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高效超超临界高效超超临界CFBCFB可行性及可行性及高效超超临界高效超超临界CFBCFB可行性及可行性及超低排放技术探讨超低排放技术探讨神华集团循环流化床技术研发中心神华集团循环流化床技术研发中心神华集团循环流化床技术研发中心神华集团循环流化床技术研发中心胡昌华胡昌华主任主任二二○○一一五五年年九九月月主要内容主要内容主要内容主要内容一、必要性一、必要性二、超超临界二、超超临界CFBCFB技术可行性及参数选择技术可行性及参数选择三超低排放技术方案分析三超低排放技术方案分析三、超低排放技术方案分析三、超低排放技术方案分析论论四、结论四、结论一、必要性一、必要性循环流化床锅炉是低热值煤有效利用的主要途径要性要性循环流化床锅炉是低热值煤有效利用的主要途径CFB机组4亿吨60%开采产生的煤矸石节能环保亿吨煤泥、矸石、中煤循环利用变废为宝变废为宝精煤普通煤粉机组精煤普通煤粉机组一、必要性一、必要性发展高参数、大容量CFB锅炉机组已形成广泛共识要性要性机组类型项目名称引进型100MW引进型300MW波兰460MW超临界600MW超临界660MW高效超超临界（预测）项目名称临界超临界（预测）蒸汽参数9.8MPa/540℃/540℃17.5MPa/540℃/540℃28.2MPa/563℃/582℃25.4MPa/570℃/569℃29.3MPa/605℃/623℃燃料硫分（%）3636086361燃料硫分（%）~3.6~3.60.86~3.61NOX浓度(mg/Nm3)78100200*12050SO浓度(/N3)68436720020035SO2浓度(mg/Nm3)68436720020035粉尘（mg/Nm3）3022.49.35锅炉效率（%）90.7993.29**93.0***91.52﹥93供电煤耗（g/kWh）350330303304285厂用电率（%）12.68.187.46.9985.0注：*需要每天喷氨10吨；**配套风水联合冷渣器；***设置低温省煤器，排烟温度80℃。一、必要性一、必要性污染物数值单位环保部、国家质监局2012年1月1日实施的要性要性粉尘5mg/Nm3二氧化硫35mg/Nm3环保部、国家质监局2012年1月1日实施的《（GB13223-2011）火电厂大气污染物排放标准》中的燃气轮机限值。NOX50mg/Nm3汞0.03mg/Nm3黑度3黑度1mg/Nm3二、二、660MW660MW超超临界超超临界CFBCFB技术的可行性及技术的可行性及参数选择参数选择循环流化床燃烧技术的特性使其更适合与超超临界锅炉技术相结合热流分布有利于锅炉水动力安全性和水冷热流分布有利于锅炉水动力安全性和水冷壁金属温度的控制；水冷壁沿高度方向的吸热也更均匀水冷壁沿高度方向的吸热也更均匀；不利于氧化皮的产生。超超临界蒸汽参数和循环流化床燃烧技术在设计上可以相互集成。技术在设计可以相集成二、二、660MW660MW超超临界超超临界CFBCFB技术的可行性及技术的可行性及参数选择参数选择超超临界技术参数超超临界技术参数常规超超临界参数常规超超临界参数（605℃/603℃/26~28MPa）高效超超临界参数（605℃/623℃/29.3MPa）（//）二次再热参数二次再热参数（605℃/623℃/623℃/32.4MPa）二、二、660MW660MW超超临界超超临界CFBCFB技术的可行性及技术的可行性及参数选择参数选择常规超超临界参数锅炉热容量变化不大，炉膛截面尺寸变化不大。受热面名称材质选择高温过热器高温段管子SUPER304H或HR3C出口集箱及管道SA-335P92高温再热器高温段管子HR3C出口集箱及管道SA-335P92二、二、660MW660MW超超临界超超临界CFBCFB技术的可行性及技术的可行性及参数选择参数选择高效超超临界参数主汽温度不变，蒸汽压力略有提高。