低品位能源利用節(jié)能與環(huán)保——臥式循環(huán)流化床技術(shù)

1、低品位能源利用 節(jié)能與環(huán)保臥式循環(huán)流化床技術(shù)清華大學(xué)熱能系資源環(huán)境研究組北京熱華能源科技有限公司2016年6月目錄第一部分技術(shù)發(fā)展歷程及技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)第二部分第三部分科技成果轉(zhuǎn)化典型案例介紹臥式循環(huán)流化床技術(shù) 臥式循環(huán)流化床技術(shù)發(fā)展歷程研發(fā)骨干人員開(kāi)始研發(fā)取得原創(chuàng)性發(fā)明專利首臺(tái)熱水鍋爐投入應(yīng)用首臺(tái)鍋爐通過(guò)環(huán)保測(cè)試首臺(tái)蒸汽鍋爐投入應(yīng)用首臺(tái)生物質(zhì)鍋爐投入應(yīng)用 2009年 2008年 2007年 2006年 2005年 2004年社會(huì)資本實(shí)現(xiàn)科研成果轉(zhuǎn)化成立北京熱華能源科技有限公司熱華公司取得了清華大學(xué)相關(guān)專利許可權(quán)，通過(guò)自主研發(fā)臥式循環(huán)流化床技術(shù)，獲得已授權(quán)專利26項(xiàng)，其中發(fā)明專利10項(xiàng)。清華大學(xué)資源

2、環(huán)境研究組成立于1995年，以博士生導(dǎo)師、榮獲全國(guó)第四屆“發(fā)明獎(jiǎng)”的張衍?chē)?guó)教授為負(fù)責(zé)人和學(xué)術(shù)帶頭人，聚集一批優(yōu)秀的研發(fā)技術(shù)骨干及專業(yè)技術(shù)工程師，其中博士及碩士研究生近20余人。長(zhǎng)期致力于劣質(zhì)燃料的燃燒、余熱利用、固體燃料的熱轉(zhuǎn)化技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用,承擔(dān)多項(xiàng)國(guó)家973計(jì)劃項(xiàng)目、科技支撐項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目。 實(shí)現(xiàn)循環(huán) 流化床鍋爐小型化1料斗；2主燃室； 3副燃室；4燃盡5分離器出口；6風(fēng)帽；7風(fēng)室； 8分離器回料口；9一次物料循環(huán)入口；10燃盡室至副燃室 入口；11分離器料腿；12分離器。技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)原創(chuàng)性創(chuàng)新： 具有兩級(jí)及兩級(jí)以上的折返式氣固兩相流，形成了新的流體動(dòng)力特性以及新的傳熱、傳質(zhì)和

3、燃燒過(guò)程及規(guī)律，提出了新的燃燒模式立式循環(huán)流化床鍋爐局部放大局部放大圖 創(chuàng)新點(diǎn)三級(jí)爐膛，兩級(jí)物料循環(huán)設(shè)計(jì)三級(jí)爐膛增加了鍋爐有效燃燒高度，臥式循環(huán)流化床鍋爐有效爐膛為普通立式鍋爐的1.6倍。兩級(jí)物料循環(huán)結(jié)構(gòu)，使燃料燃燒更為充分。中溫分離技術(shù)分離溫度低于500，避免分離器結(jié)焦，延長(zhǎng)使用壽命。臥式布置單層鍋爐房設(shè)計(jì)，降低工程造價(jià)。技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)先進(jìn)技術(shù)的集成創(chuàng)新：綜合性能優(yōu)化 創(chuàng)新點(diǎn)全膜式壁密封結(jié)構(gòu)保溫性好，熱量散熱損失小。散熱約為1%。尾部積灰治理技術(shù)1、省煤器管束布置。2、對(duì)流受熱面設(shè)計(jì)。3、采取燃?xì)饷}沖吹灰器吹灰。延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，保證設(shè)備的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。 減少結(jié)焦現(xiàn)象密相區(qū)水冷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 智能運(yùn)營(yíng)控

4、制系統(tǒng)引入互聯(lián)網(wǎng)+，降低項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)成本，提高管理水平。生物質(zhì)及工業(yè)廢棄物高效清潔能源化處置服務(wù)技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)環(huán)保性能優(yōu)越：排放達(dá)到鍋爐大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)（GB13271-2014）重點(diǎn)地區(qū)燃?xì)忮仩t的排放標(biāo)準(zhǔn)煙塵10mg/m3SO250mg/Nm3NOx150mg/Nm3 主要排放指標(biāo)超低排放臥式循環(huán)流化床燃煤鍋爐成套燃燒技術(shù)優(yōu)異的燃燒組織：流態(tài)化燃燒燃燒中降污：低溫分級(jí)燃燒，初始NOx較低燃燒中脫硫：爐內(nèi)鈣基流態(tài)化脫硫燃燒中脫硝：SNCR，尿素為原料燃燒后高效除塵：粗除塵+布袋除塵燃燒后精脫硫：堿液精脫硫在研項(xiàng)目：科技部國(guó)際科技合作專項(xiàng)燃煤煙氣的SO2和NOx排放的同時(shí)控制技術(shù)1、清華大學(xué)2、Depa

