循环流化床机组先进节能技术优化集成与应用

循环流化床机组先进节能技术优化集成与应用中国华能集团清洁能源技术研究院黄中2017年9月22日一、中国循环流化床锅炉技术发展现状二、“煤电节能减排升级与改造行动计划”及应对措施三、节能降耗综合诊断与改造技术集成四、氮氧化物无氨抑制技术的应用报告提纲一、中国循环流化床锅炉技术发展现状二、“煤电节能减排升级与改造行动计划”及应对措施三、节能降耗综合诊断与改造技术集成四、氮氧化物无氨抑制技术的应用报告提纲循环流化床发电对于中国能源格局的意义煤炭是我国的主要能源，洗选加工比例的增加产生了大量煤泥、煤矸石、洗中煤等低热值燃料（年产量约8亿吨）循环流化床锅炉是低热值燃料清洁高效利用的有效技术手段，不仅实现了资源的综合利用，更是减少了低热值燃料的终端民用原煤洗选精煤、动力煤煤泥、洗中煤矸石及尾矿冶金、煤化工、常规煤粉锅炉火力发电循环流化床锅炉火力发电中国循环流化床机组分布及发展现状循环流化床发电技术在中国发展迅猛，截至2016年底，全国已投产100MW以上等级循环流化床机组390多台，总装机容量超过7000万千瓦自主知识产权的600MW和350MW超临界循环流化床机组投产14台循环流化床发电是“十三五”国家重点研发计划和《中国制造2025》的重要组成部分，研发中的660MW超超临界循环流化床锅炉正在积极寻求应用预期循环流化床发电未来在火电灵活性运行、污泥及生物质消纳、中国电力装备落实“一带一路”战略等领域还将发挥积极作用中国循环流化床机组分布统计内蒙古、山西、广东、山东、河南占据装机容量前五位目前主力机型是135MW和300MW等级机组，但超临界机组占比已增至6.6%，未来有望成为新的主力机型中国循环流化床机组分布统计与常规煤粉炉相比，循环流化床锅炉在资源综合利用方面发挥了重要作用，起到了“填平补齐”的有益补充国内主要的电力集团、煤矿企业均有循环流化床发电机组应用在役超临界机组清单在役循环流化床锅炉经济性指标厂用电率2016年度全国火电300MW级机组竞赛结果（平均值）湿冷纯凝5.8%湿冷供热5.5%空冷纯凝8.3%空冷供热6.9%300MW等级平均值300MW等级最优值在役循环流化床锅炉经济性指标供电煤耗2016年度全国火电300MW级机组竞赛结果（平均值）湿冷供热301.2g/kWh湿冷纯凝325.1g/kWh空冷供热305.8g/kWh空冷纯凝340.1g/kWh300MW等级平均值300MW等级最优值一、中国循环流化床锅炉技术发展现状二、“煤电节能减排升级与改造行动计划”及应对措施三、节能降耗综合诊断与改造技术集成四、氮氧化物无氨抑制技术的应用报告提纲国家政策《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》要求东部地区新建燃煤发电机组大气污染物排放浓度应基本达到燃气轮机组排放限值（即在基准氧含量6%条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10、35、50毫克/立方米），中部地区新建机组原则上应接近或达到燃气轮机组排放限值2020年，东部地区现役30万千瓦及以上公用燃煤发电机组、10万千瓦及以上自备燃煤发电机组以及其他有条件的燃煤发电机组，改造后大气污染物排放浓度应基本达到燃气轮机组排放限值全国新建燃煤发电机组平均供电煤耗低于300克标准煤/千瓦时到2020年，现役燃煤发电机组改造后平均供电煤耗低于310克标准煤/千瓦时国家意志国务院总理李克强2016年12月2日主持召开国务院常务会议……决定全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造，大幅降低发电煤耗和污染排放……会议决定，在2020年前，对燃煤机组全面实施超低排放和节能改造，使所有现役电厂每千瓦时平均煤耗低于310克、新建电厂平均煤耗低于300克，对落后产能和不符合相关强制性标准要求的坚决淘汰关停，东、中部地区要提前至2017年和2018年达标政