再热器侧蒸汽出口温度提高20℃，对水力偏差及热力偏差的控制要求进一步提高。高效超超临界CFB锅炉方案在常规超超临界CFB锅炉方案的基础上将高温级再热器布置在炉内的方式，通过屏式受热面控制偏差的措施控制高再出口偏差。二、二、660MW660MW超超临界超超临界CFBCFB技术的可行性及技术的可行性及参数选择参数选择二次再热参数技术难点：再热器蒸汽温度调节。调节方式：CFB锅炉设置外置式换热器，可以通过控制外置式换热器内调节方式锅炉设置外置式换热器，可以通过控制外置式换热器内灰流量调节。受热面材料选择：高温过热器可选择Super304H、HR3C或尚处于研发受热面材料选择：高温过热器可选择Super304H、HR3C或尚处于研发和验证阶段的镍基合金In617材料。高效超超临界锅炉选型根据炉型参数选择投资和煤价等整高效超超临界CFB锅炉选型可根据炉型参数选择、投资和煤价等整体经济评价综合考虑，可选用高效超超临界、一次再热、二次再热等不同技术的组合方式。二、二、660MW660MW超超临界超超临界CFBCFB技术的可行性及技术的可行性及参数选择参数选择超超临界CFB研发关键技术问题临界研发关键技术问题•CFB锅炉炉膛内再热器是屏式结构，无法再热器材料的安全性问题锅炉炉膛内再热器是屏式结构，无法采用煤粉炉降低偏差管吸热的方法。再热器材料的安全性问题•CFB锅炉低负荷运行时炉膛上部温度较低，循环灰量减少，在低负荷时保证再热蒸汽温度达到623℃难度大低负荷再热蒸汽温度度达到623℃难度大。蒸汽流量减少进而导致水冷壁的流量减少•蒸汽流量减少，进而导致水冷壁的流量减少，水冷壁水动力设计难度增加。水冷壁水动力安全性问题三、超低排放技术方案分析三、超低排放技术方案分析低排放技术案分析低排放技术案分析电除尘粉尘电除尘布袋除尘器√SO2湿法脱硫SO2湿法脱硫NO不经济未体现CFB优势NOXSCR未体现优势在超超临界CFB锅炉燃烧过程中通过技术创新手段只要保证合适的燃在超超临界CFB锅炉燃烧过程中通过技术创新手段，只要保证合适的燃烧温度，在炉外不加或只加装简易脱硫、脱硝装置能够实现超低排放。三、超低排放技术方案分析三、超低排放技术方案分析低排放技术案分析低排放技术案分析•低低温除尘技术•高频电源技术•高效除雾技术电除尘技术•静电除尘技术粉尘排放浓度＜5mg/Nm3•静电除尘技术•湿式电除尘技术＜5mg/Nm•高效袋式除尘器袋式除尘器•电袋复合式除尘器袋式除尘器三、超低排放技术方案分析三、超低排放技术方案分析某发电集团在煤粉锅炉开展了粉尘超低排放技术的研究：低排放技术案分析低排放技术案分析某发电集团在煤粉锅炉开展了粉尘超低排放技术的研究采用低温除尘器+三相高效电源+高效除雾的组合方式，可将粉尘排放降至255/N3排放降至2.55mg/Nm3。三、超低排放技术方案分析三、超低排放技术方案分析高效袋式除尘器低排放技术案分析低排放技术案分析高效袋式除尘器可以达到5mg/Nm3的超低排放水平。国内某350MW超临界CFB锅炉选用高效袋式除尘器，可将粉尘排放浓度控制在国内某超临界锅炉选用高效袋式除尘器，可将粉尘排放浓度控制在5mg/Nm3以下。三、超低排放技术方案分析三、超低排放技术方案分析工业化的燃煤电厂烟气脱硫技术低排放技术案分析低排放技术案分析工业化的燃煤电厂烟气脱硫技术CFB机组炉内喷射吸收剂增湿活化脱硫法CFB机组：炉内喷射吸收剂、增湿活化脱硫法。三、超低排放技术方案分析三、超低排放技术方案分析低排放技术案分析低排放技术案分析尾部烟气高效辅助脱硫技术尾部烟气高效辅助脱硫技术目前CFB锅炉比较普遍的脱硫方式为炉内喷钙，但对于燃烧高硫分的煤质CFB仅依靠炉内脱硫还难以达到超低燃烧高硫分的煤质，CFB仅依靠炉内脱硫还难以达到超低排放的要求，因此需要研究升级换代技术解决。新技术未解决之前也可以利用现有研究成果，通过理论计算，根据计算结果对CFB锅炉的脱硫不同方式组合进行分析论证。