5、rtment of Mechanical & Mechatronics Engineering, University of Waterloo, Canada3、北京熱華能源科技有限公司技術(shù)創(chuàng)新的應(yīng)用效果 解決問(wèn)題 目標(biāo)用戶三級(jí)爐膛，兩級(jí)物料循環(huán)設(shè)計(jì)有效保證燃料燃燒時(shí)間，燃盡率高，鍋爐熱效率高。4-130噸/時(shí)鍋爐，不但可以燃燒煙煤，還可以燃用褐煤、無(wú)煙煤以及高硫煤、貧煤、煤矸石、生物質(zhì)等劣質(zhì)燃料，或者混燒上述燃料，使用戶有了更多的燃料選擇,從而進(jìn)一步降低鍋爐的運(yùn)行成本。中溫分離 1、避免生物質(zhì)燃料后燃現(xiàn)象發(fā)生，減少分離器的結(jié)焦，延長(zhǎng)分離器壽命。2、耐火材料少，熱損失小。對(duì)使用生物質(zhì)燃料，對(duì)鍋

6、爐熱效率要求較高的用戶。排放治理個(gè)性化設(shè)計(jì)，提供多種排放物治理方案.對(duì)環(huán)保排放指標(biāo)要求高的用戶。燃料形狀適應(yīng)性可以燃燒顆?；蛏⒘希S稈及灰稈。有不同種類燃料的用戶。鍋爐啟動(dòng)速度只在爐膛下部敷設(shè)少量耐火材料，鍋爐熱慣性小，點(diǎn)火啟動(dòng)迅速。熱能需求變動(dòng)幅度較大的用戶。對(duì)尾部積灰進(jìn)行了有效處理灰中堿金屬含量高，灰的粘度大。使用生物質(zhì)燃料的用戶。 特別適用于劣質(zhì)燃料、高揮發(fā)分燃料科技成果轉(zhuǎn)化:北京熱華能源科技有限公司清潔煤燃燒技術(shù)生物質(zhì)熱能利用技術(shù)工業(yè)廢棄物資源化處理技術(shù)010203制冷冷熱電三聯(lián)產(chǎn)熱電聯(lián)產(chǎn)供熱技術(shù)應(yīng)用模式 服務(wù)方式 鍋爐裝備制造臥式循環(huán)流化床鍋爐及裝備銷售 專業(yè)技術(shù)服務(wù)鍋爐設(shè)計(jì)、施工、

7、安裝一攬子服務(wù)應(yīng)用市場(chǎng)定位能源托管及投資運(yùn)營(yíng)服務(wù)BOT、BOO商業(yè)模式公司成立于2007年，現(xiàn)有注冊(cè)資本2886萬(wàn)元，凈資產(chǎn)逾1億元。位于中關(guān)村清華科技園內(nèi)，是國(guó)家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)。業(yè)務(wù)定位為清潔能源及工業(yè)固體廢物處置運(yùn)營(yíng)商、熱能服務(wù)商。公司在河北省張家口市投資興建了鍋爐裝備制造、研發(fā)基地，預(yù)計(jì)產(chǎn)能1800蒸噸/年。科技成果轉(zhuǎn)化BOO項(xiàng)目BOT項(xiàng)目出口項(xiàng)目1項(xiàng)6項(xiàng)8項(xiàng)76項(xiàng)工程業(yè)績(jī)?nèi)剂戏N類稻殼藥渣咖啡渣玉米芯造紙廢渣秸稈煙梗酒糟木屑煤炭燃料應(yīng)用種類典型用戶1、清潔煤燃燒技術(shù)- 達(dá)到燃?xì)忮仩t排放標(biāo)準(zhǔn)鍋爐效率高燃料能夠充分的燃燒和換熱，高燃盡率，全膜式壁密封結(jié)構(gòu)，鍋爐效率達(dá)到85%92%。燃料種類適

