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我国超临界循环流化床锅炉发电有望规模发展

  2015年11月13日,世界首个35万千瓦的超临界循环流化床发电项目在神华国神神东电力山西河曲发电有限公司(以下简称 “神东电力河曲发电公司”)顺利实现双投,标志着我国35万千瓦超临界循环流化床技术已达到成熟水平,这是神华集团布局山西能源,实施煤电一体化战略的重大能源项目。

  该项目规划两期建设,一期两台35万千瓦的超临界循环流化床间接空冷发电机组,采用我国先进的“超临界循环流化床、一次中间再热技术”,为我国清洁煤发电的“技术创新、资源综合利用、节能环保”三大领域做出重大示范,开启了我国循环流化床大型化发展的里程碑。

  2015年12月29日,寒风凛冽,刚刚从山西省环保厅走出的神东电力河曲发电公司总经理贺峰一脸笑意,自豪地说:“山西省环保厅对公司目前的环保指标相当满意,循环流化床机组完全可以实现超低排放!”2012年12月,神东电力河曲发电公司2台35万千瓦低热值煤发电机组正式取得国家发展改革委核准,成为神华国神集团成立开工建设的国内首个35万千瓦超临界低热值煤发电项目。

  神华国神集团是神华集团全资子公司,国神集团立足国内前沿水平,依靠科技和管理创新,形成了独具公司特色的生产技术管控体系,创造了多项全国企业新纪录,承担过多项国家级循环流化床锅炉发电技术标准编写,拥有国内先进的20万千瓦、30万千瓦等级循环流化床锅炉发电技术和世界领先的60万千瓦等级循环流化床锅炉发电示范技术,是目前国内最大的资源综合利用、循环流化床锅炉发电示范企业。

  神东电力河曲发电公司一期2台35万千瓦超临界循环流化床锅炉间接空冷机组,在国内已经实现超临界技术与循环流化床锅炉相结合的基础上,又对这一技术进行了大胆尝试与创新,采用清华大学循环流化床发电“低床温、低床压”燃烧新技术,以及半干法脱硫工艺、低质量流垂直管水动力技术,对机组的质量流速要求更低,水动力的安全性能更高,而且炉内设置了5片大小不同的水冷隔墙,取消了外置式换热器。该项目的建设完成,又一次树立了循环流化床大型化的里程碑,具有十分重大的示范意义。

  传统的火力发电机组与循环流化床机组并无本质性差异,所以锅炉方案的研发至关重要。该公司自2013年5月初步设计审查阶段就已经确立以“资源综合利用、发展循环经济”为标志、以打造国内35万千瓦超临界循环流化床锅炉为标杆。该公司循环流化床锅炉采用的低质量流垂直管水动力技术及超高炉膛传热技术在行业内具有引领作用。该公司从项目初期就结合国内外30万千瓦超临界机组先进经验及设计思想,采用先进的设计手段与方法,按照建设示范电厂的思路,进行模块化设计与优化,为成为国内乃至世界范围投产的首个35万千瓦超临界循环流化床电站奠定了坚实基础。

  科学管理,敢为天下先。神东电力河曲发电公司一期两台35万千瓦超临界循环流化床间接空冷发电机组为世界首批,没有投产经验可供借鉴,工程开工伊始就坚持高起点、高质量、高效率、高效益、严要求的建设理念,在锅炉方案初期针对“循环流化床锅炉床温高、一次风机耗电高、受热面 磨损大”等难点进行了充分论证,制定各项措施,在国内率先运用了35万千瓦超临界等级循环流化床锅炉“低床压、低床温”技术,并制定锅炉启、停、压火工况的最小给水流量曲线,节能、节电,大大降低了受热面的磨损程度,既保证了水动力及水冷壁的安全性,又保证了床温的稳定,实现了机组的安全、可靠、高效运行。

  合理选型,指标更优。在选择辅机备用系数和电动机容量时,该公司优化风机选型,避免了“大马拉小车”的浪费现象,首次在《大中型火电厂设计规范》的基础上降低了一次风机风压系数5%,每台一次风机较原设计电机功率减少500千瓦,降低厂用电率0.3%左右,从机组试运情况及RB试验来看,完全满足了运行工况需求。

