中国大型循环流化床锅炉发展分析与展望黄中

中国大型循环流化床锅炉发展分析与展望中国华能集团清洁能源技术研究院黄中2015年8月27日北京一、中国循环流化床锅炉的分布及特点二、在役循环流化床锅炉技术指标三、循环流化床发电的行业动向与发展分析四、结论与建议采用循环流化床燃烧方式的锅炉“流态化”固体颗粒在流体的作用下呈现出与流体相似的流动性能的现象循环流化床锅炉的定义“流态化”气体表观流速增大时出现的不同流态化工况循环流化床锅炉的定义典型的循环流化床锅炉循环流化床锅炉的定义Ø1979年，芬兰Ahlsltrom公司，世界首台20t/hCFB锅炉Ø1982年，德国Lurgi公司，世界首台用于产汽和供热的CFB锅炉Ø1995年，法国Stein公司，250MWCFB锅炉投运Ø2002年，美国Florida州JEA北方电站2×300MWCFB锅炉Ø2009年，波兰Lagisza电站460MW超临界CFB锅炉Ø2013年，中国四川白马600MW超临界CFB锅炉Ø……循环流化床锅炉的发展历程燃烧特点Ø低温动力控制燃烧Ø高速度、高浓度、高通量的固体物料流态化循环过程Ø高强度的热量、质量和动量传递过程优点Ø燃料适应性广Ø燃烧效率高Ø高效脱硫ØNOx排放量低Ø调峰性能好Ø燃料制备、给煤系统简单循环流化床锅炉的技术特点缺点Ø烟风阻力大，厂用电率高ØN2O排放较高Ø需大量敷设耐磨耐火浇筑料问题Ø由于设计和施工工艺不当导致的磨损问题Ø系统能耗高的问题Ø灰渣综合利用的问题Ø大容量高参数持续发展问题Ø环保性能发挥和效益最大化问题循环流化床锅炉的技术特点循环流化床锅炉的结构炉膛及煤仓尾部烟道、烟风系统、灰渣输送系统分离器及汽水管道钢架结构及厂房循环流化床锅炉的结构循环流化床锅炉的结构锅炉是火电厂最重要的工艺设备！锅炉是火电厂最重要的工艺设备！锅炉是火电厂最重要的工艺设备！一、中国循环流化床锅炉的分布及特点二、在役循环流化床锅炉技术指标三、循环流化床发电的行业动向与发展分析四、结论与建议中国电力及循环流化床发电的发展2014年中国电力装机容量为1360190MW，相比1949年的1850MW，65年间增长了735倍。火电装机915690MW，其中煤装机825240MW、气电装机55670MW中国循环流化床锅炉发电从1996年的100MW起步，2013年进入超临界时代中国在役大型循环流化床锅炉区域统计截止2014年12月底，全国除西藏、湖南、海南外均有大型循环流化床锅炉分布92个地级以上城市拥有100MW以上等级循环流化床机组所属地区装机容量（MW）锅炉数量（台）华北22225117华东1343078西北631033西南606530东北480026华南491026华中393528中国在役大型循环流化床锅炉区域统计中国在役大型循环流化床锅炉区域统计100MW等级以上循环流化床锅炉总装机容量达到了61675MW，装机台数338台（同期国内在役100MW~300MW等级机组约为1500台，6MW~100MW等级机组约为5000台）内蒙、山西、山东、广东占据国内循环流化床锅炉装机容量和装机台数的前四位1987年，北京锅炉厂引进德国巴威中温旋风筒循环床技术1992年，哈尔滨锅炉厂为原芬兰奥斯龙作分包制造了首台220t/h循环床锅炉1996年，内江电厂购买了原芬兰奥斯龙公司设计的400t/h循环床锅炉1996年，东方锅炉厂购买了美国FW公司220-400t/h汽冷旋风筒循环床设计技术2001年，哈尔滨锅炉厂从德国EVT公司购买了100-150MW再热循环床设计技术2002年，上海锅炉厂从原美国ABB-CE公司100-150MW再热循环床设计技术2003年，国家发改委组织三大锅炉厂和四大设计院引进了法国阿尔斯通300MW循环床设计技术循环流化床锅炉技术引进情况中国在役大型循环流化床锅炉制造厂家中国已经完全掌握了循环流化床锅炉的核心技术，主要锅炉制造企业形成了生产加工能力循环流化床锅炉研究情况起步阶段1986年5月，赵长遂在《动力系统工程》上撰文《第二代沸腾炉——循环流化床锅炉》1987