美国工业锅炉技术考察报告

美国工业锅炉技术考察报告TCAPP/CATETC项目中国工业锅炉代表团2002年11月0 简介根据“技术合作协议示范项目”（TCAPP）和“清洁空气和清洁能源合作项目”的要求，中国TCAPP/CATETC项目的九人代表团受美国环保局(EPA)的邀请，于2002年10月21日至11月2日访问了美国，访问的目的是考察美国工业锅炉的先进技术。

TCAPP/CATETC项目是一个由美国国家环保局（EPA）和中国计划发展计划委员会的“双边市场驱动气候技术转让项目”。

代表团的组成见表1。

表1 中国工业锅炉代表团名单美国能源部的国家能源技术实验室的Mark C. Freeman先生和国家可再生能源实验室的Jean Y. Ku女士对这次考察作了全面安排，并陪同中国代表团进行了考察。

他们的精心安排组织、周到计划的行程以及他们为这次访问所作的全部努力是使本次考察成功的关键。

表2所示为代表团的访问日程安排。

在美国的12天里，代表团共参观了七个工业锅炉锅炉房，两个煤炭公司，三所大学；访问了一家锅炉制造公司，一家工业锅炉推销公司；在匹兹堡，宾州大学和新泽西州的Clinton进行了三整天的技术交流活动。

在交流过程中，包括来自美国通用电气公司的能源服务部，煤气技术研究所、匹兹堡大学，宾州大学，里海大学，福斯特惠勒公司等不同机构的许多专家，在多方面向代表团进行了详尽的介绍。

其中包括燃烧、气化、流化床技术，排放控制，系统优化及生物质燃烧技术等。

代表团所参观之处都受到各有关公司和院校的热情接待。

本次考察给代表团留下了很深的印象，并达到了预期的目的。

代表团通过这次考察学到了许多东西。

但本考察报告主要集中在以下几个方面：与工业锅炉相关的新技术；工业锅炉房的特点；工业锅炉燃煤的质量，制备和供应，以及下一步双方合作的一些建议。

表2 中国工业锅炉代表团考察日程1与工业锅炉有关的新技术1.1 K燃烧优化系统：MK燃烧优化系统是由“通用电气公司能源服务部”在1998年开发的。

这个系统包括CO格栅，LOI和FEGT监视器和燃烧器诊断。

该系统的特点是：●CO格栅：对气体可燃物（CO）的连续、在线和实时监测；对CO在对流通道中分布的多点显示，不需抽取、加热，不用参考气体和不需要外来电源。

●LOI和FEGT监视器：能有效地调整锅炉及其燃烧的优化。

●燃烧器诊断：对燃烧器的NO x的连续在线监测，调节各个燃烧器使之达到最小的NO x。

它具有高度敏感性、可靠性和应答功能，能有效地对锅炉进行平衡和燃烧优化。

在上述系统的基础上，燃烧优化系统具有以下特点：●在NO x、飞灰含碳量（LOI）和CO之间协调优化。

●改进锅炉性能和降低排放。

●使锅炉更稳定和平衡的运行，减少结渣和降低选择性催化烟气脱硝（SCR）的成本。

●可用于煤粉锅炉和炉排锅炉。

”技术在炉排锅炉的使用1.2 “METHANE de--NOx“METHANE de--NO x”是由美国煤气技术研究所（GTI）为炉排锅炉提高效率、降低NO x排放和改进固体燃料炉排的燃烧而开发的一种气体再燃烧技术。

它要求被喷入炉排锅炉炉膛的天然气的发热量占锅炉全部热负荷的5—25%。

该专利技术适合于改造原有的炉排锅炉，它包括天然气喷射，一个烟气再循环系统和一个上部火上风系统。

该系统已在美国应用，它的好处有以下几点：●METHANE de--NO x能降低NO x70%，无副产品排放。

●对燃烧城市垃圾的锅炉，METHANE de--NO x技术能减少二恶英(dioxin)的排放近80%。

●不用中断运行就可完成技术改造。

●现场的具体运行改进包括减少灰渣中的未燃尽碳；改进如淤泥等难燃烧的高水分的废物燃料在炉上的排燃烧；提高锅炉热效率的1—2%。

●锅炉运行人员能更好的了解不稳定条件下的锅炉控制。

1.3 “Stoke Air Foil”(SAF)技术在炉排锅炉中使用Lehigh大学的能源研究中心对代表团就“Stoke Air Foil”(SAF)系统作了一个简短的介绍。

