电力新形势下循环流化床技术面临的挑战与对策

电力新形势下循环流化床技术面临的挑战与对策神华集团循环流化床技术研发中心〇六年六月太原胡昌华二〇一六年六月太原主要内容主要内容I前言I前言II循环流化床技术当前面临的主要问题和挑战II循环流化床技术当前面临的主要问题和挑战IIICFB技术应重点研究突破的方向和技术路线C技术应重点研究突破的方向和技术路线IV结论与建议I 前言循环流化床（CFB）技术具有煤种适应性广、低成本炉内污染物控制、前言调峰幅度大等突出优点，被公认为商业化程度最好的洁净煤发电技术之一。据不完全统计，截止目前，全国CFB装机容量超过1亿千瓦，其中100MW以上CFB超过7300万千瓦。核电风电9%核电2%电厂装机比例CFB机组容量比例水电19%其它容量CFBPC及其它火电63%CFB19%量27%100MW以上CFB73%63%CFB7%电厂装机总容量14.9亿千瓦CFB装机总容量1亿千瓦I 前言前言随着世界首台600MW超临界CFB锅炉，8台350MW超临界CFB锅炉在我国相继投运还有一批660MW及350MW超临界CFB锅炉在建炉在我国相继投运，还有一批660MW及350MW超临界CFB锅炉在建，预计2016年在役超临界机组将达15台，总装机容量将超过500万千瓦。可以说，CFB已经迎来了超临界时代，CFB机组整体水平上升到瓦可以说，已经迎来了超临界时代，机组整体水平上升到一个新的台阶。序号电厂名称编号容量锅炉厂投运年份1白马电厂#611×600MW东方锅炉厂2013年2河曲CFB电厂#1/#22×350MW东方锅炉厂2015年3山西国金电力#1/#2*2×350MW东方锅炉厂2015年3山西国金电力#1/#22×350MW东方锅炉厂2015年4山西朔州电厂#1/#22×350MW上海锅炉厂2015年5山西河坡电厂#1/#2*2×350MW东方锅炉厂2015年6徐州华美电厂#1/#22×350MW东方锅炉厂2016年注*：在建未投运机组I 前言前言今年是国家“十三五”能源规划和电力规划的制定之年，“超超临界CFB锅炉技术研发与示范”已申报国家“十三五”重点研发计划界CFB锅炉技术研发与示范”已申报国家“十三五”重点研发计划。660MW“三超”CFB示范工程也上报国家能源局，有望近期启动并在“十三五”期间建成投运由此可见我国循环流化床锅炉技术发在十三五期间建成投运。由此可见，我国循环流化床锅炉技术发展迅速，开始引领世界循环流化床锅炉技术发展方向，这既有人为努力，也有政策支持，还有CFB自身技术优势。力，也有政策支持，还有自身技术优势能源“十三五”能源“十三五”VSVS“十二五”有哪些变化“十二五”有哪些变化能源“十三五”能源“十三五”VSVS“十二五”有哪些变化“十二五”有哪些变化I 前言由于CFB机组发展迅速，其设计、制造、运行均在不够完善的情况下向更高等级发展，技术的优势和潜力没有充分发挥出来，上项目追求进度，研究不深入细致，有的项目是按照前言技术的优势和潜力没有充分发挥出来，上项目追求进度，研究不深入细致，有的项目是按照满足交货进度来选择制造厂商，锅炉设计不准确导致很多系统性问题。比如热效率普遍比同容量的煤粉炉机组低2%左右，厂用电率高出2-3%左右，供电煤耗高约15g/kWh、运行费用也不低。还有CFB锅炉故障率较高、维修工作量大、维护费用高、可靠性相对较低。面对当前电力过剩、煤炭去产能、超低排放环保政策及节能改造限值要求的新形势，CFB技术面临前所未有的巨大挑战。