循环流化床锅炉在低热值燃料发电领域的应用及关键技术.pptx

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,循环流化床锅炉在低热值燃料,发电领域的应用及关键技术,中国华能集团清洁能源技术研究院,黄中,2013,年,8,月,29,日,一、,CFB,锅炉利用低热值燃料的背景,二、,CFB,锅炉利用低热值燃料的主要问题,三、,CFB,锅炉利用低热值燃料的关键技术,四、,CFB,锅炉利用低热值燃料的展望,主要内容,低热值燃料利用的背景,我国是世界上主要的煤炭生产和消费国，也是以煤炭为主要一次能源的国家。在未来相当长的时期内，我国以煤炭为主要能源的格局不会改变，煤炭消耗量将持续增长,我国电力工业始终保持持较快增长势头，电力需求不断增加，截至,2010,年我国火电装机容量为,71780,万千瓦。预计到,2015,年我国火电装机容量将增加到,10,亿千瓦，到,2020,年将增加到,12,亿千瓦,年份,2008,年,2010,年,2015,年,2020,年,煤炭总消费量,27.4,31,33,35,火电煤炭消费量,14,16,17.5,19.5,火电耗煤占煤炭消费量比例,51.1%,51.6%,53.1%,55.7%,低热值燃料利用的背景,中国特殊的能源结构决定未来二十年燃煤火力发电仍是国之基础,合理、高效、清洁的利用煤炭资源是发电技术革新的重点,“,十一五,”,国家重点建设和开发十三个大型煤炭基地，净增煤炭入洗能力,15,亿吨,低热值煤的总产量将达到产生,5.36,亿吨,国家能源局出台了,国家能源局关于促进低热值煤发电产业健康发展的通知,（国能电力,2011396,号），督促协调开发利用,煤炭功能区划分,油页岩,石煤,十三个大型煤炭基地,低热值燃料利用的背景,低热值燃料利用获得了国家层面的支持,CFB,锅炉技术的特点,燃料适应性广、负荷调节比宽,添加石灰石可以有效炉内脱硫,燃烧温度,+,分级燃烧低,NO,X,排放,灰渣综合易于利用,大型化、超临界参数方向发展迅速,300MW,等级投产机组近百台,4,月,14,日，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范机组已经顺利投入商业运行！,一、,CFB,锅炉利用低热值燃料的背景,二、,CFB,锅炉利用低热值燃料的主要问题,三、,CFB,锅炉利用低热值燃料的关键技术,四、,CFB,锅炉利用低热值燃料的展望,主要内容,CFB,锅炉燃用低热值燃料常见问题,炉内受热面磨损，水冷壁过渡区域及炉膛四角、悬吊屏穿墙、等磨损严重，影响电厂长周期运行,耐磨浇注料脱落、磨损，分离器靶区耐磨耐火材料有脱落磨损,给煤系统不运行中经常出现堵煤、断煤,除渣系统不完善，冷渣器的运行故障时有发生,CFB,锅炉燃用低热值燃料常见问题,CFB,锅炉灰渣量的增加造成了渣的冷却和输送问题,300MW CFB,锅炉,G,xh,=10000t/h,，,G,ixh,=30000t/h,燃当入炉煤发热量从,3000kCal/kg,降低至,2000kCal/kg,后，燃煤量增加,1.55,倍，灰渣总量增加,1.90,倍，需要处理的灰渣总量高达,241t/h,，内循环和外循环急剧增加,CFB,锅炉燃用低热值燃料常见问题,厂用电率高，可靠性差,目前国内常规的,300MW CFB,锅炉机组运行可靠性较低，以非计划停运次数为例，,CFB,锅炉的平均值为,5.6/,台年，连续运行时间低于,6000,小时，掺烧低热值燃料后的,CFB,锅炉，相关技术指标低于煤粉锅炉,CFB,锅炉燃用低热值燃料常见问题,燃烧温度偏低设计值，一般在仅能维持在,750850,，严重影响了锅炉燃烧效率和炉内脱硫效率,CFB,锅炉燃用低热值燃料常见问题,运行参数控制不当，二氧化硫及氮氧化物超标,“环境保护部公布,2012,年度全国主要污染物总量减排核查处罚情况”,1.,对电力行业脱硝脱硫项目未按目标责任书落实的内蒙古自治区、河南省、贵州省及中国华电集团公司，自公布之日起暂停审批燃煤机组新、改、扩建项目环评。