SAF系统是一带有空气引导孔的翼形管子，它被安装在炉排上方的煤床的点火区断面上方。

该专利技术是为改进炉排锅炉的炉排燃烧而开发的。

据介绍，SAF系统已被装在炉排锅炉上进行了试验，试验结果显示SAF系统能降低飞灰含碳量和总的过量氧水平，使锅炉效率提高约5—10%。

1.4 煤和生物质（城市废木材）在煤炉排锅炉中的联合燃烧这是一个美国能源部（DOE）提供资金的项目。

匹兹堡大学介绍了对煤/生物质在炉排锅炉中的联合燃烧的试验结果。

该试验是在当地的地区供热锅炉房的链条炉排锅炉中进行的。

由于生物质的低能量密度和低的热值，当生物质燃料的体积混合率占全部混合燃料量（煤/生物质）的50%时，实际上生物质的热输入只占10%，所以生物质的混合率是一个主要因素，它将影响联合燃烧过程。

测试结果显示，在没有对锅炉进行任何改动的条件下，通过原来的给煤系统向炉膛供给煤/生物质的混合燃料，生物质燃料的体积混合率只能达到20—40%。

当生物质燃料的体积混合率在20%时，煤/生物质的混合物能很好流动，燃烧也没问题。

但当生物质的体积混合率为40%时，燃料输送问题就增加，而一些燃烧方面的问题也发生了。

但在由分开的生物质燃料供给系统供给炉膛生物质燃料的条件下，生物质可占大于40%的体积混合率。

●对煤和生物质的联合燃烧，还有一些关键问题要解决，例如：●技术问题：如改进和解决未燃尽物质在炉排后边的燃尽问题；在燃料床上方的细飞灰问题；在前炉墙的结焦问题；大的、硬的渣块；又轻又白的飞灰排出使（烟气）的不透明度比通常更低。

●降低生物质生产成本和改进生物质燃料的收集、装运和管理。

●制度问题：包括积极的税收鼓励和对“绿色”能源的政策。

1.5 燃用多种燃料的循环流化床锅炉（CFB）美国宾州大学正计划为他们的东部校园的区域供热锅炉房建造一座燃用多种燃料的CFB锅炉示范项目。

主要示范农业和其他的废弃物同煤的联合燃烧的技术。

这个项目的目的如下：●更经济的向大学校园供热；●减少空气污染物排放量（NO x、SO2、PM微粒、潜在的微量元素）从而帮助减少大学中心供热厂的总排放量；●减少由大学产生的农产品和其他废弃物的数量；●通过燃烧废弃生物质燃料而减少CO2的排放量；●作为联邦和其由它方面资金支持的开发项目的一个商业性示范规模的试验装置。