1900t/h5.657.376.188.34468101900t/h024湿冷空冷煤粉炉CFB亚临界超临界33175336.84350.873403503602014年平均厂用电率75t/h130t/h高压超高压亚临界316.95331.75290300310320330340煤粉炉CFB290湿冷空冷2014年平均供电煤耗I 前言前言我国环保排放要求到2020年全部火电机组实现超低排放，即SO235mg/Nm3NO50mg/Nm3烟尘5/10mg/Nm3SO235mg/Nm3，NOX50mg/Nm3，烟尘5/10mg/Nm3目前CFB锅炉原始排放直接达标困难，如果为实现超低排放而将煤粉炉超低排放技术在CFB上进行移植即尾部安装SCR/SNCR脱硝设粉炉超低排放技术在CFB上进行移植，即尾部安装SCR/SNCR脱硝设施和湿法脱硫设施及配套除尘设施等，虽然能达到超低排放要求，但可能回避掩盖一些CFB锅炉存在的问题，丢弃了CFB固有的优点但可能回避掩盖些锅炉存在的问题，丢弃了固有的优点。应当也完全可以通过CFB技术创新与设备改造，必要时可辅助低成本炉外环保实施，实现CFB锅炉污染控制能力的突破。SCR/SNCR空气预热器三相高效电源高效除雾除尘一体化装置锅炉静电除尘器低温省煤器引风机脱硫吸收塔烟囱烟囱超低排放煤粉炉的技术路线I 前言前言到2020年全口径供电煤耗达到310/295g/kWh，300MW及以上CFB机组将进行节能降耗，300MW以下CFB将不再作大的投入和改机组将进行节能降耗，以下将不再作大的投入和改造，面临关停的风险。更严峻的是电力市场形势，当前和今后电力长期过剩及新一轮电力更严峻的是力市场形势，当前和今后力长期过剩及新轮力改革将对发电企业造成巨大冲击。一是电力过剩，可再生能源会继续快速发展，火电平均利用小时每年下降8—10%是基本确定的。各地投资兴建火电厂（包括CFB）的机会越来越少。二是新电改的竞价，试点地区火电电量50%左右将拿出来竞价，降价幅度很大，CFB电厂因自身的条件差异面临的风险和生存压力更大自身的条件差异面临的风险和生存压力更大。基本电量基本电量竞价上网竞价上网利用小时下降8—10%/年利润下降I 前言前言可以说，CFB机组快速发展的时期即将过去，迎来精耕细作的提质改造和突破极限的质量提升期。必须以技术革命的思维坚定信心、迎接挑战，抓住超低排放改造机会，通过锅炉本身技术改造，从根本上解决CFB机组存在的突出问题把CFB技术的潜力优势充分发挥出来闯出一条低成本的技术题，把CFB技术的潜力优势充分发挥出来，闯出一条低成本的技术发展之路。挖掘潜力低成本技术发展之路解决CFB问题挖掘CFB潜力结合超低排放改造主要内容主要内容I前言II循环流化床技术当前面临的主要问题和挑战I前言II循环流化床技术当前面临的主要问题和挑战IIICFB技术应重点研究突破的方向和技术路线IV结论与建议II 循环流化床技术当前面临的主要问题和挑战2.1环保排放方面的挑战22炉能耗方面的差距2.2炉能耗方面的差距23可靠性方面存在差距2.3可靠性方面存在差距2.4缺乏市场竞争力2.1 环保排放方面的挑战环保排放方面的挑战现有的CFB锅炉利用炉内脱硫和低温燃烧，基本都能满足2011国家和地方排放要求但基本都达不到2015超低排放标准需要另建脱硫和地方排放要求，但基本都达不到2015超低排放标准，需要另建脱硫脱硝装置。这就造成CFB炉内低成本脱硫脱硝的优势可能不复存在。如果流化床的优势不被利用，其存在的价值就会被极大地削弱。目前CFB的NOx原始排放在35-200mg/Nm3，SO2排放在无炉外设施时为100-CFB的NOx原始排放在35200mg/Nm，SO2排放在无炉外设施时为100400mg/Nm3。图1至图3是300MWCFB机组近年的排放值。可以看出与超低排放的差距超低排放的差距。3550超低排放限值超低排放限值图1300MWCFB机组SO2排放图2300MWCFB机组NOx排放2.1 环保排放方面的挑战环保排放方面的挑战新建和改造的机组在加装了SNCR、炉外半干法/湿法脱硫装置后达到了超低排放标准。总体来看，半干法和湿法投资都偏高（见下表），使用了炉内脱硫功能后运行费用有明显下降，但与煤粉炉比较仍然没多少优势。因而有些电厂在改造时就放弃了炉内脱硫功能，使得CFB锅炉失去了与煤粉锅炉相比所具有的污染物控制成本低的优势CFB锅炉失去了与煤粉锅炉相比所具有的污染物控制成本低的优势。