东方第二代350MW超临界CFB锅炉暨循环流化床宽负荷超低排放一体化技术

东方第二代350MW超临界CFB锅炉暨循环流化床宽负荷超低排放一体化技术东方锅炉股份有限公司王鹏东方锅炉股份有限公司王鹏2016年04月2016年04月主要内容主要内容•东方CFB锅炉发展历程简介1•东方第一代350MW超临界CFB锅炉运行情况2•东方第二代350MW超临界CFB锅炉技术3•循环流化床宽负荷超低排放一体化技术4循环流化床基础理论循环流化床锅炉是近几十年迅速发展起来循环流化床锅炉是近几十年迅速发展起来的一项高效、低污染的燃烧技术。它具有接近或达到同容量煤粉炉的燃烧效率；这种燃烧技或达到同容量煤粉炉的燃烧效率；这种燃烧技术的燃料适应性强，不仅可以燃用烟煤等优质煤而且可燃用各种劣质燃料它的负荷调节煤，而且可燃用各种劣质燃料；它的负荷调节比宽，最低时能在20%负荷下仍能稳定燃烧；低温燃烧使生成量少可用石灰石作脱硫低温燃烧使NOX生成量少，可用石灰石作脱硫添加剂，低成本实现炉内脱硫；灰渣便于综合利用等优势，是国际上公认的商业化程度最好的洁净煤燃烧技术之一。人无我有人有我优引领进步东方CFB锅炉技术发展历程人无我有人有我优引领进步2015350MW超临界CFB锅炉投运2015350MW超临界CFB锅炉投运2013600MW超临界CFB锅炉投运2010200MW超高压CFB锅炉投运2008300MW亚临界CFB锅炉投运2003135MWCFB锅炉投运2002100MWCFB锅炉投运锅炉199750MWCFB锅炉投运1980’s20t/h~65t/hCFB锅炉投运1970’s开始研究流态化技术1970’s开始研究流态化技术东方大容量CFB锅炉的市场占有率300MW等级亚临界350MW超临界600MW超临界订货89台投运45台出口波黑哥伦比亚订货42台投运6台出口1台订货3台投运1台出口波黑哥伦比亚出口1台订货台投台东方CFB锅炉的研发能力机械工业清洁高效燃烧技术工程实验室清洁燃烧与烟气净化四川省重点实验室已完成新疆高钠煤、锡林浩特褐煤、波黑高水份低热值褐煤、中煤平朔煤矸石、巴西低热值煤、石油焦等试烧试验及脱硫、低NOx试验煤朔煤矸煤焦试试验脱试验主要内容主要内容•东方CFB锅炉发展历程简介1•东方第一代350MW超临界CFB锅炉运行情况2•东方第二代350MW超临界CFB锅炉技术3•循环流化床宽负荷超低排放一体化技术4东方第一代350MW超临界CFB锅炉整体布置超临界参数直流锅炉，一次中间再热，M型布置，超临界参数直流锅炉，次中间再热，M型布置，总体上分为主回路、尾部、空预器三部份单炉膛单布风板炉内布置屏过、屏再和水冷隔墙单炉单风板前墙给煤后墙排渣采用滚筒冷渣器两侧进风前墙给煤后墙排渣，采用滚筒冷渣器床下点火或床上床下联合点火三台汽冷式高效旋风分离器尾部双烟道挡板调温回转式或管式预热器回转式或管式预热器东方第一代350MW超临界CFB锅炉顺利批量投运山西国金徐矿华美山西国金徐矿华美神华河曲山西河坡神河河东方第一代350MW超临界CFB锅炉顺利批量投运难题1热效率与煤粉炉比较尚有差距1五大难题难题2磨损问题导致锅炉可用率低难题3辅机(主要指煤仓破碎系统风机)设计选型缺乏经验“艰难”的目标难题3辅机(主要指煤仓、破碎系统、风机)设计选型缺乏经验难题4渣处理问题人工排红渣水冷壁磨损“艰难”的目标难题5厂用电率偏高人工排红渣东方第一代350MW超临界CFB锅炉运行情况1五大难题名称现象目前情况锅炉效率CFB采用低温燃烧技术徐矿华美350MW（烟煤）效率预估9269292%锅炉效率燃尽效果较煤粉炉差徐矿华美350MW（烟煤）效率预估92.6~92.92%。可靠性水冷壁磨损爆管电网调停影响长周期运行数据整体良好可靠性锅炉的连续运行时间短电网调停影响长周期运行数据，整体良好。