这个项目的主要技术特点是：●福斯特惠勒公司的CFB技术可使煤/生物质联合燃烧在极低的排放下可靠地运行。

●紧凑的分离器可以减少占地面积。

●末级过热器布置在炉膛里，可使将来的发电应用具有最小的腐蚀。

●生物质燃料输送装置，易于处理不同性质的生物质燃料，可最大限度地减少厂区的臭气。

●活底的生物质储仓——可确保生物质燃料的流动性。

这个项目第一阶段的总投资是7500万美元，资金由美国能源部（DOE）、宾州政府和宾州大学提供。

宾州大学与福斯特惠勒公司、Parsons能源和化学集团公司及其他单位一起开发该多种燃料的CFB技术。

这个项目的可行性研究将于2002年12月完成，包括煤、淤泥、猪下水、牛羊粪、芦苇、草、塑料和木片、刨花等各种燃料将在该CFB锅炉里燃用。

锅炉的出力为200000pph，蒸汽参数为250psig和540oF。

锅炉的总热输入为200million Btu/hr。

在热输入中，按热值计算，煤占79%，其它燃料占21%；按重量计算，煤占53%，其它燃料占47%。

预计排放量为：SO2≈0.15Ib/MMBtn，CO≈0.2Ib/MMBtn，NO x≈0.2Ib/MMBtn，粉尘≈0.04Ib/MMBtn。

与这个项目有关的研究和开发计划已在进行，这些研究包括燃料分析，灰渣特性，燃烧特性和计算流体动力学模型(CFD)等。

1.6 用洗煤池中的废弃的煤粉制造工程燃料（E—fuel）1994年在美国的27个州的2000多个场地上存有500亿吨废煤。

有20—50%开采出来的原煤在洗煤时被作为煤粉和劣质原料而丢弃。

据Alabama大学的研究，在被调查研究的20个洗煤池中，共含有约1390万吨废煤，根据洗煤能力资料的估计，约有590万吨洗煤可以回收。

从洗煤池中回收的清洁产品的质量是：灰含量4.1—11.9%；硫含量0.6—1.5%；热值（高位）13,100—14,900Btu/Ib，回收率是16.5—64%。

在美国，废煤的回收有较长的历史，有回收的技术和设备。

CQ公司成功开发了一种首创的环保型合成燃料，叫做“工程燃料”（E—fuel）。

E—fuel是一种在价格上有竞争性的燃料，它将煤和生物质及工业副产品混合。

这些生物质和工业副产品包括来自造纸厂的泥浆，煤则是回收的废煤。

该技术是一个从洗煤池的废煤粉中回收废煤的工艺。

这些洗煤池通常因含有悬浮碴滓而使煤的灰含量相对很高，达到30—50%。

典型使用的从洗煤池中回收煤粉的工艺和在洗煤厂中从原煤中洗出清洁粉煤的工艺回路设备是相同的。

但回路的结构和运行参数可以不同。

例如，泥土含量高、细煤粉比例较高及供应质量易变时，就需要更加留心过程监视和控制。

在清洁之后，制造E—fuel的过程包括以下步骤：煤粉脱水/干燥，压制/成型，进一步脱水/添加黏结剂，加入其它燃料——生物质和工业副产品，过筛/贮存，称重/取样/实验室试验，最后将E—fuel用于煤粉锅炉和炉排锅炉。

由于E—fuel是由约70%煤，25%造纸厂泥浆，5%废塑料，通过一个直径约1.5—1英寸，长度小于1.5英寸的模具后，被压制成小球，所以E—fuel可以作为清洁燃料用于链条炉排锅炉。

根据CQ公司的介绍，试验表明，用E—fuel和单烧煤相比能降低尘粒排放52%，SO2和NO x排放分别降低约40%和19%。

目前，在美国为了减少用煤，有约30个工厂以制造煤基合成燃料为主，他们的总能力全年约为1350万吨，包括七个制造E—fuel型煤的工厂，他们每年共生产150万吨E—fuel型煤。

另外，宾州大学的能源研究所也作过一个将洗煤池中的废煤粉制作成水煤浆（CWSF）供给下饲炉排炉燃的项目，这个项目由美国能源部（DOE）和宾州能源发展局提供资金。

洗煤池中的废煤粉被收集在4个地方，经过清洁和配制成为一种低固体浓度的水煤浆（CWSF），在一台工业锅炉里进行与煤的联合燃烧。

CWSF的特点是：灰含量降低41—10%，硫含量稍有增加或无变化，范围在1.1—1.4%，回收的热值约为88%，固体浓度为56—61%。

水煤浆在100—200CP、100s—1时是可以保持稳定状态超过七天。

燃烧性能是：用20%的CWSF（热值）和煤联合燃烧时，燃烬度在90—95.6%之间，而使用100%的煤粉燃烧时，其燃烬度为90.4%。

当NO x排放降低约8—13%时，却没有明显地降低燃烬度。

2工业锅炉房的特点在考察期间，代表团参观了七个区域供热的锅炉房。