燃油、燃气工业锅炉设计文献综述.doc

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本科毕业设计（论文）文献综述 题目：LHS1-0.4-Y(Q)立式燃油（气）锅炉设计 学院：机械工程学院 专业：过程装备与控制工程 班级： 学号： 学生姓名： 指导老师： 提交日期：2012 目录 第一章 绪论 — 1 —1.1 背景 — 1 —1.1.1 我国能源利用现状 — 1 —1.1.2 我国能源的不变事实 — 2 —1.1.3 我国能源利用效率 — 3 —1.1.4 我国能源政策 — 3 —1.2 我国油气储量及分布 — 4 —1.2.1 石油 — 4 —1.2.2 天然气 — 4 —1.2.3 煤层气 — 4 —1.3 我国煤制油技术现状及发展 — 5 —1.3.1 发展煤制油技术的必要性 — 5 -1.3.2 煤制油技术基本原理- 5 -1.3.3 国外煤制油发展历史- 5 -1.3.4 中国煤制油发展历史- 6 -第二章 燃油、燃气锅炉- 7 -2.1 概念- 7 -2.2 燃油锅炉现状及发展趋势- 7 -2.2.1 燃油、燃气锅炉现状- 7 -2.2.2 发展前景- 7 -2.2.3 中国燃油工业锅炉类型- 8 -2.2.4 燃烧器- 8 -2.2.5 锅炉热效率- 8 -第三章 锅炉设计- 10 -3.1 燃油锅炉常见问题- 10 -3.2 锅炉设计需要注意的问题- 10 -3.2.1 炉膛出口温度的选择- 10 -3.2.2燃烧器的布置- 10 -3.2.3吹灰方式的选择- 11 -3.2.4其他- 11 -第四章小结- 12 -参考文献- 12 -石油天然气工业锅炉设计概述 摘要 当今社会，能源是关系到国家生死存亡的关键问题。

全球范围内的能源竞争异常激烈，由此引发了包括外交博弈、领土争端，甚至战争等一系列重大问题。作为迅速崛起的大国，中国尤其关注能源安全和健康发展。改革开放以来，随着工业的快速发展和城市的转型升级，我国对能源的需求不断增加。但与此同时，我国的环境却在不断恶化，这使得减少能源对环境的污染变得更加迫切。为了应对巨大的能源和环境压力，我国大力推广使用石油、天然气燃料，这为我国工业锅炉行业的发展带来了新的动力。在此前景下，大力发展民用燃气锅炉、燃油锅炉替代燃煤锅炉是必然的发展趋势。 关键词：能源 燃油锅炉 燃气锅炉 煤制油技术 热效率 第一章 引言 1.1 研究背景 根据BP世界能源统计2006[1]:2005年世界一次能源消费总量为10537.10Mt油当量，比2004年增长2.7%，虽然低于2004年4.4%的增长率，但仍高于近10年来世界平均水平。亚太地区能源消费增长最强劲，增幅达到5.8%。研究还指出，按目前的开采速度，世界石油储量还可开采40年，天然气和煤炭分别可开采65年和162年。 2009年，我国一次能源生产总量达到28亿吨标准煤，是新中国成立初期的117倍、改革开放初期的4.4倍，我国已成为世界第一大能源生产国。

其中煤炭产量30.5亿吨，居世界第一位；原油产量1.9亿吨，居世界第五位；电力装机容量8.7亿千瓦，居世界第二位。形成了以煤炭为主体、电力为中心、石油、天然气、可再生能源全面发展的能源供应格局。改革开放30年来，我国以能源消费翻一番实现了国内生产总值翻一番的目标，支撑了中国经济年均10%的增长，创造了世界经济史上的奇迹。事实上，我国能源资源是有限的，常规能源资源只占世界的107%。 人均能源资源占有量远低于世界水平：2000年我国人均石油可采储量仅为4.7吨、人均天然气可采储量为1262立方米、人均煤炭可采储量为140吨，分别为世界平均水平的20.1%、5.1%、86.2%。自1992年我国能源消费超过能源生产总量以来，能源供需缺口不断扩大，能源消费远远大于能源供给，特别是20世纪90年代以来，我国能源生产增速持续低于能源消费增速，能源生产总量年均增长率为3.3%，而能源消费年均增长率为4.2%，相差0.9个百分点[2]。 根据中国工业经济联合会发布的《我国工业发展报告》，到2020年，我国石油供需缺口将达到100Mt，煤炭供需缺口可能超过300Mt；天然气虽然在2010年基本保持平衡，但到2020年，供需缺口也将达到6.

