大型循环流化床机组低负荷工况下节能

大型CFB机组低负荷工况下节能、环保技术的应用一、前言华能白山煤矸石发电公司位于吉林省白山市江源区，是由华能吉林发电有限公司与通化矿业(集团)有限责任公司按60%、40%共同投资，并由华能吉林发电有限公司控股的国有热电联产企业，是吉林省首座利用煤矸石、煤泥、洗中煤为原料的低热值煤综合利用型电厂。也是吉林省内唯一的一家配置两台330MW大型循环流化床锅炉的燃煤电厂。电厂总占地面积19.8公顷，是目前全国同类型机组中占地面积最小的发电企业。项目建设是从国家节能减排要求和民生意愿出发，与国家能源局2011年提出的关于促进低热值煤发电产业健康发展规划相接轨，满足地区循环经济发展的需要，对扩充地区经济总量、优化生态环境、实现可持续发展具有重要的现实意义。二、项目实施背景2014年9月12日国家发改委、环保部、能源局联合印发了《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)》的通知。同时伴随着国家“十三五”规划起草工作的启动。渐渐明晰了未来火电机组节能减排的工作目标。而国务院也提出了燃煤发电机组提高企业能源效率依然是能源发展永恒的目标。当前，在面对全球经济下行压力的影响，吉林省2015年一季度火电机组利用小时为1009小时，同比减少了29小时，大部分火电机组在45-55%的工况下长期运行，这也意味着低负荷工况下燃煤火电机组节能、减排压力的加剧，而火电机组运行远离设计工况时,如何提高机组的热经济性，降低各项排放指标，以及进行恰当的技术改造和运行调整。就成为提高企业效益和市场竞争力所必须攻克的难题。三、项目内涵和做法1.科技攻关深挖节能潜力。对于燃煤火电机组，节能的主要手段无非在于降热耗、提炉效、省厂用、复用水几个方面，而由能源消耗的分类来讲，就是省煤、省水、省汽、省油、省电。循环流化床锅炉与常规燃煤机组一样，离不开在上述方面采取有效的措施开展节能工作。华能白山煤矸石发电有限公司在以上几个方面开展工作的同时，充分的挖掘了低负荷工况下节能减排技术的应用，将技术改造与运行调整相结合，先后进行了油枪冷却风、激波吹灰器、过热器吊挂管保温、冷端优化、水泵提效及变频、污水回收等技术改造，并自主摸索出了低风量低床压、凝结水全深度变频、机组启停防腐以及锅炉启动节油等优化调整措施，并全面实施无渗漏治理工程。使节能减排技术覆盖了生产工艺的每个流程，通过进行技术创新和引入，取得了良好的节能减排效果。(1)压缩空气一般均为电厂最先启动的公用系统之一，系统庞大、复杂且易漏泄点较多，同时压缩空气又是一种高压头低流量的工质，易做动力源反复使用，确不适合做为冷却介质。为此白山公司将原有的12路油枪冷却风由压缩空气改为了冷一次风接带，并加装了电磁开关阀，实现了全自动逻辑控制，对两台机组加装隔离阀门，减少了备用机组对压缩空气的消耗，使空压机由原先5台减少至2台运行，耗电率下降了0.43%，节电率达到了45%。(2)为节约蒸汽消耗以及确保空预器的换热效果，对空预器加装了两层激波吹灰器，并采取了蒸汽、激波联合吹灰的运行方式，蒸汽吹灰使用量，日均减少2次，日减少补水量约80吨，年节约补水量近1.8万吨，补水率下降了约0.4%，汇同热量损失降低机组煤耗约1.5g/kwh。(3)锅炉原设计过热器吊挂管为绝热防磨护瓦，阻碍了吊挂管内工质换热，为增加了烟道吊挂管内工质的换热量，将吊挂管更换为防磨护瓦，去除绝热功能，由改造前后数据分析，高过、低再入口平均温度为712℃，同比降低45℃，空预器入口温度平均值为271℃，同比降低15℃，同时机组停炉后及时对烟道整体进行清灰，有效的提高烟道管束的清洁度，配合激波吹灰器的安装使用，同期对比排烟温度下降了近22℃，降低机组煤耗约4.5g/kwh。