循环流化床机组节能升级改造技术研究

循环流化床机组节能升级改造技术研究技术研究中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司刘冠杰2015年9月银川2015年9月银川主要内容主要内容1.《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020）》总体要求2.循环流化床机组问题分析及节能减排升级改造目标3.节能升级改造主要手段4.典型机组应用方案基本目标基本目标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（以下简称“克/千瓦时”）；东部地区新建燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值中部地区新建污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值，中部地区新建机组原则上接近或达到燃气轮机组排放限值，鼓励西部地区新建机组接近或达到燃气轮机组排放限值。建机组接近或达到燃气轮机组排放限值到2020年，现役燃煤发电机组改造后平均供电煤耗低于310克/千瓦时，其中现役60万千瓦及以上机组（除空冷机组外）改造后平均供电煤耗低于300克/千瓦时。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基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基本达到燃气轮机组排放限值。新建机组要求新建机组要求能耗指标：30万千瓦及以上供热机组和30万千瓦及以上循环流化床低热值煤发电机组原则上采用超临界参数。对循环流化床低热值煤发电机组30万千瓦级湿冷空冷机组设计供电煤耗分别不高于电机组，30万千瓦级湿冷、空冷机组设计供电煤耗分别不高于310、327克/千瓦时，60万千瓦级湿冷、空冷机组分别不高于303、320克/千瓦时。303、320克/千瓦时。热电联产到2020年，燃煤热电机组装机容量占煤电总装机容量比重力争到2020年，燃煤热电机组装机容量占煤电总装机容量比重力争达到28%。现役机组综合节能改造现役机组综合节能改造典型常规燃煤发电机组供电煤耗参考值机组类型新建机组设计供电现役机组生产供电煤耗典型常规燃煤发电机组供电煤耗参考值单位：克/千瓦时煤耗平均水平先进水平湿冷30330629760万千瓦级超临界湿冷（循环流化床）306297空冷320（循环流化床）325317空冷（循环流化床）30万千瓦级湿冷310（循环流化床）31831330万千瓦级超临界（循环流化床）空冷327（循环流化床）338335锅炉效率91%汽机热耗率8300kJ/kwh厂用电率9%（循环流化床）30万千瓦级亚临界湿冷—330320空冷—347337厂用电率9%冷节能升级改造目标任务节能升级改造目标任务2015年中央发电企业煤电节能减排升级改造序号发电集团节能改造（万千瓦）环保改造（万千瓦）目标任务合计897440931华能18305392大唐11211843华电13906474国电15005285中电投15606166神华1709007华润7965798国投6081001.《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020）》总体要求2.循环流化床机组问题分析及节能减排升级改造目标3.节能升级改造主要手段典型机应案4.典型机组应用方案循环流化床锅炉技术特点循环流化床锅炉技术特点燃料适应性广、负荷调节比宽在役数量8000台，90GW燃料适应性广、负荷调节比宽添加石灰石可以炉内脱硫在役数量台，300MW等级投产机组近百台低温燃烧+分级燃烧低NOX排放灰渣综合易于利用四川白马循环流化床示范电站有限责任公司60万千瓦超临界循环流化床示灰渣综合易于利用大型化、超临界参数方向发展迅速范机组2013年已投入商业运行！多台350MW超临界机组在建或即将二次风出口一次风出口风-水联合冷渣器一次风接口启动燃烧器多台超临界机组在建或即将投入运行！