策动向2017年9月19日，《中国煤电清洁发展报告》对外发布中国以煤为主的资源禀赋决定了能源消费以煤为主的格局，也决定了以煤电为主的电力生产和消费结构煤电在电力安全稳定供应、应急调峰、集中供热、平衡电价中发挥着基础性作用中国燃煤发电技术已经达到世界先进水平，部分领域达到世界领先水平；中国燃煤电厂污染物实现了严格管控，环保设施形成了全覆盖中国煤电清洁发展取得了巨大成效，污染物排放绩效达到世界先进水平燃煤发电将持续发挥基础性和灵活性电源作用煤电清洁发展的任务依然艰巨，常规大气污染物已不是煤电发展的约束性因素碳减排将成为煤电发展重要制约因素面临的问题循环流化床锅炉涉及复杂的气固两相流动，工况复杂多变，设计与运行控制等因素组合衔接后使得实际运行与设计工况往往存在较大差异，仅仅依靠独立因素改进综合效果有限综合各种有效技术手段，利用各种有益因素和有利条件，充分发挥循环流化床锅炉自身特点尤为重要针对汽轮机内效率达不到设计值、机组热耗率高等问题，对汽轮机组设备及实际运行状况进行全面的技术诊断，判断存在问题的主要影响因素，提出切实可行的技术改进方案环保标准变迁一、中国循环流化床锅炉技术发展现状二、“煤电节能减排升级与改造行动计划”及应对措施三、节能降耗综合诊断与改造技术集成四、氮氧化物无氨抑制技术的应用报告提纲能耗综合分析与改造方案优选开发适用于循环流化床发电的节能降耗技术并进行集成优化煤粉锅炉优化改造带来的启发煤粉锅炉的典型应用华能威海电厂采用10项左右的综合节能技术，包括两级低压省煤器与暖风器联合系统、外置式蒸汽冷却器和附加高加、凝结水调频、空气预热器改造等总投资1.72亿元，供电煤耗降低6.9g/kWh，厂用电率降低1.77个百分点，静态投资回收期4.95年，投资收益率20.19%华能上都电厂可采用19项综合节能技术，包括低压省煤器与暖风器联合系统、汽轮机通流提效改造、电动给水泵改为汽动给水泵、空冷岛增容改造、烟道优化、汽轮机多变量协同控制技术、热力及疏水系统优化改造等总投资2.65亿元，供电煤耗降低19.92g/kWh，厂用电率降低3.51个百分点，静态投资回收期5.1年，投资收益率19.8%能耗综合分析与改造方案优选燃煤发电机组节能降耗集成技术及性能模拟平台综合考虑热力学第一、第二定律，进行二次开发，形成具有自主知识产权的综合模拟平台，通过模拟计算，获得全厂的物流参数，对能效情况进行评价对单个或多个集成的节能改造技术进行评估，综合评价其节能效果135MW等级300MW等级600MW等级已完成循环流化床典型机组的调研与方案设计某125MW机组改造技术路线及方案降低排烟温度改造热力系统优化改造汽轮机通流改造增加炉内受热面改造水冷壁防磨改造风帽及布风均匀性改造旋风分离器提效改造回料器改造二次风系统改造空气预热器漏风改造锅炉最大负荷由370t/h提高到420t/h平均床温降低至925℃以下运行稳定，无爆管运行周期延长至200天汽机实际热耗降低至8850kJ/kWh以内降低发电煤耗6.3~8.7g/kWh可靠性改善经济性改善锅炉侧投资1337万元汽机及热力系统侧投资2864万元某150MW机组改造技术路线及方案降低排烟温度改造热力系统优化改造汽轮机通流改造增加炉内受热面改造水冷壁防磨改造风帽及布风均匀性改造旋风分离器提效改造回料器改造二次风系统改造空气预热器漏风改造锅炉最大负荷提升10%以上平均床温下降30℃提高锅炉运行安全可靠性，消除设计缺陷年减少锅炉检修维护一次降低供电煤耗4~5g/kWh降低厂用电率1.5~4%可靠性改善经济性改善锅炉侧投资982万元汽机及热力系统侧投资1300~3600万元发电机功率MW164.83（VWO）150.00（THA）112.58（75%）75.05（50%）主蒸汽压力MPa13.2413.2413.249.16主蒸汽温度℃535535535534.4再热蒸汽温度℃535535535522.5一、中国循环流化床锅炉技术发展现状二、“煤电节能减排升级与改造行动计划”及应对措施三、节能降耗综合诊断与改造技术集成四、