据“中国石油可持续发展战略组”2003年发布的《中国能源新战略报告》预测，到2020年，我国石油自给率将不到总消费量的一半，供需缺口将达到200Mt。中国煤炭发展研究中心主任郭云涛在首届“中国能源战略国际高层论坛”上也指出，到2020年，煤炭在我国能源消费总量中的比重仍将保持在65%左右，煤炭需求量将达到2400~。如此巨大的需求量必然给煤炭供应带来巨大压力。在能源消费结构方面，从表1可以看出，我国依然是一个以煤炭为主要能源消费的国家，我国能源消费长期以煤炭为主，煤炭在能源消费总量中占有绝对主导地位，比重一直在70%左右； 石油和天然气资源在能源消费中的比重分别在20%和2.5%左右波动；水电、核电和风电比重逐年上升，由1978年的3.4%上升到2006年的7.2%。1.1.2我国能源不可改变的事实德意志银行发表的《后石油时代的洁净煤技术》报告[4]指出，在其他可再生资源普及之前，煤炭资源仍将是过渡时期最可靠的能源，是未来几十年全球能源供应的重要支柱。据美国能源部能源信息中心《国际能源展望（2009）》[5]预测，到2030年，可再生能源发电量将占世界总发电量的21%，成为利用率增长最快的能源资源，而煤炭和天然气发电量仍将占世界总发电量的2/3。

此外，未来20年，由于部分地区人口增长过快等因素，全球能源需求仍将上升，非OECD（经济合作与发展组织）国家能源需求增长将占全球能源需求总增长的85%之多。根据能源需求与能源供给预测，煤炭现在和未来（直到2050年或更晚）在我国能源中仍将占据主导地位。虽然煤炭比重有所下降（预计2050年煤炭占能源消费总量的50%-60%，目前为70%），但总量仍将不断增加。用于发电的煤炭比重将越来越大，目前为50%，预计到2020年将达到70%以上。这意味着燃煤电厂的排放量将占到总排放量的60%以上。煤炭开采和直接燃烧造成了严重的生态环境污染问题。 70%-80%以上的Hg、CO2等是由直接燃煤产生的。直接燃煤难以解决温室气体减排问题，而巨大的投资和从电厂尾气中捕获的能耗更是难以承受。对于60万千瓦、100万千瓦的大型燃煤电厂，采用超超临界蒸汽参数供电效率可达43%-45%，而尾气脱除效率将下降11个百分点，即效率为32%-34%。要获得同样的有用功，需要消耗更多的煤炭，从而形成恶性循环。由于我国石油短缺，车用液体燃料还是要从煤基替代燃料中寻找出路，大规模缓解液体燃料短缺只有通过煤基替代燃料（FT合成燃料、甲醇、二甲醚等）才能实现。 以玉米等纤维素合成的生物柴油和乙醇只能解决一小部分液体燃料短缺问题。