,4.,对脱硫设施不正常运行、监测数据弄虚作假的华电山西大同第一热电厂有限公司、神华内蒙古萨拉齐电厂、山东里彦发电有限公司、华电四川攀枝花三维发电厂等,15,家企业挂牌督办，责令限期整改，,追缴二氧化硫排污费，其中享受脱硫电价补贴,的，按规定扣减脱硫电价款，并予以经济处罚。,2013,年,5,月,14,日发布,成因分析,片面追求低热值，忽略安全性,行业自我约束力差，自毁长城,低价低质产品挤占市场，劣币驱逐良币,日常检修维护水平较低,运行人员操作技术不过关,对新产品、新技术的接纳程度强,未能从设计源头采取有针对性的措施,一、,CFB,锅炉利用低热值燃料的背景,二、,CFB,锅炉利用低热值燃料的主要问题,三、,CFB,锅炉利用低热值燃料的关键技术,四、,CFB,锅炉利用低热值燃料的展望,主要内容,CFB,锅炉利用低热值燃料的关键技术,防磨综合治理技术,侧磨防治技术,耐磨防漏渣风帽技术,分离器靶区防磨技术,脱硫脱硝适用技术,循环灰排放技术,氧量场重构技术,大出力冷渣器技术,防磨综合治理技术,磨损速率的计算,E=Kd,2,U,3,控制流速最关键,早期设计,w,xf,6m/s,，目前推荐设计,5m/s,以避免磨损,防磨综合治理技术,侧水冷壁,耐磨耐火浇注料,CFB,锅炉防磨的重点是密相区与稀相区耐火材料浇注与光管水冷壁之间的交界面，该区域颗粒浓度相对较高，且交界处管子方向会与物料流向不一致，易产生磨损,防磨综合治理技术,加,装防磨梁前,加,装防磨梁后,防磨综合治理技术,单纯的防磨梁技术应用于低热值燃料利用领域尚有提升空间,运行控制参数迫切需要随之调整,针对燃用低热值燃料循环流化床锅炉存在的问题，防磨综合治理应分别进行防磨装置设计与安装、冷态试验、,热态试验和燃烧优化调整,防磨综合治理,防磨装置设计与安装,热态试验,燃烧优化调整,冷态试验,对于低热值燃料更多需要的是,组合技术！,多管齐下，共同起效！,侧磨防治技术,进入分离器气流的冲刷,磨损,侧磨防治技术,使用侧磨挡板减少进入分离器气流的冲刷磨损,耐磨防漏渣风帽技术,早期应用的,CFB,锅炉风帽结构形式,猪尾巴型风帽,定向风帽,剑型风帽,钟罩型风帽,风帽数量,外孔尺寸,布风均匀性,磨损特性,防漏渣性能,使用周期,柱形风帽,多,小,好,较轻,一般,一般,猪尾形风帽,多,好,最轻,较好,较长,定向,风帽,多,大,较好,较重,弱,较短,箭形风帽,少,大,较好,较轻,弱,较短,钟罩形风帽,较少,较大,好,轻,好,较长,耐磨防漏渣风帽技术,耐磨防漏渣风帽技术,采用钟罩结构形式,结构经过实炉长期运行检验,低出口速度、长寿命,细节优化,数值模拟优选方案，减小风险,分离器靶区防磨技术,气流在靶区速度增加，磨损量加大,施工中施工方式不当，施工缝和气流向一致，气流贯穿,分离器靶区防磨技术,拆除旧有结构,使用高强度材料和改进工艺,补焊销钉,重新进行靶区弧线修复,某厂锅炉靶区改造施工后运行三年，依旧如新,分离器靶区防磨技术,中心筒出现问题后严重影响分离效率,增加飞灰含碳量,增加床温,效率差,分离器靶区防磨技术,对分离器进行整体改造,脱硫脱硝适用技术,污染物项目,适用条件,限值,污染物排放监控位置,烟尘,全部,30,烟囱或烟道,二氧化硫,新建锅炉,100,200,现有锅炉,200,400,氮氧化物（以,NO,2,计）,全部,100,200,汞及其化合物,全部,0.03,燃料和热能,转化设施类型,污染物项目,适用条件,限值,污染物排放监控位置,燃煤锅炉,烟尘,全部,20,烟囱或烟道,二氧化硫,全部,50,氮氧化物（以,NO,2,计）,全部,100,汞及其化合物,全部,0.03,燃煤锅炉污染物,最高允许排放浓度,燃煤锅炉污染物,最高允许排放浓度,（重点地区）,GB 