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提高解耦燃烧工业锅炉节能环保性能的推广应用研究

文章来源:  |  发布时间:2012-10-09  |  【打印】 【关闭

项目概况 :

中国科学院所属单位针对各种工业锅炉燃煤设备效率低、污染重的问题,开发了具有自主知识产权的解耦燃烧技术。解耦燃烧技术优化燃料的热解、气化和燃烧过程,利用燃料自身产生的热解气、气化气和半焦,通过控制燃烧过程和条件来解除污染物排放之间的耦合关系,实现同时降低NOxCO和烟尘等污染物的排放,并且显著提高燃烧效率。特别是下点火方式的成功,实现了工业锅炉领域燃烧方式的一次重大变革,为工业锅炉的节能减排开辟了新的道路,也为工业锅炉性能的全面提高带来了新的潜力。锅炉燃用型煤可以降低Q4损失5-8%,同时减少粉尘的排放,还可以通过在型煤中添加固硫剂降低SO2的生成,更重要的是使用型煤可以使解耦燃烧的节能减排性能得到更有效地发挥。此外,燃用生物质可以达到CO2的零排放和低硫、低氮排放。因此,以生物质颗粒和型煤作为解耦燃烧的燃料可望获得优异的节能减排效果。

技术创新点:

锅炉实际运行效率比设计期望值低10-15%,说明测试与运行状态存在很大的差距。据考察,除了调试运行水平的差距和设备老化失修,最主要的问题是传统的燃烧方式不能通过燃烧过程控制污染物的生成和不重视对燃料的选择。欧洲国家在煤炭使用上一直沿用这样的传统做法:原煤进行选择,颗粒适中的块煤给层燃锅炉用、煤末他用。我国对链条锅炉燃用煤的要求与美国相比也存在很大差别,尤其在灰分、灰熔点和颗粒尺寸方面的差距非常大:灰分6-9%(我国≤25%);灰熔点≥1482℃(我国≥1250℃);颗粒尺寸6-20mm、其中<6mm的不超过8%(我国6-26mm、其中<6mm不超过25%。所以欧美国家的层燃锅炉运行效率很高、污染物排放也控制的很好。这说明燃料的化学和物理性质越简单、燃烧过程越好控制、节能环保效果越好。比如,炉排炉烧型煤比烧原煤好,颗粒对层燃炉运行的影响很重要。若链条炉排运行时间长、磨损较严重后产生通风截面不均匀时,不仅漏煤严重、而且极易短路蹿火,大量半焦被推出炉外,Q4损失达到15%-20%,这是运行效率低下的主要原因。由于工业锅炉平均容量小、造价低、系统简单,不可能配置造价较高、结构比较复杂的烟气处理设备,所以污染物实际排放量高的情况得不到很好的控制。

本项目以中国科学院所属单位研发的解耦燃烧技术为基础,在已取得成果的基础上,研究解耦燃烧高效率、低污染物排放的最佳工艺条件,进行较大型解耦燃烧工业锅炉的结构优化,开发高效低污染、容量在7.0MW以上的较大型解耦燃烧工业锅炉,并尝试利用新型解耦燃烧锅炉燃烧型煤和生物质,以获得最佳的节能减排运行效果。

将解耦燃烧技术不断升级和进行推广应用,对开发我国自主知识产权的节能减排技术,实现国家工业技术转型和创新型发展战略有着重要意义。

合作状况:

通过与石家庄市石换换热环保有限公司合作,制造新型解耦燃烧锅炉或对河北省现有运行状况不佳、低效率、高污染的较大型工业锅炉进行改造,进而在全国推广应用。项目主要研究内容包括以下三个方面:(i)前端设置解耦燃烧室的链条炉排锅炉的研究以及传统工业链条炉的解耦燃烧改造优化措施研究; (ii) 应用于解耦燃烧的优质低价型煤的制作和研究;(iii) 适用于解耦燃烧的生物质颗粒的制作与研究。

市场化前景:我国的能源结构决定了我们不可能大量使用油、气等相对清洁能源,假设我们和美国人消耗一样多的石油,全世界的石油产量都给中国使用也不够(2009年世界石油总产量35亿吨,如果中国人达到美国年人均消费3.5吨的水平需要46亿吨),而我国人均占有天然气的储量仅是世界平均水平的5%,所以,在一定的时间内,煤炭在我国的能源消耗中占有重要地位的局面不会得到有效的改变,而工业锅炉消耗了我国煤炭产量的1/4,污染物排放也仅次于火力发电居第二位。所以,搞好工业锅炉的节能减排具有非常重要的现实意义,也是地方政府在完成节能减排任务过程中不可回避的问题。所以,我们开发高效、低污染的解耦燃烧技术,并尝试选择型煤和生物质颗粒作为燃料,可以为地方政府和工业锅炉耗能企业的节能减排工作提供有力的技术支持。

预期效益: 解耦燃烧设备在企业原有产品基础上增加一个种类,不需要额外增加设备投资和场地。如果企业年生产和改造总功率为140.0MW的解耦燃烧锅炉,年销售额约为700-1000万元。按照产品的毛利润为40%(毛利率中纯利润和上缴利税大约各占50%,以下同),那么毛利润约为280-400万元。

140.0MW的锅炉年运行大约需要21.6万吨燃煤(煤的热值按20.9MJ/kg、锅炉效率80%、年运行300天)。如果这些锅炉一半燃用型煤、一半燃用生物质,则年需要型煤10.8万吨(热值20.9MJ/kg)、生物质15.4万吨(热值14.65MJ/kg)。型煤价格800/吨、生物质560/吨,毛利率按照20%,则型煤和生物质产品年毛利率为1.72亿元。

采用型煤或生物质解耦燃烧技术,热效率可以提高约10%,降低NOx排放量约30%,按照上述计算,每年可以节煤约2万吨,节省资金1500万元,减排NOx500吨、CO223.6万吨。

合作方式:

专利授权

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