如果将每年煤炭产量的1/8用来生产车用液体燃料，从能源供应总量上看，不会造成大的不平衡，煤基醇醚燃料替代已成为我国必然的战略方向。由于我国能源消费总量增长较快，可再生能源(主要是风能、太阳能和生物质能)在2020年前难以在能源总量平衡中占有一定比例，因此可再生能源在2020年前无法解决我国的主要能源问题[6]。1.1.3我国能源效率我国目前能源综合利用率约为33%，比发达国家低10个百分点左右，如果达到发达国家目前水平，相当于节约3亿吨石油或4.3亿吨标准煤，可见我国能源系统具有很大的节能潜力。 但我国目前的状况是能源浪费与效率低下并存，这也是我国能源供应紧张、供需矛盾日益加剧的重要原因，我国提高能源效率还有很长的路要走。1.1.4我国的能源政策1979年，国家科委组织专家研究能源政策，编写了《中国能源政策研究报告》[7]，这是整顿乱象后最早的能源政策研究之一。2007年12月26日，国务院新闻办公室代表中国政府发布《中国的能源形势和政策》白皮书。白皮书明确阐述了中国能源发展战略的内涵，分为节约优先、国内发展、多元发展、依靠科技、保护环境、互利合作五大部分。

最新出台的“十二五”关于能源资源产业发展政策提出推进能源多元化、清洁化发展，优化能源发展布局，加强能源传输通道建设，完善资源产品价格形成机制，加强矿产资源勘探、保护和合理开发等。1.2我国油气储量及分布1.2.1石油我国是一个少油国家，目前估计石油资源可采储量为160亿吨，截至2007年底，石油剩余可采储量为20.5亿吨。随着国家能源结构的调整，石油产量稳步上升，2000年为1.66亿吨，2005年为1.76亿吨，2010年上升到2亿吨。但储量的限制导致我国石油大量进口，占总量的50%[8]。 我国石油分布也比较集中，西部储量75亿吨，东部56亿吨，其中塔里木盆地储量32亿吨，准噶尔盆地27亿吨，柴达木盆地12亿吨，其他地区总储量只有29亿吨。1.2.2天然气我国天然气资源也比较匮乏，预计资源量57万亿吨立方米，可采资源量10-15万亿立方米，储量22670亿立方米，年产量逐年增加，2000年产量255亿立方米，2002年为280亿立方米，2005年为430亿立方米，2008年为760亿立方米。 天然气资源集中在中部和西部地区，天然气可采储量分别为4.1万亿立方米和3.52万亿立方米。

二者合计约占全国天然气资源量的66.15%。此外，我国近海大陆架天然气可采储量约2.98万亿立方米。占全国的25.71%。1.2.3煤层气煤层气是一种新兴能源，目前我国仅在山西沁水盆地等少数地方实现工业化生产，探明储量为1774亿立方米，我国煤层气储量规模已接近天然气。但我国煤层气地质条件复杂，饱和度低、渗透率低、储层压力低、资源丰度低、变质程度高，目前产量较低，地面煤层气井产能约15亿立方米/年，尚未实现规模化生产。 预计随着开发技术的发展，煤层气未来将成为天然气的重要补充。1.3我国煤制油技术的现状与发展1.3.1发展煤制油技术的必要性从我国石油资源、消费、战略需要等角度考虑，我国应适度发展煤制柴油。但煤制柴油是补充而不是替代，全国年产几亿吨煤制柴油并不合适。众所周知，我国是贫油国，自身原油不足，从国外购买原油又很困难，西方国家又想方设法阻止我国购买石油，因此，我国需要煤制柴油技术作为补充。但同时，我国也应与世界同步，利用油气资源相对丰富的国家的石油、天然气。 虽然进口石油、天然气的难度很大，但我们应该不懈努力，争取进口更多的石油、天然气资源，现阶段还不能盲目大量开采煤炭资源。