(4)对北方高寒地区的空冷机组，冬季即要保证安全过冬，又要保持经济真空，对此白山公司经过不断的摸索，先后对两台机组空冷岛通道进行了隔离封闭，并对凝结水回水管路全程加装了新型保温。通道封闭后，减少了通道冷空气对流及备用机组对运行机组空气动力场的影响，并且不再使用原来冬季空冷岛1、6列在极端工况下采取的隔列措施，将空冷风机变频下降调整至10%，使空冷各换热管束进汽均匀。凝结水管路新型保温的实施，得以将凝结水过冷度引入了防冻保护逻辑控制中，空冷防冻由被动变主动，排汽压力更为平稳，冷却效率得到大幅提高，冬季真空度改造后完成91.41%，同比提高了2.48%，降低机组煤耗约6g/kwh。(5)对全厂内的大功率水泵进行了效率测算，对存在冗余功率的水泵叶轮进行车削，减少了冗余功率增加的电量消耗。其中，辅机循环水泵车削后电流由71A下降至46.1A、电流降低24.9A，耗电率下降0.14%;闭式水泵叶轮车削后耗电率下降了0.01%;利用库存物资对公用水泵进行了变频改造，改造后耗电率下降了0.01%，节电率达到了47%;综合各种水泵提效及变频改造后，不但能保证机组运行的需求，且降低厂用电率近0.16%。(6)加强重复用水的技术攻关，将化学冲洗排污水全部回收，一路引入沉清池再次制水，多余的引入公用水池做为灰、渣加湿用水，复用水率达到100%，此项改造实施后，新鲜用水月可节约近3000吨，全年可节约用水量达到3.6万吨。同时将化验站取样水进行回收，引入凝结水储水箱，并送入脱硝用水，其温度、水质完全满足脱硝用水的要求，使脱硝系统不再消耗凝结水，使得机组化验消耗水得到有效利用，日节约补水量约23吨，年节约补水量近8400吨，降低机组补水率0.02%。(7)为降低循环流化床锅炉磨损，提高机组的运行周期以及降低辅机耗电，进行了锅炉低风量、低风压运行方式的攻关，随着负荷的下降，锅炉一、二次风量配比无法保持设计值4:6，因此就必须确定新的调整思路：一方面在启炉前根据临界流化风量试验，确定了两侧布风板最小风量，在启动后根据不同负荷及床压，适当少许增加风量，通过一氧化碳测点的安装，保持一氧化碳含量在50mg/Nm3以下，调整二次风量保持锅炉氧量在3%左右，始终维持床压在5.2kpa左右;另一方面在炉后半干法脱硫吸塔内加装1300mm高度的防磨衬瓦，使脱硫床层可以得到下移，突破了脱硫烟气量130万m3/h降低至105万m3/h。运行期间始终保持两侧一次风挡板在50%以上，减少一次风系统的节流损失。调整后，同期对比床压下降1.2kpa、风量降低5.2万m3/h，一次风机电流下降12A、引风机电流下降40.5A，锅炉主要辅机电耗同期对比下降了近0.35%。(8)实现了凝结水全范围变频调整，重新设定低旁、三级减温水和凝结水泵低水压等联锁定值，并在运行中保持了除氧器上水调门在65%以上运行，使凝结水系统节流损失降至最低，通过优化逻辑控制，由变频控制水位并设定压力保护下限，在安全的前提下，充分的发挥了凝结水泵变频调整优势，调整后凝结水泵运行频率平均值为46%，耗电率达到0.07%，对比调整前下降了0.15%，此项耗电率指标在国内同类型机组中达到领先水平。(9)全面开展无渗漏治理，通过运行期间采用红外线热呈像仪拍照检查，全风烟、汽水系统分区域检查，以及停机后进行水压、风压试验等方式，使机组各系统及阀门的内、外漏得到了有效的整治。同时在SNCR脱硝过程中，摸索出了氨逃逸排放控制方式，严格控制氨逃逸量在4mg/Nm3以下运行，从而一举解决了空预器因氨逃逸量过多生成硫酸氢氨对空预器管束积附粘灰使管束发生漏泄的难题，使空预器漏风率可保持在2.5%左右。在整治期共计排查漏泄点110余处，阀门内漏136台。实现了无渗漏的最终目标，以化学回收水量下降幅度并折算热量合计降低煤耗约0.5g/kwh。