年3月，徐智勇、蒋敏华在《电力技术》上撰文《循环流化床锅炉进入电站应用阶段》当前阶段中国已经从技术的旁观者成长为重要的参与者和引领者中国在役大型循环流化床锅炉用户分析循环流化床锅炉在各行业内广泛使用大型电力集团及煤炭企业均有一定的装机份额装机分散度较高电力行业煤炭行业地方电力公司10435MW地方煤炭企业8825MW中国华电集团公司6850MW神华集团有限责任公司8340MW中国华能集团公司2680MW山西国际电力集团有限公司2800MW中国大唐集团公司2050MW北京能源集团有限责任公司2430MW中国国电集团公司1830MW淮南矿业集团1200MW中国电力投资集团公司1750MW中国在役大型循环流化床锅炉等级特点大型循环流化床锅炉的主力是135MW等级机组和300MW等级机组上述二者占到总装机容量的84%，占到装机总台数的78.7%一、中国循环流化床锅炉的分布及特点二、在役循环流化床锅炉技术指标三、循环流化床发电的行业动向与发展分析四、结论与建议在役循环流化床锅炉技术指标分析非计划停运次数可用小时数ü煤粉锅炉2013年统计结果：10~20万千瓦等级，0.58次/年20~40万千瓦等级，0.47次/年ü部分机组已经实现了超长周期运行实现300MW等级，宝丽华#5机组连续运行434天200MW等级，神华亿利#1机组连续运行341天135MW等级，潘三电厂#1机组连续运行311天在役循环流化床锅炉技术指标分析厂用电率2013年度标杆电厂机组类型电厂名称厂用电率135MW等级湿冷纯凝淮南矿业集团电力有限责任公司潘三电厂#1机组6.85%135MW等级湿冷供热内蒙古华电乌达热电有限公司#2机组7.09%135MW等级空冷纯凝中国水电建设集团华亭发电有限责任公司#1机组7.11%300MW等级湿冷纯凝神华（福建雁石）发电有限责任公司#5机组4.14%300MW等级湿冷供热福建华电永安发电有限公司#8机组5.68%300MW等级空冷纯凝内蒙古京泰发电有限责任公司#2机组6.89%300MW等级空冷供热山西平朔煤矸石发电有限责任公司#3机组7.89%ü2013年全国平均水平5.05%在役循环流化床锅炉技术指标分析供电煤耗2013年度标杆电厂机组类型电厂名称供电煤耗135MW等级湿冷纯凝淮南矿业集团电力有限责任公司潘三电厂#1机组354g/kWh135MW等级空冷纯凝保德神东发电有限责任公司#2机组363g/kWh300MW等级湿冷纯凝淮南矿业集团电力公司顾桥电厂#2机组326g/kWh300MW等级湿冷供热大唐鸡西第二热电有限公司#1机组311g/kWh300MW等级空冷纯凝宁夏国华宁东发电有限公司#2机组342g/kWh300MW等级空冷供热山西平朔煤矸石发电有限责任公司#3机组336g/kWhü煤粉锅炉2013年统计结果：10~20万千瓦等级，340g/kWh20~40万千瓦等级，334g/kWh在役循环流化床锅炉技术指标分析SO2污染物排放控制燃机35mg/m3在役循环流化床锅炉技术指标分析NOx污染物排放控制65010001500110013006501100650450802001001002005012002004006008001000120014001600固态排渣煤粉炉（新建）液态排渣煤粉炉（新建）1时段燃煤锅炉（无烟煤）1时段燃煤锅炉（其他）2时段燃煤锅炉（无烟煤）2时段燃煤锅炉（其他）3时段燃煤锅炉（无烟煤）3时段燃煤锅炉（贫煤）3时段燃煤锅炉（其他）3时段燃气轮机组（燃气）燃煤锅炉（2003年底前）燃煤锅炉（2003年底后及新建）燃气锅炉（天然气）燃气锅炉（其他气体）燃气轮机组（天燃气）燃气轮机组（其他气体）排放限值(mg/m3)GB13223-1996GB13223-2011GB13223-2003燃机50mg/m3超临界机组运行情况白马电厂Ø最大连续蒸发量1900t/hØ主蒸汽压力25.4MPaØ主再蒸汽温度571℃\569℃Ø锅炉热效率≮91.01％年份机组发电量发电煤耗供电煤耗运行小时2013年30万10