辅机煤仓、破碎系统、风机经过多年经验累积，目前辅机选型基本可以高效、辅机煤仓、破碎系统、风机可靠运行渣处理冷渣器的可靠性问题滚筒冷渣器，性能稳定，现场环境整洁厂用电率CFB锅炉一、二次风机压头高，辅机电耗大河曲电厂厂用电率4.88%东方第一代350MW超临界CFB锅炉顺利批量投运2两大挑战挑战一大容量、高参数超临界CFB锅炉发展的关1水冷壁超温爆管挑战大容量高参数超临界锅炉发展的关键：水动力安全问题、热力系统设计。1：水冷壁超温、爆管超临界CFB锅炉如何避免超临界煤粉锅炉出现的水冷壁拉裂、超温爆管现象。2：热力系统设计问题热力系统设计问题各系统吸热匹配问题，炉膛高度问题，超高炉膛炉内传热问题内传热问题。某超临界煤粉……某超临界煤粉锅炉水冷壁拉裂情况东方第一代350MW超临界CFB锅炉顺利批量投运挑战二低污染物排放及灰渣综合利用尚待进步完善2两大挑战最新环保标准燃煤机组排放NOx＜50mg/Nm3、SO2＜35mg/Nm3，局部地挑战二低污染物排放及灰渣综合利用：尚待进一步完善2区将来也可能面临更加严苛的环保标准要求。新问题:循环流化床锅炉如何进一步降低NOxSO等污染物排放达到超低新问题:循环流化床锅炉如何进步降低NOx、SO2等污染物排放，达到超低排放。灰渣综合利用：循环流化床锅炉产生的粉煤灰中铁元素大多是以Fe2O3形式存在，煤质灰份含铁量高时，灰渣呈现红褐色，影响灰渣的综合利用。还有灰渣中的含碳、CaO等成分均影响灰渣品质。东方第一代350MW超临界CFB锅炉可改进的问题超净排放第一代350MW超临界CFB锅炉配合SNCR技术第代350MW超临界CFB锅炉配合SNCR技术效果尚可，宽负荷脱硝SNCR的运行压力大，氨氮比较高。如何能够进一步降低锅炉的原始排放热力系统优化高如何能够步降低炉始放东方第二代过热器减温水量可进一步降低再热器裕度不足东方第代350MW超临界CFB锅炉技术可靠性CFB锅炉技术不锈钢管屏焊接应力大壁温偏差带来的管间应力大屏式受热面变形、爆管主要内容主要内容•东方CFB锅炉发展历程简介1•东方第一代350MW超临界CFB锅炉运行情况简介2•东方第二代350MW超临界CFB锅炉技术3•循环流化床宽负荷超低排放一体化技术4东方第二代350MW超临界CFB锅炉技术更新尾部竖井后烟道布置：低过、中过1更改为二级省煤器、低过扩冷屏式受热面优化设计大通径回料器扩展水冷屏高效二次风耐火耐磨材料型式的给煤装置耐火耐磨材料型式的给煤装置更可靠更高效更环保更可靠更高效更环保热力系统优化分离器入口烟道分离器后竖井包墙低温过热器级减温井包墙低温过热器一级减温器中间过热器（屏过）二级减温器高温过热器（屏过）过热器调温低再减温器高再再热器调温：烟道挡板控制（调温手段）过热器调温：水煤比二级喷水减温器烟道挡板控制（调温手段）喷水（事故手段）低负荷保证汽温，再热器汽温调节灵活，无喷水热力系统优化低再低过包墙高温省煤器前后烟道烟气阻力、烟气温度更匹配过热器减温水量更容易调节预留SCR布置烟气挡板过热器减温水量更容易调节再热器汽温更容易控制省煤器预留SCR布置满足30~100%BMCR工况下SCR入口烟气温度（300~390℃）的脱硝要求。屏式受热面优化设计更真实的热负荷分布曲线更细小的回路、区段划分方法更准确的汽温、壁温计算结果更准确的汽温、壁温计算结果更优化的结构设计节流避免变形区别敷设耐磨耐磨材料缩小屏宽壁温均匀大通径回料器某工程在运行过程中出现回料器震动某工程在运行过程中出现回料器震动回料器震动的解决:减少次流化风量避免次风量减少一次流化风量，避免一次风量大起大落、降低炉膛床层压力，合理控制上部炉膛压降，维持回料器的合理流制部炉膛降维持料化风量等保证了回料器回料的稳定，震动问题得到了解决。新的回料器设计，增大流通直径，减少了返料的流动阻力，让回料更加顺畅，提高返量料能力，避免运行不当引起的震动问题。