利用合成油产业适当补充石油缺口，利用我国煤炭资源比石油资源丰富的客观条件，适当以煤代油是合理的。煤制油可以定位在少数采用国产合成油技术建设的煤制柴油装置，符合国家当前的能源战略[9]。1.3.2煤制油基本原理费托合成(Fisch，FrS)是将含碳原料(如煤、天然气、生物质等)气化成合成气，再通过催化剂转化为柴油、石油和其他碳氢化合物产品的聚合过程。费托合成反应式为：；。同时发生水煤气反应：。费托合成反应的产物是多组分烃类混合物。 1.3.3国外煤制油发展历史 1923年德国等发现在碱性铁屑上合成气（CO+H2）可生成液态烃燃料，反应条件为10～13.3MPa、447～567℃，称为FT合成。 1925年—常温下合成烃类并申请专利。 1934年德国鲁尔化学公司以煤为原料开始兴建FT合成油工厂，1936年建成投产，年产量为4000×104升。 1935～1945年二战期间，德国共建成9座FT合成油工厂，总产量为57万吨，其中汽油占23%、润滑油占3%、石蜡及化学品占28%； 同期，法国、日本和中国也分别建成了6座FT合成油工厂，总产能达34万吨。

但二战后，由于无法与石油竞争，煤制油工厂纷纷关闭。近年来国际原油价格的上行和国际廉价天然气的开发，激活并加剧了GTL的发展与竞争。许多石油公司如荷兰壳牌、南非萨索尔、美国埃克森、美国海湾、挪威等公司均投入巨大的人力、物力开发新的GTL工艺。其中，埃克森公司的AGC 21工艺完成90.72kg/d的试验，该公司开发的工艺完成0.91kg/d的中试。2006年卡塔尔天然气制油10.7m浆态床投产，产量为3.4万桶/天。 1.3.4国内煤制油发展历史1937年日本人引进德国以钴基催化剂为核心的FT合成技术，在锦州石油六厂建设煤制油装置，1943年投产，年产原油约100t。1945年日本战败后停止，1949年中华人民共和国成立后，我国恢复并扩建锦州煤制油装置，采用常压钴基催化剂技术的固定床反应器和水煤气炉生产煤气，1951年产油，1959年最高产量达4.7万t/a(70台箱式反应器)，在当时的情况下获得了可观的利润。 1953年，原中国科学院大连石油研究所进行了4500t/a铁催化剂流化床合成油中试，但该技术未通过试验（催化剂磨损、粘附）。

1959年大庆油田的发现影响了我国合成油工业的发展，1967年锦州合成油装置停产。其实，由于催化剂不同（钴基、铁基）和反应温度不同（高温、低温），费托合成的产物可以以柴油或汽油为主，但在我国，不提倡用费托合成法生产汽油，因为我国柴油不够，汽油过剩，没有必要用费托合成法生产汽油，使过剩产品更加过剩。20世纪80年代初，我国恢复了煤制油技术的研究开发，中科院山西煤炭化学研究所提出了一种将传统FT合成与沸石分子筛相结合的固定床两段合成工艺（MFT工艺）。 同时开发了FT合成沉淀型铁基工业催化剂和分子筛催化剂。自20世纪90年代初开始研究在新型钴基催化剂上，在FT合成反应器中由合成气最大限度合成重烃，再将重烃通过加氢裂化装置，得到柴油、煤油，副产品为高附加值润滑油和微晶蜡。2004年10月23日，由陈俊武院士率领的专家组在山西太原煤炭化学研究所承担的中科院重大创新项目“煤基液体燃料合成浆态床工业化技术”中对该合成技术进​​行了鉴定，2005年9月通过了科技部的验收。 经过三年多的努力，在中科院重大项目计划、国家“863”计划、山西省政府和企业的共同支持下，中科院山西煤化学研究所科学家团队开发出了千吨级ICC-IA、ICC-IIA高活性铁基催化剂及其生产工艺、高效浆态床反应器内构件、催化剂在床层内分布与控制、产品与催化剂分离等关键技术，完全达到国际同类先进水平。