13223-2011,火电厂大气污染物排放标准,京津冀鲁、长三角、珠三角占国土面积的,8%,，,消耗全国,42%,的煤炭、生产,55%,的钢铁、,40%,的水泥,，加工了,52%的原油，布局了,40%,的火电机组,、拥有,47%,的,汽车,单位面积污染物排放强度是全国平均水平的,5,倍,左右,新环保标准的出台背景,数据资料来源：环保部,按照新的环境空气质量标准，全国,70%,城市不达标,我国新修订的,环境空气质量标准,重点区域城市超标率,82%,WHO过渡时期目标-2,（,美国、香港水平）,重点区域城市超标率,99%,WHO过渡时期目标-,3,（欧盟水平）,重点区域城市超标率,100%,WHO,空气质量准则值,重点区域城市超标率,100%,中国现行空气质量评价标准,重点区域城市超标率,15%,标准每加严一级死亡风险,降低,【,2%-11%】,新环保标准的出台背景,数据资料来源：环保部,火电机组已投运的脱硫设施中不能稳定达标排放的进行更新改造；改造后不能稳定达标排放的必须淘汰,火电行业全面推行低氮燃烧技术,全国单机容量,30,万千瓦,及以上的燃煤机组、重点,地区和其它地区省会城市,单机容量,20,万千瓦及以上,的燃煤机组进行脱硝改造,新环保标准的影响,数据资料来源：环保部,现有,CFB,锅炉技术条件下对新标准的适应性研究,DEN1,DES1,CFB,燃烧完全满足新标准,NO,X,低于,200mg/Nm,3,的要求,CFB,燃烧,200NO,X,350mg/Nm3,采用,SCR,脱硝,（非常罕见或新建）,特低硫煤,CFB,燃烧完全满足新标准,SO,2,低于,200mg/Nm,3,的要求,CFB,燃烧炉内添加石灰石完全满足新标准,SO,2,低于,200mg/Nm,3,的要求,（折算）高硫煤,CFB,燃烧炉内添加石灰石满足不了新标准,SO,2,低于,200mg/Nm,3,的要求,炉内脱硫,+,尾部二次脱硫,DEN:CFB,脱硝系数,1,DES:CFB,脱硫系数,1,国内外大量试验研究及实炉运行结果表明，通过炉内脱硫，,CFB,锅炉可以达到较高脱硫效率（,90%,）,造成炉内脱硫效率较低，,SO,2,排放不能达标的原因主要是由于对影响,CFB,锅炉脱硫效率的相关因素控制不当,主要包括以下四方面原因：,脱硫用石灰石品质（包括反应活性和粒度分布等）差,锅炉实际用煤的折算含硫量远大于设计值,锅炉运行参数不合理,石灰石输送系统设备选型不匹配,脱硫性能较低原因分析,应在不依靠炉外尾部烟气脱硫装置的前提下，仅利用炉内脱硫系统实现,SO,2,排放浓度不大于,200mg/Nm,3,（,O,2,=6%,）,炉内脱硫系统设计需留有必要的余量，以适应煤种和锅炉运行参数的变化,合理优化锅炉运行参数，降低床温、提高分离效率,针对锅炉最差煤种展开设计，最大钙硫摩尔比可选取,2.5,应保证石灰石输送系统能够长期稳定运行，至少有,1,套备用系统，系统投运率达到,98%,以上,用量大的电厂可以自行制备石灰石，提高石灰石粉质量并减少脱硫剂成本，电石渣（干粉）宜优先考虑,脱硫改造设计要点,燃烧优化技术降低,NO,X,排放的技术原理,NO,x,排放浓度随总风量的增加而升高，随一次风率的提高而升高，随下二次风门挡板开度的增加而略有增加，随床温的增加而增加,当,SO,2,排放浓度增加时,NO,x,排放浓度略有降低,技术核心,：充分发挥,CFB,锅炉自身优点,分离器内还原剂,与,烟气能够实现充分混合，反应时间,及反应,温度均较为适宜,在,CFB,锅炉上可实现,6080%,的,脱硝,效率,CFB,锅炉优化燃烧与,SNCR,联合高效脱硝技术,秦皇岛秦热,2 330MW