炉前多点给煤炉前多点给煤新给煤系统设计成熟的给煤系统成熟的给煤系统炉前多点给煤炉前多点给煤成熟的给煤系统成熟的给煤系统播煤风接口播煤风接口播煤风接口前墙单级给煤系统简单可靠性高前墙单级给煤，系统简单、可靠性高炉前多点给煤与氧气场最佳混合，有效降低飞灰含碳量主要内容主要内容•东方CFB锅炉发展历程简介1•东方第一代350MW超临界CFB锅炉运行情况简介2•东方第二代350MW超临界CFB锅炉技术3•循环流化床宽负荷超低排放一体化技术4东方350MW超临界CFB锅炉宽负荷超低排放解决思路国家发改委环保部及国家能源局国家发改委、环保部及国家能源局三部委联合下发《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》要求新建燃煤机组接近或基本达到燃气轮机排放限值，对应的NOX、SO2和粉尘浓度分别为50mg/Nm3、35mg/Nm3和5mg/Nm3。达到超净排放最经济、最可靠、最高效的方案：炉内别为50mg/Nm、35mg/Nm和5mg/Nm。从炉内就解决好CFB锅炉的原始排放2016年3月，国家能源局委托东方锅炉完2016年3月，国家能源局委托东方锅炉完成了“循环流化床锅炉电站节能减排技术措施及未来发展方向研究”课题，课题成果将为国家能源局制定循环流化床节能减果将为国家能源局制定循环流化床节能减排政策提供依据，并指明我国循环流化床锅炉未来的发展方向。依托该课题国家能源局设立了国家级循环流化床锅炉超低排放示范项目，希望有条件的电厂积极争取NO生成原理炉内低NOx排放燃烧控制与SNCR技术协同研究NOx生成原理x,total216NO21arN46=1000014V•原NOx的预测排放计算方法：,21DFG14V2x,totalNONO100RC=NO燃料中的N完全反应形成的NOx,total：燃料中的N完全反应形成的NO2(mg/Nm3,6%O2,干烟气)Nar：收到基氮元素含量VDFG：理论燃烧生成的干烟气量（Nm3/kg）NO预测的NO排放(/N36%O干烟气)NO2：预测的NO2排放(mg/Nm3,6%O2,干烟气)CR：N的转换率（%）热力型燃料型由参与燃烧的空气中所含的N生成由燃料本身的氮元素生成CFB锅炉原始排放主要来源次要来源热力型快速型由参与燃烧的空气中所含的N2生成由空气中的氮与燃料中的碳氢化合物发生反应生成的NOx次要来源NO的影响因素炉内低NOx排放燃烧控制与SNCR技术协同研究1温度水平NOx的影响因素NOx的排放与温度水平密切相关，根据我公司经验：锅炉BMCR工况下运行床温每高于标准设计床温10℃，NOx的排放量增加NOx的排放量增加15%。NOx的排放O2浓度23催化剂NO的影响因素炉内低NOx排放燃烧控制与SNCR技术协同研究1温度水平NOx的影响因素O2浓度2NOx的排放与O2浓度密切相关，主要影响因素有：1）过量空气系数NOx的排放2）下炉膛氧量水平：下二次份额、一次风份额3）低氧量持续时间：上下二次风间距3催化剂NO的影响因素炉内低NOx排放燃烧控制与SNCR技术协同研究1温度水平NOx的影响因素O2浓度23催化剂NOx的排放3催化剂炉内脱硫喷钙对NOx的生成影响O2浓度密切相关，主要影响因素有：影响因素有：1）Ca/s比2）石灰石给入的均匀性这主要是因为CaO会促进NH3的生成，而且促进NH3氧化生3成NO。炉内低O排放燃烧控制温度水平炉内低NOx排放燃烧控制与SNCR技术协同研究水冷隔墙及扩展水冷壁设计实现炉内三维空间温度场分布均匀，降低1炉内低NOx排放燃烧控制——温度水平水冷隔墙及扩展水冷壁设计实现炉内维空间温度场分布均匀，降低燃烧温度和防止局部高温区的产生。炉膛高度宽度深度并炉膛高度、宽度、深度，并降低热力型NOx生成炉内低NOx排放燃烧控制与SNCR技术协同研究除采用较低的过量空气系数和炉膛风炉内低NOx排放燃烧控制-O2浓度2除采用较低的过量空气系数和下炉膛风比外，通过数值模拟，采用具有专利技术的高效二次风系统，上二次风口以下还原区域高度较常规炉膛设计大幅度提高，提高了低氧量持续时间。高效二次风技术（定义）高效二次风系统是一种先进的炉内分级、降低NOx、去除SO2、优化炉内燃烧的技术，通低除2优化炉内燃烧的技术过改变锅炉炉膛燃烧场的方法，在锅炉效率不受影响，甚至稍有提高的情况下，减少石灰石消耗