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大型循环流化床锅炉节能提效最新技术研究
时间:2018-01-04 09:27:23

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近十年来,我国循环流化床(CFB)锅炉技术发展迅 猛。随着我国首台300MW CFB进口锅炉于四川白马电站投运,我国多台自主研发的300MW级以上CFB锅炉相继投产。迄今为止,我国建有的CFB锅炉数量世界最多、规模 最大、参数最高,我国的CFB锅炉设计、制造和运行水平已处于世界顶尖水平。在此期间,我国CFB技术领域的专 家、学者做了大量细致的工作,通过对大批CFB锅炉的研 发、设计、施工,调试和生产期间的各类运行方式进行 分析总结,归纳出节能提效的主要观点:第一,采用流 态重构节能型CFB锅炉技术,优化床料质量,减少无效床 料,降低风机压头和厂用电率,并有效解决了燃烧效率 偏低的运行问题;第二,采用床下燃油点火方式,尽可能降低锅炉风速,实现机械脉动填煤,创新应用节能型 雾化油枪有效降低点火油耗;第三,在辅机设备选型方 面,考虑全国火电机组利用小时数下降的实际,大型转 动机械使用变频调速器进行调控,避免基于锅炉BMCR工 况作为设计选型风机偏离运行值较大导致风机效率低、 耗电大,此外采用性能可靠的底渣热量回收装置,提高 锅炉热效率等系列节能提效技术。通过大量试验研究、工程实践,这些措施均取得了不错的节能作用。

1、大型CFB锅炉的特点

大型CFB锅炉的结构特点具有燃料适应性广、燃烧效率高、脱硫效率高、NOX原始浓度低、燃烧强度大、燃料 预处理操作简单、低负荷稳燃特性优等。表现在CFB锅 炉采用低温(床温可控制在900℃以下)燃烧技术,降 低NOX源头生成量,并为炉内脱硫创造了最佳反应温度条 件,环保投入低、效益好;可以大量燃用煤粉锅炉不能 燃用的矸石、煤泥等低热值燃料,实现就地清洁高效转化利用;燃烧效率高,最高可达到98%以上。

2、大型CFB锅炉选型

2.1依据燃料成分明确锅炉型号

大型CFB锅炉可燃用各种劣质燃料,包含煤炭洗选副产物、生活污染废物以及各类燃料混合物等。在锅炉 选型设计时,需提前对燃料进行成分鉴定,出具数据报 告,经过专业人员仔细分析给出燃料分析报告,锅炉厂 依据此报告,作为大型CFB锅炉设计选型、制造的基础, 各企业在选择CFB锅炉时要依据企业自身需求进行选择,在招投标过程中进行技术沟通和理念互通,以专业术语客观地表达锅炉的实际制作型号。

2.2推进CFB锅炉向更高参数、更大容量方向发展

以煤为主符合我国资源禀赋事实,根据国家煤炭洗 选政策,到2020年,原煤入洗率、矸石利用率均需达到 80%以上,矿区产生可用于发电的煤泥、矸石等低热值煤将达到5亿吨,实践证明,CFB发电技术是大规模清洁高 效利用低热值煤的最佳途径。目前,我国小容量CFB机组 占比大、总体能耗较高,据统计,截至2016年3月,超临 界CFB机组仅占6%;150MW超高压CFB空冷机组平均供电煤 耗值367g/kWh、平均厂用电率7.85%,300MW亚临界CFB空 冷机组平均供电煤耗值346g/kWh、平均厂用电率8.07%, 某350MW超临界CFB空冷机组供电煤耗值342g/kWh、厂用电率6.5%,可见随着CFB锅炉参数的提升,机组的能耗呈 现下降趋势;此外经测算:一台660MW超超临界CFB机组 较超临界CFB机组降低供电煤耗10g/kWh以上,可减少碳 排放约7万吨/a(按机组年利用小时数4000h计),消耗 矸石、煤泥等低热值煤近150万吨/a。因此,推进CFB锅炉向更大型化方向发展,可进一步降低能耗,对于我国 建设能源节约型社会具有深远意义。

3、低床压运行技术

目前国内部分国产自主型的CFB机组,在保持CFB煤 种适应性广和污染排放控制成本低的优势条件下,通过流态重构提高床料质量和降低床料量,降低运行床 压,减少了锅炉风机能耗。经调研国内某350MW超临界 空冷CFB锅炉已实现低床压运行,机组满负荷测试床压 为4.85~5.3kPa,供电煤耗336g/kWh、厂用电率6.25%, 节能效果明显。实现低床压运行的关键条件是,依据绘 制的CFB锅炉流态图谱,配置性能可靠的燃料破碎筛分系统,保证燃料粒径满足要求;优化提高旋风分离器效 率,维持炉内有足够的细颗粒床料和炉膛的上床压,保 证炉内有足够参与循环换热的细循环物料量,这样可以 将炉内不参与循环换热的大颗粒渣排除炉外,有效降低水冷风室背压。

4、风机变频调速节能技术

通过工程实践,大型CFB锅炉一、二次风机因风压 高,只能采用离心风机,因其使用效率高、能耗高。通过对比分析,带变频器的离心风机经济性更优,尤其是锅炉在低床压运行工况,一次风机轴功率更低,厂用电 率进一步降低。国内某大型设计院针对660MW超超CFB锅 炉一次风机调速方式进行对比分析,结果为:在BMCR工 况,低床压运行时,采用变频装置的较采用定速的离心风机轴功率低1171kW,按机组年利用小时数4000h计,一 台CFB锅炉可节省电耗937万kWh,节能收益明显;二次风机的节能效果同样显著。