循环流化床锅炉运行现状循环流化床锅炉运行现状燃烧和运行偏离设计工况燃烧和运行偏离设计工况降低锅炉效率降低锅炉效率影响脱硫效率增加NOx原始排放氧量偏大（超过6%）烟度高排烟温度高（夏季可达160℃以上）床温远高计值（有的接近1000℃）床高计值有的接循环流化床机组运行现状风帽磨损严重循环流化床机组运行现状风帽磨损严重损坏更换频繁（年更换20%甚至更多）风室漏渣严重布风不均，流化质量差一次风机电耗升高影响炉内脱硫效率，NOx原始排放升高布风不均，流化质量差循环流化床机组运行现状典型厂家实际石灰石粒度筛分结果（单位：%）循环流化床机组运行现状典型厂家实际石灰石粒度筛分结果（单位：%）粒径区间（μm）日常使用石灰石＜1.04716.281668551脱硫1.6685.512.6606.824.2407.89硫设备6.7607.8110.786.89备设计、17.186.4827.397.7343.678.23、运行3.678.369.617.90111.07.32行不合理176.96.46282.13.52＞4497119理＞449.71.19中位径d50（μm）15.83平均径dmean（μm）61.37循环流化床机组运行现状循环流化床机组运行现状厂用电率高，经济性有待提高随着超净排放改造的大面积开展，厂用电率将进一步提升随着超净排放改造的大面积开展，厂用电率将进步提升循环流化床机组运行现状循环流化床机组运行现状•2014年底全国火电装机容量92亿千瓦设备平均利用小时•2014年底全国火电装机容量9.2亿千瓦，设备平均利用小时4706小时，同比减少314小时，是1978年以来的最低水平。天津、河北、内蒙古、江苏、山东、海南、陕西、青海、宁夏和津、河北、内蒙古、江苏、山东、海南、陕西、青海、宁夏和新疆等10个省份火电平均利用小时超过5000小时，其中，宁夏达到6101小时；吉林、上海、湖南、四川、云南和西藏等6个省份低于4000小时其中西藏云南和四川分别仅有701省份低于4000小时，其中，西藏、云南和四川分别仅有701、2749和3552小时。与上年相比，共有24个省份火电利用小时同比下降，其中，贵州、西藏下降超过1000小时；有7个省份火比下降，其中，贵州、西藏下降超过1000小时；有7个省份火电利用小时同比提高，吉林和海南分别提高237和183小时。年利用小时数逐年下降，机组负荷率普遍不高，运行偏离经济运行工况，造成机组供电煤耗指标偏高循环流化床机组运行现状循环流化床机组运行现状热力系统热力力系统统•缸效率低节流损失大•节流损失大•汽封漏气量大热力系统不合理•热力系统不合理•内漏严重节能降耗分析节能降耗分析以300MW亚临界空冷机组为例：•锅炉效率：91%降低排烟温度以临界冷机为例降低排烟温度降低飞灰、底渣含碳量降低钙硫摩尔比降低钙硫摩尔比•汽机热耗率：8300kJ/kwh提升汽轮机内效率提升汽轮机内效率减少内漏冷端优化冷端优化提升换热器换热效率•厂用电率9%•厂用电率：9%优化机组运行控制降低污染物原始排放减少环保设备电耗降低污染物原始排放，减少环保设备电耗主要辅机变频或汽动改造1.《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020）》总体要求2.循环流化床机组问题分析及节能减排升级改造目标3.节能升级改造主要手段典型机应案4.典型机组应用方案风帽及布风均匀性改造风帽及布风均匀性改造钟罩式风帽外罩直径为102mm，外罩开孔8个，开孔直径14mm。外钟罩式风帽外罩径为，外罩开孔个，开孔径外罩与芯管采用焊接连接，芯管顶部开有通孔外罩材质为芯管材质为T外罩材质为ZGCr26Ni4Mn3NRe，芯管材质为1Cr18Ni9Ti风帽结构不合理，材质使用寿命短风帽及布风均匀性改造风帽及布风均匀性改造改造方案对风帽外罩小孔区域进行加厚，提高其耐磨性和使用寿命。改造方案对风帽外罩小孔区域进行加厚，提高其耐磨性和使用寿命。