8、應(yīng)性廣可用無(wú)煙煤、褐煤、貧煤以及高硫煤、石煤、煤矸石、油頁(yè)巖等劣質(zhì)燃料，可摻燒生物質(zhì)燃料。運(yùn)營(yíng)成本相對(duì)較低對(duì)燃料粒徑要求比較粗放，無(wú)需制粉系統(tǒng)；鍋爐傳動(dòng)部件少，運(yùn)行可靠，故障率相對(duì)較低。鍋爐型式： 臥式循環(huán)流化床鍋爐鍋爐出力： 4130t/h（2.8MW90MW）熱效率： 8692%燃料熱值范圍：1500-5500Kcal/kg爐膛溫度： 850900爐膛結(jié)構(gòu)： 膜式壁傳熱介質(zhì)： 水排煙溫度 145主要技術(shù)參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目單位鏈條爐臥式循環(huán)流化床鍋爐不更換燃料燃劣質(zhì)燃料一鍋爐熱效率效率%68.68886二燃料消耗量及費(fèi)用1燃料優(yōu)質(zhì)煙煤優(yōu)質(zhì)煙煤劣質(zhì)煤2煤的發(fā)熱量kcal/kg580058003500

9、3耗煤量（t/h）3.262.544.314每年燃料費(fèi)用（萬(wàn)元）萬(wàn)元/a204115911303三電耗及電費(fèi)1運(yùn)行功率KW1402002002運(yùn)行期電費(fèi)（萬(wàn)元/a）萬(wàn)元/a75.6108108四經(jīng)濟(jì)效益1燃料費(fèi)電費(fèi)萬(wàn)元2117169914112節(jié)省金額萬(wàn)元/4187063節(jié)省比例19.7%33.4%與煤粉爐對(duì)比與鏈條爐運(yùn)營(yíng)費(fèi)用對(duì)比鍋爐出力20 t/h，蒸汽壓力1.25MPa情形下1、清潔煤燃燒技術(shù)-達(dá)到燃?xì)忮仩t排放標(biāo)準(zhǔn)燃煤臥式循環(huán)流化床鍋爐項(xiàng)目19個(gè)生物質(zhì)和煤混燒循環(huán)流化床鍋爐項(xiàng)目13個(gè)2、生物質(zhì)熱能利用技術(shù)-稻殼直燃鍋爐 目標(biāo)實(shí)現(xiàn)路徑純燒稻殼，不用加床料采用特殊的密相區(qū)結(jié)構(gòu)、合理的配風(fēng)及高效

10、的兩級(jí)回灰結(jié)構(gòu)。降低磨損本鍋爐采用較低的流化風(fēng)速，減輕鍋爐的磨損，且在易磨損的部位進(jìn)行了防磨處理。提高灰渣綜合利用價(jià)值本鍋爐由于純燒稻殼，且不加床料，使得稻殼灰中沒(méi)有雜質(zhì)混入；稻殼的燃燒非常完全，灰中約90%為SiO2， 是生產(chǎn)白炭黑的優(yōu)質(zhì)原料。稻殼比較堅(jiān)硬。稻殼的著火燃燒溫度為300400，揮發(fā)分含量高，揮發(fā)分的析出和燃燒迅速，燃燒主要集中在揮發(fā)分的氣相燃燒，固定炭的燃盡性能較差。稻殼灰的Si 含量高，鍋爐的磨損比較嚴(yán)重。稻殼灰的成分分析序號(hào)No.成分Composition比例Content1SiO2 89.973%2K2O 4.310%3P2O5 1.314%4CaO1.293%5Cl0.

11、926%6SO30.759%7MgO 0.575%8MnO0.300%9Fe2O3 0.211%10Al2O3 0.206%11Na2O0.060%12Cr2O30.032%13ZnO0.022%14Rb2O 0.015%15SrO0.004%檢測(cè)結(jié)果表明鍋爐熱效率、燃盡率較高熱效率為88.98%飛灰含碳量2.85%底渣含碳量0.97%2、生物質(zhì)熱能利用技術(shù)-稻殼直燃鍋爐江蘇省興化市脫水蔬菜產(chǎn)業(yè)園區(qū) 345t/h稻殼鍋爐（工業(yè)園區(qū)熱電聯(lián)產(chǎn)BOO項(xiàng)目） 德彥紙業(yè)（廈門(mén)）有限公司 15t/h 稻殼鍋爐 2009 年投產(chǎn)中糧米業(yè)（綏化）有限公司 20t/h 稻殼鍋爐 2010 年投產(chǎn)示范項(xiàng)目鍋爐技術(shù)