氮氧化物无氨抑制技术的应用报告提纲锅炉设计参数HG－440/13.7－L.YM22型循环流化床锅炉项目单位数值过热蒸汽最大连续蒸发量t/h440过热蒸汽出口压力MPa13.7过热蒸汽出口温度℃540再热蒸汽流量t/h384.1再热蒸汽进口压力MPa3.83再热蒸汽进口温度℃367.8再热蒸汽出口温度℃540给水温度℃249.4排烟温度℃142锅炉效率%90.37%主要问题锅炉整体床温偏高，现蒸发量达到360-380t/h时，燃烧室密相区平均床温已达到940℃-970℃，回料阀及回料立管温度接近1000℃，运行中被迫增加一次风量，加剧锅炉受热面管子磨损布风板布风均匀性差，最大偏差在150℃-200℃左右，低负荷运行期间为控制床温在安全范围内无法继续下调入炉一二次风量每次检修风帽后，锅炉温度场会发生改变，运行下部床温低，中、部床温高。由于温度场的改变，在增加负荷时易造成局部床层温度偏高，限制接带负荷能力，也易造成受热面各部管材温度出现热偏差锅炉飞灰含碳量偏高，锅炉全年平均值10-11%，最高达到15-16%主要问题入炉煤粒径严重偏离设计值，设计入炉煤最大粒径≤7mm，d50=1.5mm，实际运行中入炉煤粒径大于1.5mm筛余率平均在30％左右（筛余率标准值50%），大于7mm筛余率在10%左右（筛余率标准值＜1%），呈现细的过细粗的过粗的两级分化现象排渣不畅，经常出现4个排渣口处堵渣经常需用圆钢进行疏通存在人员及设备安全隐患，且严重污染现场环境排烟温度高，锅炉设计排烟温度为142℃，冬季排烟温度平均在160℃-170℃，夏季平均在165℃-175℃，严重影响机组经济性回料阀金属膨胀节多次撕裂，存在较大安全隐患技术改造的相关影响问题原因主要措施可靠性改善经济性改善环保性改善风帽及布风均匀性改造设计、安装改造非常显著有效有效旋风分离器提效改造设计、检修改造有效非常显著均匀返料改造设计改造有效有效防磨综合治理煤质、设计改造非常显著基于深度运行优化的锅炉自动控制改造控制方式优化显著运行优化调整运行、管理优化显著显著显著低温省煤器改造设计改造显著有效通流改造及结构优化设计改造非常显著通用节能改造技术设计、管理改造非常显著热力系统模拟计算系统优化设计有效显著关键部件改造优化及控制参数调整煤质参数全水分、空气干燥基水分、收到基灰分、干燥无灰基挥发分、收到基碳、收到基氢、收到基氧、收到基氮、收到基全硫低位发热量，入炉煤平均粒度、入炉煤最大粒度、成灰特性环保参数排放浓度要求脱硫剂参数：碳酸钙、碳酸镁、水、其他，平均粒度、最大粒度、活性、添加方式，消耗量，钙硫摩尔比脱硝还原剂参数：类型，浓度，消耗量，氨氮比结构参数炉膛出口净高度、炉膛顶部净高度、二次风口净高度、煤口净高度、返回口净高度、床上启动燃烧器净高度给煤方式，飞灰份额，底渣份额炉膛尺寸、布风板尺寸风帽形式、分离器形式烟气参数密相区流化风速、稀相区烟气速度、烟气炉内停留时间床层温度、炉膛出口温度、循环物料返回温度、排烟温度计算燃料量、实际燃料量，炉膛压差、沿程阻力、床层压力一次风量（率）、二次风量（率），一次风温、二次风温二次风布置方式及层数、二次风口总数量，炉膛出口过量空气系数给煤机密封风量（冷风）、给煤口密封风量（热风）、返料器松动风量、返料器返料风量蒸汽参数过热蒸汽流量及参数、再热蒸汽流量及参数、减温水温度减温水调节方式、排污率布风风帽型式、风帽数量、风帽节距、布风板截面积，风帽外罩小孔数、风帽外罩小孔风速风帽芯管小孔数、风帽芯管小孔风速进口流化风量、流化风温度、海拔风室风压、床层压力，进风方式排渣口数量及尺寸分离分离器型式、个数炉膛出口烟气速度，分离器入口烟气速度、烟气温度、入口物料浓度分离器内径、分离器外径分离器入口高宽、分离器旋风筒体高度、分离器锥体高度，分离器中心筒结构、中心筒插入深度、固定方式、偏心量阻力、运行范围返送返料器型式及个数、返料器风帽型式、风帽数量、单个风帽小孔数量、小孔风速立管直径及高度布风板截面尺寸风室风压、单个返料器流化风量、返料器松动风布置方式，返料口直径提高2