5、辅助系统的类型选择

5.1锅炉底渣设备

大型CFB锅炉排渣量较大,热损耗较高,必须通过冷渣器降低热损耗。冷渣器的选择要综合考虑实际入炉 燃料特性,燃料破碎筛分设备配置,减轻工作人员劳动 强度,保持物料的最佳使用等。在总结现役大型滚筒冷 渣器和流化床式风水联合冷渣器使用效果的基础上,尽量发挥各自优点,比如:滚筒冷渣器操作方便、可靠 性高,对底渣粒度要求不严、运行电耗较低,流化床 式风水冷渣器单台出力大、可提高锅炉效率、可选择性 排渣,因此冷渣器的选择应综合锅炉提效、节能降耗各因素。第一,研发优化采用新型风(水)冷渣器回收锅 炉底渣热量节能技术,提升锅炉效率;第二,将两种形 式的冷渣器进行有机结合、灵活运行,协调提高锅炉效 率、降低能耗。结合某600MW级CFB项目,测算采用冷渣 器设备后,可提高锅炉效率0.5%以上。

5.2炉内脱硫系统

大型CFB锅炉炉内脱硫剂多使用经济实惠的石灰石,影响脱硫效率的因素有石灰石品质、粒径、流化速度、 床温、Ca/S摩尔比等。通过在300MWCFB锅炉上进行实验 研究,石灰石粒径≤1.5mm时,即使Ca/S在2.5以上,脱 硫效率仅70%,通过严格控制石灰石粒径≤0.5mm,脱硫 效率最高可达95%,脱硫效果优异,但运行中发现,由于 石灰石颗粒较细,上部床压没有出现增长的趋势,分离器的分离效率似乎不太理想;实验表明,在进行大型CFB 炉内脱硫效率选择时,应立足项目实际条件,通过深入 技术论证和运行调整,不断摸索CFB炉内、炉外脱硫最佳 占比,综合低能耗、低成本因素,选择最佳的炉内脱硫 效率,辅助炉外脱硫,实现CFB锅炉超低排放。

5.3填料系统

基于设计理念和操作习惯,提升燃料管理力度是最 佳选择。在保证采取燃料成分均匀的前提下,应强化筛选燃料的品质,确保粒度合格,保证炉前的燃料被充分 使用和稳固运行,提升锅炉使用效率。

5.4灰尘处理系统

对于CFB锅炉而言,大多燃用劣质燃料,灰尘量较同容量煤粉锅炉大。一般需要采用专业的静电除尘器进行 烟尘初步处理,但灰尘排放量过大,除尘器的利用率较 低。再则,仅采用布袋除尘,前级灰尘颗粒较大,对滤 袋的磨损较为严重,滤袋的清洗频率过高,不利于长久使用。综合考虑,可以采取布袋与静电除尘器相结合的 方式;采用高效静电除尘器与湿法高效脱硫除雾器协调 的方式;采用干法脱硫除尘一体化等多种组合方式,具 体需统筹考虑采用的脱硫工艺、维护的工作量及系统阻力等因素,在节能高效的前提下实现粉尘达标排放。

6、关键设备选型

大型CFB锅炉选型中机械设备是节能的关键。在设备选型时应充分考虑当前电力负荷较低的实际,打破常 规,避免裕量选择过大。实际工程中好的做法:综合考 虑《大火规》有关规定,锅炉三大风机TB点风压不再重 复考虑锅炉本体、空预器及除尘器等系统设备阻力的裕 量,直接选取设备厂家提供的最大设备阻力,并在招标 技术文件中科学设置技术条件,力求厂家提资精准,规避重复叠加,导致裕量选择过大。

7、加强监测控制力度

大型CFB锅炉的使用是基于其特殊的燃烧结构。从政府角度分析,在政策要求、系统改造、设施选购、运行 发展、管理促进等方面都要实现大的提升,保证电力系 统、电力检测控制系统的正常使用,提升系统自动调节 稳定能力、准确能力,尤其是锅炉的燃烧系统,必须全面进行智能调节,实现资源的高利用率,提升锅炉热效 率,显现节能效果。

8、建立健全厂级节能体系网

各发电企业应牢固树立节能管理理念,适时建立节 能制度体系、监察体系、考评体系,逐步形成公司-车 间-班组三级节能体系网。不断强化技术创新,加强节 能培训,持续增强全员节能意识,从节省一滴水、一度电、一方蒸汽做起,不断提升员工技能意识和创效能 力,向经营管理要效益。

9、结语

大型CFB锅炉作为一种高效率、低污染的节能产品,在实现资源综合利用、环境治理方面起着十分重要的作 用。CFB锅炉技术的进步使得能源综合利用率明显提高, 能耗水平逐步提升,电力相关企业的可持续发展政策不断得以落实。通过对大型CFB锅炉节能技术的探讨分析, 给出了一定成果观点,这对于不断提高大型CFB锅炉节能 技术水平、提升CFB机组整体发电效率、提升我国工业整 体发展效率、提高低热值煤绿色高效利用、实现经济和社会可持续发展具有重要的现实意义。


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