将风帽外罩风孔向下倾斜一定角度，风帽芯管上部焊接便于安装施工，外罩采芯采外罩采用ZG40Cr25Ni20，芯管采用CPH20改造后流化风量大幅度降低布风均匀性明显改善分离器提效改造分离器提效改造变形问题变形问题中心筒筒体由于是耐热不锈钢板卷制，无膨胀间隙，中心筒受热不均锅炉启动时迎风侧受热快，停炉时迎风侧冷却快，易变形拉筋与中心筒以焊接固定方式连接连接部位是死点无膨胀间隙启炉时拉筋与中心筒以焊接固定方式连接，连接部位是死点，无膨胀间隙，启炉时筒体受热膨胀被拉筋挤压，停炉时筒体收缩被拉筋拉住，多次反复后，筒体也容易疲劳变形也容易疲劳变形分离器提效改造分离器提效改造效率下降问题效率下降问题筒体膨胀、变形后，会使得筒体周边处浇注料裂纹、脱落，造成烟气短路分离器对飞灰未经惯性分离捕捉后直接从中心筒缝分离器对飞灰未经惯性分离捕捉后直接从中心筒缝隙中飞逸出去，造成分离器效率下降，锅炉带负荷能力下降飞灰含碳量会上升尾部受热面磨损会能力下降，飞灰含碳量会上升，尾部受热面磨损会加剧等一系列问题分离器提效改造分离器提效改造提效改造调整了分离器入口烟道尺寸结构（设置了导流装置）优化提效改造调整了分离器入口烟道尺寸结构（设置了导流装置）、优化了中心筒筒体结构和布置形式，改进了固定方式（自由吊挂）采用Cr25Ni20MoMnSiNRe材料整体铸造中心筒（筒体厚度16mm），避免了变形的发生，有效防止了烟气短路问题16mm），避免了变形的发生，有效防止了烟气短路问题分离器提效改造分离器提效改造改造前后飞灰粒径比较改造前后飞灰粒径比较改造前（中位径93.6μm）改造后（中位径24.3μm）返料器回路改造返料器回路改造返料回路主要作用包括⑴物料回送⑵运行密封⑶保证分返料回路主要作用包括：⑴物料回送；⑵运行密封；⑶保证分离效率根据锅炉运行的实际情况，对返料回路进行了调整，改善了回料阀风帽结构形式风室构造增加了平衡风管优化了返料回料阀风帽结构形式、风室构造，增加了平衡风管，优化了返料回路，确保其运行稳定锅炉增容改造锅炉增容改造增加锅炉出力，提高锅炉运行的经济性的经济性；降低床温，提升锅炉运行安全性；提升锅炉主再热蒸汽参数提升锅炉主再热蒸汽参数；低温省煤器低温省煤器降低排烟温度，提高锅炉运行的经济性；降低排烟温度，提高锅炉运行的经济性；降低风机电耗，提升除尘器运行安全性；减少湿法脱硫系统耗水量；炉内脱硫系统优化石灰石遴选炉内脱硫系统优化——石灰石遴选脱硫石灰石的性能与石灰石反应活性关系很大而石灰石反应脱硫石灰石的性能与石灰石反应活性关系很大，而石灰石反应活性又受到石灰石的成份和内部微观结构等影响石灰石遴选工作依托华能清能院热重分析实验室进行，通过热重分析方法评价石灰石脱硫性能采用分档原则建立判别石灰石重分析方法评价石灰石脱硫性能，采用分档原则建立判别石灰石的反应能力系数及CaO利用率反应活性等级反应能力系数k1CaO利用率反应活性评价Ⅰ＞53＞21高高Ⅱ41~5319~21较高Ⅲ23~4116~19中等Ⅳ14~2313~16较低Ⅴ＜14＜13低炉内脱硫系统优化系统改造炉内脱硫系统优化——系统改造石灰石粉属于较难输送的物料，具有如下特点：石灰石粉属于较难输送的物料，具有如下特点：①气力输送的悬浮速度梯度较大，给输料管风速的选择带来困难，甚至造成管道的堵塞②石灰石粉颗粒容易沉积，易吸潮板结，易造成下料堵塞或堵管③对管道的磨损较大在设计和布置石灰石输送系统时要充分考虑石灰石粒度的变化、输送的方式、给料系统的选择、输送布输送管路的布置、入炉口及入炉位置的配置、关键参数的选取基于锅炉深度运行优化的燃烧自动控制改造基于锅炉深度行优化的燃烧自动控制改造优化锅炉的燃烧状态，提高锅炉运行的安全性与经济性；优化锅炉的燃烧状态，提高锅炉运行的安全性与经济性；调整锅炉运行参数至最佳范围；降低锅炉的飞灰及底渣含碳量；降低SO2和NOx污染物排放水平；降低2和x污染物排放水平；巩固提高“CFB锅炉节能环保一体化改造”效果。热力系统改造优化热力系统改造优化通流改造通流改造调节级喷嘴改造汽封改造汽机冷端优化汽机冷端优化热力系统优化汽机运行控制优化1.《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020）》总体要求2.循环流化床机组问题分析及节能减排升级改造目标3.节能升级改造主要手段典型机应案