某300MWCFB机组超低排放改造不同方案造价项目石灰石-石膏湿法半干法投资费用（万元）85807220前除前级除尘器提效（万元）200无脱硫系统（万元）44003500高效布袋除尘器（万元）无240010超低排放限值烟囱防腐（万元）1500无废水处理系统（万元）1200无引风机改造（万元）480520图3300MWCFB机组粉尘排放引风机改造（万元）480520SNCR脱硝系统（万元）8008002.1 环保排放方面的挑战环保排放方面的挑战这些在炉外加装SNCR、半干法/湿法脱硫装置以达到超低排放的改造，都是用资金投入在现有成熟技术上的优化组合，没有CFB技术本身的突破和跨越。SNCR作备用直接达到超低排放？排放？某电厂半干法工艺流程图CFB炉内运行优化、技术改造CFB面临的最大挑战某电厂半干法工艺流程图CFB面临的最大挑战能不能找到一条技术路径突破上述局面，实现炉外不设或只设投资和运能不能找到条技术路径突破上述局面，实现炉外不设或只设投资和运行费用更低的环保设施达到超低排放标准，是CFB面临的最大挑战。2.2 锅炉能耗方面的差距锅炉能耗方面的差距由于CFB机组以劣质燃料为主，据不完全统计，CFB机组燃料平均发热量为12540kJ/kg（2986Kcal/kg），煤粉炉机组燃料平均发热量为20900kJ/kg（4976Kcal/kg）与煤粉锅炉相比：锅炉热效率普为/g（/g）与煤粉锅炉相锅炉热效率普遍比同容量的煤粉炉低2%左右，厂用电率平均高出2-3%左右，平均供电煤耗高15克/千瓦时左右供电煤耗高15克/千瓦时左右。8.34895.657.376.185678345煤粉炉CFB012湿冷空冷近年300MWCFB机组厂用电率情况湿冷空冷2014年平均厂用电率2.2 锅炉能耗方面的差距锅炉能耗方面的差距一些电厂通过变频改造、流态重构、炉内优化等措施的实施，能耗指标明显提升，厂用电在5%以下，达到了煤粉炉的平均水平以上。虽然由于煤质的较大差异进行对比对CFB是不公平的，但大多数CFB机然由于煤质的较大差异进行对比对CFB是不公平的，但大多数CFB机组能耗指标还是有较大提升空间的。国家节能降耗改造限值也要求必须进行节能改造以进步降低能耗须进行节能改造以进一步降低能耗。国家节能降耗改造限值3102014年不同容量等级CFB机组供电煤耗对比及与国家限制差距2.3 可靠性方面存在差距可靠性方面存在差距下图是CFB机组近几年可靠性指标的统计数据。2008年~2014年300MW容量等级的流化床机组非停平均次数呈逐年下降趋势2010300MW容量等级的流化床机组非停平均次数呈逐年下降趋势。2010年到2015年机组的平均等效可用系数总体上为增长的态势，其中2013~2015年基本保持在89~90%之间。2015年虽然机组的平均可用小时数和运行小时数相对较低，但平均等效可用系数为89.5%。说用小时数和运行小时数相对较低，但平均等效可用系数为89.5%。说明流化床机组的设备管理和运行水平在逐步提升。300MWCFB机组非停次数CFB机组近年的平均等效可用系数2.3 可靠性方面存在差距可靠性方面存在差距连续运行天数方面，多台CFB机组连续运行超过300天、400天，和过去比较起来技术水平和管理水平已经相当高了，但是与煤粉炉相比，CFB锅炉及辅机故障率较高、维修工作量大、维护成本高、可靠比，锅炉及辅机故障率较高维修工作量大维护成本高可靠性相对较低是不争的事实，这虽然与燃烧劣质煤固有特性、CFB技术发展时间较短还在不断完善有定关系与CFB本身先进水平相比发展时间较短还在不断完善有一定关系，与CFB本身先进水平相比，绝大部分CFB机组可靠性的提升仍有一定空间。CFB机组近年的平均运行小时2.4缺乏市场竞争力缺乏市场竞争力当前形势下电力持续过剩燃煤电厂发电利用小时持续降低很当前形势下，电力持续过剩，燃煤电厂发电利用小时持续降低，很多地区基本利用小时只有2000小时左右。还有新电力改革试点要求的竞价上