至此，我国费托合成油的知识产权已经确立，其成果涵盖了国际先进的煤炭间接液化所有核心技术。煤制油技术的发展为燃油锅炉的进一步发展提供了良好的保障，同时，煤制气技术的发展也更好地延伸了燃气锅炉的发展空间。第二章燃油、燃气锅炉2.1概念燃油（气）锅炉是以燃油（气）为燃料的锅炉。是一种承受压力，具有爆炸危险，也有可能引起火灾的特种设备。因此，它的设计、制造、安装、使用、检验、修理和改造都必须符合有关的安全技术法规，并接受国家安全技术监督。 由于其技术复杂程度远高于一般燃煤锅炉，所以，为了确保安全，防止事故发生，燃油锅炉的管理人员和操作人员除掌握一般的锅炉安全知识外，还必须掌握燃油锅炉方面的专业知识和技能。2.2燃油锅炉的现状及发展趋势2.2.1燃油、气锅炉的现状国内早期生产燃油、气锅炉的厂家有上海锅炉厂（引进美国技术）、天津锅炉总厂、广州工业锅炉总厂（现广州金马）、重庆锅炉厂、金牛股份有限公司、湖南湘潭锅炉厂、福州锅炉厂等。目前，生产燃油、气锅炉的锅炉厂家有70多家，年生产量约占全国工业锅炉总产量的12%左右。 规格型号齐全，有燃油、燃气、蒸汽、热水、常压热水锅炉，容量0.23-65t/h。

压力为0.4～3.28Mpa。从目前市场销售情况看，华东地区产品占整个市场份额的60%以上[10]。2.2.2发展前景随着改革开放的深入，对环境保护的重视和资源的合理利用，发展中小型燃油、气锅炉的趋势越来越明显，燃油工业锅炉的产量将大幅度增长。工业发达国家燃油工业锅炉占总量的90%以上。在大容量燃油工业锅炉的生产中，将开发生产水管燃油工业锅炉。燃油、气锅炉自进入供暖市场以来，发展很快。随着市场经济的不断发展和完善，部分地区燃油、气锅炉供暖将与城市集中供暖形成竞争。 如果集中供热行业健康发展，燃油、燃气锅炉的使用将受到有条件的限制。但如果一些地区供热价格居高不下或集中供热不能健康发展，则可能被燃油、燃气锅炉供热所取代。当然，对于一些燃气资源相对丰富的地区，可以适当发展燃气供热。但从全国来看，燃气资源并不丰富。但如果我国通过长输管道从国外进口天然气，如果这一政策得以实施，燃气锅炉的使用将更加广泛。由于油、煤气、天然气使用方便、清洁高效，受到中高端房地产市场的青睐，尤其是天然气供应充足的城市，如北京和受益于“西气东输”的城市。我国建筑市场巨大，据统计，到2010年，采用天然气供热的房屋建筑面积将以每年约6000万m2的速度增加。

目前，虽然由于天然气、燃料油成本高于电，限制了油气供暖的发展，但国家和一些城市都出台了优惠政策，鼓励使用天然气等清洁能源。随着“西气东输”工程的建设，天然气价格下降，将大大促进油气锅炉特别是燃气锅炉的快速发展。预计工业锅炉年增长率在3%-5%，但油气锅炉的增长率将达到30%-40%。原因有二：一是燃料结构调整，我国油气锅炉只占工业锅炉总量的12%左右，远远落后于发达国家，因此今后应大力发展油气锅炉。二是大力发展燃用城市煤气的工业锅炉。我国煤炭资源比较丰富，目前年开采量至少可开采100年。 煤气化早已实现工业化，工业锅炉城市煤气价格尚可。2.2.3我国燃油工业锅炉型式锅炉有卧式内燃(WN)、立式火管(LH)、立式水管(LH)、双锅筒纵置式(SZ)、双锅筒卧式(SH)、单锅筒纵置式(DZ)六种型式，其中以(WN)型最为常见。卧式内燃(WN)锅炉有干背式和湿背式两种型式。由于干背锅炉烟箱结构和制造质量问题，经常造成烧伤和烟气短路，因此从1995年起，国内不少公司均以湿背式代替干背式。但湿背式制造难度大，故其制造成本较高，但由于其运行安全可靠性高，很受用户欢迎。