三、超低排放技术方案分析三、超低排放技术方案分析尾部烟气高效辅助脱硫技术低排放技术案分析低排放技术案分析SO2排放浓度计算公式：尾部烟气高效辅助脱硫技术SZS为煤的折算硫分，ηS、ηtl,fur和ηtl,ext分别为自脱硫效率、炉内脱硫效率和炉外脱硫效率，根据实际运行经验，取以下经验数值：自脱硫率为20%、炉内脱硫效率为98%、湿法脱硫效率为95%、半干法烟气脱硫效率为85%。法烟气脱硫效率为折算硫分（g/MJ）＜0.40.4~2.6＞2.6脱硫方式选择炉内脱硫炉内脱硫+半干法脱硫炉内脱硫+湿法脱硫利用除尘器脱硫飞灰作为尾部半干法脱硫剂飞灰水化反应后做喷淋塔脱硫吸收剂三、超低排放技术方案分析三、超低排放技术方案分析脱硝技术低排放技术案分析低排放技术案分析神华白马300MW亚临界锅炉国内某135MWCFB锅炉在超超临界CFB锅炉燃烧过程中通过技术手段或炉外加装简易脱硝装置（SNCR）实现超低排放是可行的。三、超低排放技术方案分析三、超低排放技术方案分析脱硝技术低排放技术案分析低排放技术案分析NOX排放浓度计算公式：脱硝技术NZS为煤的折算氮分，ηNOX、ηNOX,ext分别为CFB自脱硝效率、SNCR装置的脱硝效率，并分别取经验数值为96%、70%。折算氮分（g/MJ）＜0.14＞0.14脱硝方式选择炉内低氮燃烧炉内低氮燃烧SNCR脱硝脱硝方式选择炉内低氮燃烧炉内低氮燃烧+SNCR脱硝三、超低排放技术方案分析三、超低排放技术方案分析超低排放技术路线低排放技术案分析低排放技术案分析超低排放技术路线折算氮分（g/MJ）014014g折算硫分（g/MJ）＜0.14＞0.14＜04CFB燃烧方式+高效除尘CFB燃烧方式+高效除尘+SNCR脱硝＜0.4CFB燃烧方式+高效除尘CFB燃烧方式+高效除尘+SNCR脱硝0.4~2.6CFB燃烧方式+尾部烟气半干法脱硫+高效除尘CFB燃烧方式+尾部烟气半干法脱硫+SNCR脱硝技术+高效除尘硫+高效除尘脱硝技术+高效除尘＞2.6CFB燃烧方式+尾部烟气湿法脱硫+高效除尘CFB燃烧方式+尾部烟气湿法脱硫+SNCR脱硝技术+高效除尘+高效除尘硝技术+高效除尘三、超低排放技术方案分析三、超低排放技术方案分析工程实际运用低排放技术案分析低排放技术案分析工程实际运用国内某350MW超临界CFB机组采用CFB燃烧方式+尾部烟气半干法脱硫+高效袋式除尘器袋式除尘器。三、超低排放技术方案分析三、超低排放技术方案分析工程实际运用低排放技术案分析低排放技术案分析工程实际运用Ca/S比可达到2.4，炉内脱硫效率可达97.6%。在Ca/S相对较高情况下，仅采用炉内喷钙+炉外喷水活化脱硫方式可使SO的排放浓度达到10mg/Nm3以下项目单位数值炉内喷钙+炉外喷水活化脱硫方式，可使SO2的排放浓度达到10mg/Nm3以下。项目单位数值收到基硫%1.13收到基氮%0.66低位发热量MJ/k1571低位发热量MJ/kg15.71折算硫分g/MJ0.72折算氮分g/MJ0.42SO2排放浓度mg/Nm39.2*NOX排放浓度mg/Nm329.7*注：采用炉内喷钙+炉外喷水活化脱硫方式。四、结论四、结论结结研发高效超超临界CFB机组在技术上是可行的，可采用高效超超临界+一次再热或高效超超临界+二次中间再热；但目前研发工作存在诸如再热器材料安全性、低负荷再高效超超临界二次中间再热；但目前研发工作存在诸如再热器材料安全性、低负荷再热蒸汽温度等关键技术问题，需在实际项目中作进一步研究。CFB机组实现超低排放的技术路线与燃用煤种有一定关系根据目前研究成果CFB机组实现超低排放的技术路线与燃用煤种有一定关系。根据目前研究成果，能够实现超低排放，可以充分发挥CFB的技术优势且投资及运行成本都较低。对于折算硫分和折算氮分较低的煤种在炉外不加或只加装简易脱硝（）脱硫（半干法硫分和折算氮分较低的煤种，在炉外不加或只加装简易脱硝（SNCR）、脱硫（半干法或炉外喷水活化）装置能够实现超低排放；但对于折算硫分和折算氮分超高的煤种，可考