12、參數(shù)1 額定蒸發(fā)量 445t/h2 額定工作壓力 1.253.82MPa3 額定溫度 飽和或過(guò)熱4 燃 料 稻殼5 額定熱效率 87%6 爐膛溫度 8509007 排煙溫度 1458 給水溫度 1049 傳熱介質(zhì) 水10 鍋爐型式 循環(huán)流化床 臥式11 爐膛結(jié)構(gòu) 膜式壁12 NOx 治理 低溫分級(jí)燃燒13 除塵方式 布袋除塵14 環(huán)保標(biāo)準(zhǔn) GB13271-20143、工業(yè)廢棄物資源化處理技術(shù)-(1)燃煙梗鍋爐 創(chuàng)新點(diǎn)三級(jí)爐膛，兩級(jí)物料循環(huán)設(shè)計(jì)采用了“三級(jí)爐膛、兩級(jí)回灰、中溫分離”等技術(shù)和成套設(shè)備，有效解決了煙梗燃燒易結(jié)焦、易粘接、易積灰等技術(shù)難題?；曳痔幚砑夹g(shù)針對(duì)復(fù)烤煙梗燃燒后灰分的強(qiáng)堿性特征

13、，研發(fā)了煙梗燃燒灰分的有機(jī)肥配方和產(chǎn)品，產(chǎn)品已經(jīng)取得了農(nóng)業(yè)管理部門(mén)頒發(fā)的農(nóng)肥登記證。唯一成功實(shí)現(xiàn)煙草廢棄物減量化、資源化技術(shù)市場(chǎng)需求煙草專賣(mài)管理規(guī)定，煙梗必須進(jìn)行毀形毀性處理，且由煙草專賣(mài)局進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督。全國(guó)煙草復(fù)烤企業(yè)有60多家，每年有約40萬(wàn)噸的煙梗廢棄物需要處理。目前狀況煙梗通常采用粉碎處理（需粉碎到50目以下），存在粉塵污染，且處理成本高。技術(shù)難點(diǎn)煙梗堿金屬含量高、焦油含量高，采用常規(guī)氣化、燃燒技術(shù)均告失敗。中國(guó)煙草總公司2014年重點(diǎn)科技項(xiàng)目循環(huán)流化床煙梗處理技術(shù)項(xiàng)目鑒定驗(yàn)收會(huì)3、工業(yè)廢棄物資源化處理技術(shù)-(1)燃煙梗鍋爐湖南煙葉復(fù)烤有限公司郴州復(fù)烤廠 15t/h煙梗鍋爐*2 201

14、2年湖南煙葉復(fù)烤有限公司永州復(fù)烤廠 22t/h煙梗鍋爐 2013年四川煙葉復(fù)烤有限責(zé)任公司德昌復(fù)烤廠15t/h煙梗鍋爐 2014年四川煙葉復(fù)烤有限責(zé)任公司會(huì)理復(fù)烤廠20t/h煙梗鍋爐 2014年河南天昌國(guó)際煙草有限公司寶豐復(fù)烤廠13t/h煙梗鍋爐 2014年云南煙葉復(fù)烤有限責(zé)任公司瀘西復(fù)烤廠10t/h煙梗鍋爐 2015年示范項(xiàng)目（BOT）3、工業(yè)廢棄物資源化處理技術(shù)-(2)燃中藥渣鍋爐市場(chǎng)容量中藥渣每年大約產(chǎn)生3000萬(wàn)噸，絕大多數(shù)是植物根、莖、枝葉，富含植物纖維。含水量較高且含有一定營(yíng)養(yǎng)成分，極易腐敗，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。目前狀況填埋法:產(chǎn)生的滲濾液對(duì)地下水與土壤污染嚴(yán)重，并大量占用土地

15、資源。做有機(jī)肥、基料、飼料均不能大量處理。焚燒：由于水分高、熱值低，很難燃燒。解決辦法設(shè)計(jì)了利用鍋爐尾氣藥渣烘干系統(tǒng)。增加燃燒時(shí)間，鍋爐熱效率高。有效控制結(jié)焦現(xiàn)象。對(duì)尾部積灰做了特殊處理。 藥渣脫水烘干系統(tǒng) 鍋爐排煙溫度提高到230-240，藥渣的含水率降到40%以下。3、工業(yè)廢棄物資源化處理技術(shù)-(2)燃中藥渣鍋爐 鍋爐技術(shù)參數(shù)華潤(rùn)三九（棗莊）藥業(yè)有限公司 20t/h 2009年安徽金蟾生化有限公司 20t/h*2 2011年華潤(rùn)三九（棗莊）藥業(yè)有限公司（二期） 20t/h 2013年毫州宏路藥業(yè)有限公司 20t/h 在建貴州太和藥業(yè)有限公司 15t/h 2015年廣東一方制藥有限公司 20t/h 2015年示范項(xiàng)目鍋爐型式： 臥式循環(huán)流化床鍋爐鍋爐