(10)设备防腐一般容易被企业管理人员所忽视，但华能白山公司始终坚质做好水质监督和防腐治理工作，机组停机前坚持对系统加入十八胺，进行4个小时的汽水系统防腐钝化处理，避免了机组启动后因负荷过低而无法进行有效的洗硅操作，杜绝了启动初期因水质超标造成大量串水的现象发生，并在机组运行时保持较小的连排开度，减少了排污造成的热量和水量损失。同时也正是因为采取了这些技术措施，在停机割管抽样检查中，汽水系统管内壁清洁，使设备寿命得到了延长了。(11)机组启炉前合理安排各项风机、布风板阻力等试验，并保证风机启动期间完成布袋预涂灰工作，同时严格控制床料厚度在人孔下沿下100mm附近，避免料层过厚造成燃油量的增加。投入临炉推动以及采取暖风器加热的方式，提高炉温和风温，以减少燃油消耗，缩短启动时间，2015年6月，机组启动合计消耗燃油6.4吨，启动时间由原8小时缩短为4小时左右。减少了低负荷启动期间造成的能耗上升。2.技术创新实现减排目标。(1)对给煤和床料系统进行改造，增加了石灰石子给料系统，提前在给煤中掺入了石灰石子，使脱硫剂与燃煤得到充分混配，在回料中与循环灰提前进行热交换，使脱硫过程提前约2分钟，解决了炉内脱硫反应滞后的顽疾;同时将炉内一级脱硫改造为石灰石子与石灰石粉联合方式，并与炉后二级脱硫实现脱硫控制联动，并增加二氧化硫排放量100mg/Nm3的重叠区，三道措施联合动作，二氧化硫指标在任意负荷变化区间始终保持在合格范围内，对比改造前二氧化硫排量下降约50mg/Nm3。并且不再出现负荷突变情况下的超标情况。并且大量节约了石灰石粉和生石灰粉的使用量，月统计消耗量对比同期分别减少了1290吨和152吨，下降幅度分别达到48.7%和52.4%。年节约脱硫成本约300万元。(2)在开展低风量低床调整的摸索过程，保持节能与减排同步进行的思路。配合SNCR脱硝工艺，通过低风量、低风压的调整，锅炉低氧燃烧有效的抑制了锅炉烟气中NOX的生成，使得调整后NOX排放浓度对比降低了110.68mg/Nm3,低于国家标准71.32mg/Nm3。同时尿素消耗量同期对比减少286.44吨，仅为同期的28.5%，降幅达到了71.5%，折算降低供机组煤耗0.45g/kwh。(3)在机组投产时，就及时开展了布袋除尘器的烟气均布试验，确定了6个袋室均在1.3kpa左右的最佳压差点，保持布袋除尘效率在99.95%以上，同时在下移脱硫灰床层的同时，维持上部压差值在-2.0kpa左右，通过压差值保持最佳的脱硫床层厚度，即保证了脱硫效率又可有效的抑制烟气排出口的灰含量，通过调整使负荷变化过程中粉尘排放浓度始终可控在20mg/Nm3左右。四、项目实施后产生的效果2014年华能白山煤矸石发电有限公司机组负荷为56.98%，经过科技攻关与技术创新成果的实施，2014年其全厂供电煤耗环比13年下降了20.31g/kwh，节约标煤量2.4万吨，发电厂用电率完成6.85%，环比13年下降1.4%。2015年上半年机组负荷率同期对比下降了2.22%，仅完成了51.9%。但供电煤耗依然下降了1.12g/kwh，保持了整体下降趋势。获得了华能集团颁发的2014年度“厂用电率进步奖”。并于2015年4月通过华能集团公司“优秀两型企业”确认验收。同时机组投产至今各项环保指标全部达标。是世界上首次在330MW级循环流化床锅炉上采用脱硝技术的机组。2014年其SNCR脱硝工艺技术获得“中国电力科学技术进步三等奖”、“华能集团公司科学技术进步二等奖”、“吉林省电机协会科学进步一等奖”并于2015年2月通过国家环保部环评验收。华能白山煤矸石发电有限公司采取的各项技术改造和创新成果，对于同样在低负荷工况下运行的同类型或相近类型的燃煤机组，具有一定的可复制性，其各项指标控制过程和参数范围具有借鉴和推广意义。同时随着燃煤发电企业节能减排的不断深入，和当前新能源电力在电网的比重逐步增加的发展形势下，对于探索火电机组参与电网调峰而长期处于低负荷工况下运行时降低生产成本，提高企业效益，均有着重要而深远的意义。