CFB,锅炉脱硝工程,2012,年底通过,168,小时试运，,NO,X,排放由,220mg/m,3,减排至,45mg/m,3,以下，脱硝效率,80%,（氨氮比,1.5,）,，对应的氨逃逸仅为,0.8ppm,运行以来，系统稳定，自控系统调节灵敏,喷枪及喷射系统工作可靠，取得,3,项发明专利和,3,项实用新型专利,中国电机工程学会鉴定认为：,300MW,级,CFB,锅炉优化燃烧与,SNCR,联合高效脱硝技术领域达到国际领先水平,CFB,锅炉优化燃烧与,SNCR,联合高效脱硝技术,循环灰排放技术,循环灰量直接影响锅炉的燃烧、传热和脱硫等多方面的基本性能。控制合理的循环灰量、排放过剩循环灰对循环流化床锅炉稳定运行时至关重要,燃用低热值燃料时，炉膛的灰浓度增加，会使炉膛温度下降，造成不完全燃烧份额增加。加剧炉膛水冷壁磨损，增加尾部灰浓度，使得尾部受热面磨损严重。此外，如果循环灰量过大，会出现因循环灰瞬间突然大量由循环回路涌入炉膛的“塌灰”现象，若操作不及时，容易造成炉内大面积结焦，给锅炉的安全运行带来一定的隐患,循环灰排放技术,循环灰排放冷却系统主要由循环灰排放冷却器、闭式循环水系统、正压气力输灰系统组成,循环灰排放系统主要包括灰和水两种介质流程,循环灰排放技术,改造后床温可增加,30,飞灰底渣含碳量下降,35%,改造前,运行安全性显著提高,脱硫性能显著改善,改造后,氧量场重构技术,随着循环流化床锅炉容量的增大，炉膛的横截面积随之增加，导致通过二次风喷口给入的二次风很难依靠喷射及扩散到达炉膛中心区域进而在炉膛的中心产生贫氧区,位于贫氧区内的燃料不易,充分燃烧，使得炉膛内的飞,灰可燃物增高，降低了循环,流化床锅炉的燃烧效率,氧量场重构技术,为了改善大型循环流化床锅炉的炉膛中心缺氧的状况，一般采用降低炉膛宽度，设计优化或者增加二次风的穿透能力等措施,对于燃用低热值燃料,CFB,锅炉可以,设置中心供风系统实现燃烧中心区域,氧控制，其能够补充贫氧区燃烧所,需氧量，有效改善,CFB,锅炉燃烧中,心区域氧量供给不足的难题,大出力冷渣器技术,滚筒式冷渣器存在的主要问题是出力小，热量回收能力有限，冷源热损失大，冷却水耗量大，无法满足燃用低热值燃料,CFB,锅炉的需要。因此，需要采用新型流化床式冷渣器新型流化床式冷渣器与早期配套的引进技术流化床式冷渣器有着本质区别，引进技术冷渣器对底渣粒度有着固定的要求，在国内入炉煤的粒度和品质难以达到背景下很难正常运行,大出力冷渣器技术,新型流化床式冷渣器，底渣粒度适用性强、水冷受热面磨损更轻、流化风系统更为简单，因此新型流化床式冷渣器底渣处理能力更大、系统更加安全可靠,灰渣热量可以得到有效回收，可以提高锅炉效率近,2%,一、,CFB,锅炉利用低热值燃料的背景,二、,CFB,锅炉利用低热值燃料的主要问题,三、,CFB,锅炉利用低热值燃料的关键技术,四、,CFB,锅炉利用低热值燃料的展望,主要内容,CFB,锅炉利用低热值燃料的展望,实践证明，,CFB,锅炉在低热值燃料利用领域发挥了重要作用，顺应了中国的能源结构和时代背景,建立合理可靠的运行方式是,CFB,锅炉安全、稳定、长周期运行和高效节能的必由之路,低热值燃料利用技术的发展将与所在地域的资源供给结构紧密结合，更多是求异而非求同,从设计入手，从细节入手，从关键技术入手是发挥,CFB,锅炉技术优势的关键环节,华能清能院愿与广大电力生产企业和学术团体一起促进,CFB,锅炉技术的全面、协调和可持续发展，为中国电力发展多做贡献,中国华能集团清洁能源技术研究院,低质煤清洁高效利用技术部,北京市海淀区知春路甲,48,号 盈都大厦,A,座,22,层,黄 中,所长助理、高级工程师,手机：,13636706755,电话：,010-56436960 029-82102325,传真：,010-58733800 029-82102702,邮件：,huangzhong,，,chinacfb,