.99320343491860万18.2630733345592014年30万9.42319345442760万28.243063296555超临界机组比较使用电厂制造厂家容量参数等级供电煤耗锅炉效率Lagisza波兰FW1×460MW超临界329g/kWh91%设计92%四川白马东锅1×600MW超临界43.3%供电效率设计91%Samcheok韩国FW2×550MW超超临界42.2%供电效率设计93%设计方案Alstom1×660MW超超临界供电效率42%以上设计92%超临界机组在建项目华电朔州热电山西国金徐州华美热电二期神华神东电力河曲中煤平朔阳煤远盛华电南雄山西河坡中煤大屯同煤朔南国际能源山阴同煤阳高国电上海庙……预计2015年可投产10台左右8月20日，华电朔州#1机组已经完成了一次送电，具备进入168试运条件超临界机组运行情况白马600MW超临界流化床Ø环保：执行现有标准Ø性能：供电煤耗329g/kWh（2015年有望降至307g/kWh）上海外高桥第三发电厂1000MW超超临界Ø环保：粉尘11.8mg/m3，SO214.3mg/m3，NOx17.9mg/m3Ø性能：供电煤耗276.8g/kWh，综合厂用电率2.5%正在研究：700度先进燃煤发电技术Ø验证平台建设、材料开发、炉型设计Ø性能：供电效率48.5%（一次再热）、52%（二次再热）国家有关政策《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）、《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014—2020年）》Ø新建燃煤发电机组平均供电煤耗应低于300克标准煤/千瓦时Ø东部地区新建燃煤发电机组大气污染物排放浓度应基本达到燃气轮机组排放限值，中部地区新建机组原则上应接近或达到燃气轮机组排放限值Ø2020年，现役燃煤发电机组改造后平均供电煤耗应低于310克/千瓦时Ø东部地区现役30万千瓦及以上公用燃煤发电机组、10万千瓦及以上自备燃煤发电机组以及其他有条件的燃煤发电机组，改造后大气污染物排放浓度应基本达到燃气轮机组排放限值Ø……山西等地要求提前至2017年……国家有关政策《产业结构调整指导目录》、《行政审批事项公开目录》Ø简政放权，项目核准主体变更Ø鼓励类Ø煤矸石、煤泥、洗中煤等低热值燃料综合利用Ø30万千瓦及以上循环流化床、增压流化床、整体煤气化联合循环发电等洁净煤发电Ø单机30万千瓦及以上采用流化床锅炉并利用煤矸石、中煤、煤泥等发电Ø限制类Ø小电网外，单机容量30万千瓦及以下的常规燃煤火电机组Ø小电网外，发电煤耗高于300克标准煤/千瓦时的湿冷发电机组，发电煤耗高于305克标准煤/千瓦时的空冷发电机组国家有关政策《煤矸石综合利用管理办法（2014年修订版）》Ø利用矸石为1200kCal/kg，入炉燃料3000kCal/kg《商品煤质量管理暂行办法》Ø灰分Ad：褐煤≤30%，其他煤种≤40%Ø硫分St，d：褐煤≤1.5%，其他煤种≤3%Ø运输半径超过600公里后的限制：褐煤：发热量Qnet，ar≥16.5MJ/kg，灰分≤20%，硫分≤1%其他煤种：发热量Qnet，ar≥18MJ/kg，灰分≤30%，硫分≤2%国家有关政策国家重点研发计划重点专项实施方案《煤炭清洁高效利用和新型节能技术（征求意见稿）》Ø先进燃烧发电技术示范与运行优化（计划实施时间2016年-2020年）Ø……研究超超临界循环流化床锅炉关键技术和炉型方案，研究超超临界循环流化床锅炉调试及优化运行技术；研究循环流化床燃烧过程中NOx超低排放关键技术与系统集成研究……Ø……突破660兆瓦超超临界循环流化床锅炉关键技术和系统集成技术，完成技术示范运行……技术达到国际先进水平Ø……研制出660兆瓦超超临界循环流化床锅炉机组并实现工程示范，锅炉效率92%，供电煤耗300g/千瓦时；形成NOx原始排放直接达标的循环流化床锅炉技术与装备……电力发展新常态发电设备利用小时持续下降电力消费需求