发挥重要 作用 (2)进行脱硫、脱硝技术改造后,因引风、送风出力 不足的问题,采用富氧燃烧技术,可以减少总风量的优点 得到弥补,从而使燃烧完全,同时减少机械和化学不完全 燃烧损失,降低大渣和飞灰中的含碳量,减少烟气的排放 量。 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 6.富氧燃烧技术在电站锅炉的发展展望 6.2 将在稳定燃烧、提高锅炉效率方面发挥重要 作用 理论依据: 有关研究表明:局部增氧助燃技术所配富氧量仅为所需 空气量的1 %~3 %。 如果采用27%左右的富氧空气,对于煤粉燃烧锅炉来说, 燃烧器的一次风和二次风都会降低20%左右。 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 6.富氧燃烧技术在电站锅炉的发展展望 6.2 将在稳定燃烧、提高锅炉效率方面发挥重要 作用 (3)采用富氧助燃技术,可以将高浓度的富氧流快速 直接送入到SOFA风中心区域,提高该区域未燃尽碳的燃尽 度,降低飞灰可燃物损失。 目前,经过低氮燃烧器(LNB)改造后的锅炉,锅炉 效率降低,出现飞灰含碳量增加的现象比较普遍。 出现上述情况的主要原因之一就是,为了降低锅炉的 NOx排放,LNB技术将主燃烧器区域的氧量降低而SOFA区 域氧量不足所致。 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 6.富氧燃烧技术在电站锅炉的发展展望 6.2 将在稳定燃烧、提高锅炉效率方面发挥重要 作用 下表是某发电厂锅炉LNB改造之后,飞灰含碳量的实 际数据。该厂4台锅炉运行参数基本一致,其中#1、#2锅 炉已经进行LNB改造,#2、#1锅炉分别于2012年10月、 2013年进行LNB改造。改造后的两台锅炉飞灰含碳量长期 高于未改造锅炉1.5%~2%以上。 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 6.富氧燃烧技术在电站锅炉的发展展望 6.2 将在稳定燃烧、提高锅炉效率方面发挥重要 作用 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 6.富氧燃烧技术在电站锅炉的发展展望 6.2 将在稳定燃烧、提高锅炉效率方面发挥重要 作用 在2014年4月大唐集团公司安全生产情况通报 会上,有关统计表明:大唐集团目前有30台锅炉 都存在锅炉飞灰含碳量偏高的情况。 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 6.富氧燃烧技术在电站锅炉的发展展望 6.2 将在稳定燃烧、提高锅炉效率方面发挥重要 作用 如果在这些飞灰含碳量偏高、锅炉效率降低 的锅炉上实施富氧燃烧技术,将会起到积极效果。 例如:中南大学张家元等人人在150t/h煤粉 锅炉采用的膜法富氧局部助燃技术就是一个很好 的示范。 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 6.富氧燃烧技术在电站锅炉的发展展望 6.2 将在稳定燃烧、提高锅炉效率方面发挥重要 作用 下图是该项目实施方案图。 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 6.富氧燃烧技术在电站锅炉的发展展望 6.2 将在稳定燃烧、提高锅炉效率方面发挥重要 作用 下图是该项目实施后在各试验工况热效率及热损失图。 q2 为排烟热损失,q3 为气体未完全燃烧热损失, q4 为固体未完全燃烧热损失。 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 6.富氧燃烧技术在电站锅炉的发展展望 6.2 将在稳定燃烧、提高锅炉效率方面发挥重要 作用 结果表明:局部富氧助燃技术的应用,能有 效地解决炉膛结焦和高温腐蚀问题;提高低负荷 不投油稳燃能力;燃用空干基挥发分12.21%,灰 分26.14%的贫煤时,可以在50%额定负荷下断油 稳燃;富氧风助燃使排烟热损失q2减少1.2%左右, 飞灰碳含量明显降低,固体未完全燃烧热损失q4 降低1%左右,锅炉实测热效率比常规运行方式下 提高2.5%以上,表明富氧风起到了很好的助燃效 果。 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 6.富氧燃烧技术在电站锅炉的发展展望 6.2 将在稳定燃烧、提高锅炉效率方面发挥重要 作用 虽然该示范工程是一个特例,但是,即使我 们降低对富氧局部助燃技术的期望值,保守的估 算飞灰含碳量仅降低1%,对于300MW锅炉,锅炉的 煤耗也可以降低1g/kWh。按照运行5000h计算,年 节标煤1500t左右,经济效益是可观的。 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 6.富氧燃烧技术在电站锅炉的发展展望 6.3 富氧燃烧技术将开启清洁燃烧新时代 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 7. OEC技术的经济性分析(略) 小指标对机组效率影响量参考表 摘自《中国大唐集团公司火电机组能耗指标分析指导意见》 序号 参数名称 单位 变化量 影响煤耗 (g/kWh) 影响锅炉效 率(%) 600MW超临界 ~200MW级机组 飞灰可燃物 % 排烟温度 ℃ 1 1.02~1.28 -0.36~-0.27 10 1.6~2.1 -0.45~0.53 * 富氧燃烧(OEC)技术综述及展望 8. 建议 8.1 大力推广富氧微油点火技术提高锅炉低负荷 稳燃能力进一步优化锅炉运行方式、降低发电油 耗 8.2 积极推进富氧燃烧技术在提高锅炉燃烧稳定 性、提高炉效方面的示范工程 8.3 加大膜法制氧关键设备的研发力度迎接锅炉 富氧燃烧新时代 * 谢谢! Thanks!

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