但容量较小时维护较为困难[11]。2.2.4燃烧器燃烧器是锅炉的关键部件，按雾化方式可分为压力雾化、旋杯雾化和介质雾化三种。国产燃烧器性能还不够完善，自动控制程度有限，用户信赖度较低。目前，我国生产的燃油锅炉大多采用进口压力雾化燃烧器，如德国威索轻油、意大利Black&等。我国生产的燃油工业锅炉有85种规格，其中德国性能最好，韩国最便宜。可以看出，燃油、燃气锅炉几乎没有（固体不完全燃烧损失）和（灰分物理热损失）两项。（散热损失）项一般为定值，并不大。 因此，要提高锅炉热效率，就必须想方设法降低（排烟热损失）和（燃气不完全燃烧热损失）两项。从工业锅炉试验结果统计分析[12]可以看出，一般情况下，燃气工业锅炉正常运行时，其各项热损失中，排烟热损失占锅炉热损失的70%～80%，而燃气不完全燃烧损失和散热损失三项只占热损失的20%～30%。如果锅炉运行不正常，燃气不完全燃烧损失可能过大。实际生产中，很多企业没有安装必要的设备，锅炉燃料与配风之间往往不能达到最佳配置。一般来说，只要燃油、燃气锅炉运行不经济，一般认为都是排烟损失过大造成的，最容易想到的就是锅炉配风量过大、排烟温度过高。 对于锅炉，当多余的空气系数太小时，由于油的燃烧不完全，会产生大量的黑烟。

对于锅炉，当锅炉的热效率不高时，第一个情况与锅炉运行时的情况相同。黑烟，因为甲烷的主要成分是无色的碳一氧化碳的产物，因为它没有完全燃烧，因为没有烟气分析设备。燃油锅炉的问题。 灰烬锅炉的积聚或腐蚀通常会困扰锅炉的安全和经济运行。降低锅炉的热效率[14]也可以破坏正常的水循环，并在严重的情况下引起锅炉爆发； 在燃油锅炉中钻孔的主要原因是低灰分熔点，设计锅炉时的炉子辐射加热表面较少，水冷壁间距太大，低热量吸收，炉子插座的烟气温度太高，狭窄的炉子出口，较大的散布侧面散布了较大的散热层。炉子空间太大，空气供应不足，燃烧不完整，燃烧器喷嘴不当调整，燃料雾化较差，炉子中的油滴，燃料掉落，燃烧不完整，锅炉过载，空气供应太多，空气和机油的协调不可或缺。

防止锅炉的措施：改善炉子的结构，防止运行过载，加强操作，插入空气泄漏，一定数量的炉渣去除剂，以分解焦炭，并在时间上吹和清洁槽[15]。容易出现在烟气温度大于700°C的区域中）排列燃烧器时，火焰不应直接冲洗水冷墙；（3）适当地选择过多的空气系数； 3.2.2燃烧器的排列是燃油锅炉的关键设备。喷嘴：压力雾化的压力雾化。大于100微米。 双流体雾化油喷嘴使用蒸汽或压缩空气作为雾化培养基来加速油并将其分解为雾化。

Y型油喷嘴作为雾化介质具有较大的载荷调节范围和低蒸汽消耗的优势，除了旋转类型和直流类型，类似于粉碎的煤炭燃烧器，油燃烧器的空气调节器还具有部分旋转的速度。旋转的运动，在空气调节器的出口中形成一个中央回流区，以使稳定的氧气燃烧量达到了BP世界能量统计。分析我国家能源体系的当前发展状况。 2009年。经济学，李·鲍恩（Li ），李·吉芬（Li ），《中国的能量发展》（Sun the ）。 ）。 机械行业，北京：XUE Feng，Li ，Zhang 2t/h燃气的能源节省。锅炉不足和改进计划技术毕业项目（文献综述）-6-