  山西电网是华北、西北、华东、华中四大区域的枢纽电网。“十二五”期间,山西电力市场发展迅速,电网安全稳定水平及抗灾能力亟待提高。该公司地处山西电网最北端,通过古渡变电站接入该网。由于考虑电网负荷实际情况,该电厂在运行方式上选择相对灵活的2×50%容量的汽动给水泵方案,前置泵与主泵同轴布置,取消电动前置泵,减少耗电约400千瓦,降低厂用电率约0.11%;主蒸汽、再热管道选用Y型三通、优先采用大弯管技术,降低煤耗0.43克/千瓦时;安装外置蒸汽冷却器,降低煤耗0.65克/千瓦时,为山西构建坚强智能电网积累了宝贵经验。

  该公司两台35万千瓦超临界循环流化床机组分别于2015年9月28日、11月13日完成168小时满负荷试运。试运期间,两台机组运行平稳,各项指标优良,机组负荷率达99.8%以上,其中综合厂用电率、轴振等主要指标优于设计值,填补了我国30万千瓦超临界循环流化床机组的空白,实现了低品位燃料的高效利用。本项目可逐步使当地的煤炭产业走上良性循环的经济发展道路,在煤炭产业发展的同时产生良好的经济效益、环境效益和社会效益。

  说到燃煤电厂的超低排放,直流异步电机大家并不 陌生,但说到循环流化床达到超低排放,行业内或许并不多见。2014年9月12日,自三部委联合印发 《煤电节能减排升级与改造行动计划》以来,整个能源领域追赶“超低”的浪潮一浪高过一浪。

  先是以浙能集团、神华国华电力为代表的自发超低技术路线,再是由国家发起号召,五家发电央企随后实施的全国超低排放革命。2015年12月11日,三部委发布关于印发 《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》的通知,其中并未包含循环流化床机组,但敢为人先的神东电力河曲发电公司硬是走在了时代前列。

  该公司地处晋陕蒙交界处,正是我国煤炭富集地区,得天独厚的地理优势,为企业发展循环流化床插上腾飞的“翅膀”。该公司严格按照国家及山西省火电产业结构调整政策,关停现有小机组,为消化当地煤矸石及煤泥建立综合利用电厂,将当地的煤矸石变废为宝,减轻当地环保压力,形成具有节能、节水、环保等特点的煤电一体循环经济产业格局。

  资料显示,我国电力工业总体水平与国外先进水平相比有较大差距,能耗高与环境污染严重是目前火电中存在的两大突出问题,并成为制约我国电力工业乃至整个国民经济发展的重要因素。直流异步电机因此,提高机组的热效率实现节能降耗及降低污染排放,已经成为我国电力工业发展的一项紧迫任务。因此,采用先进的超临界火电技术对我国现有火电结构进行调整,势在必行!该公司一期两台35万千瓦循环流化床锅炉为超临界循环流化床间接空冷机组,这种机组的发电效率约为41%,比亚临界机组的发电效率高出三个百分点,实现了低品位燃料的高效利用,相对于亚临界机组可提高电厂效率,发电煤耗下降约11.19克/千瓦时,显著减少了二氧化硫和氮氧化物排放量,有效降低了原本日益加大的环保压力。

  该技术采用“低床压”与“低床温”相结合的技术。其中,“低床压”与风机变频调节相结合,可降低厂用电率约1%,因一次风压大幅降低,可有效降低锅炉磨损,提高循环流化床锅炉机组设备可靠性,炉膛内流 化风速降低,煤在炉膛内的滞留时间增加,可有效改善锅炉燃烧环境,提高燃烧效率。

  “低床温”技术充分发挥了循环流化床锅炉的优势与特长,运行床温按不超过890摄氏度设计,炉内脱硫效率大幅度提高,可有效减小炉外脱硫压力。

  项目一期工程同步建设烟气脱硫、脱硝、高效布袋除尘和烟气连续在线监测等先进环保设施,采用循环流化床炉内脱硫加炉外半干法两级脱硫,综合脱硫效率达97.8%以上,除尘效率达到99.997%,二氧化硫和氮氧化物排放量均达到国家燃汽轮机超低排放标准。

  脱除二氧化硫采用三套系统,一是设计两套石灰石系统炉内脱硫,一套运行一套备用;二是皮带添加石灰石系统作为炉内脱硫的备用;三是炉外采用半干法脱硫。对于脱除氮氧化物,脱硝系统采用SNCR技术,采用4套系统、12只喷枪,运行过程中可以单套投入运行。对于脱除粉尘,除尘系统采用电袋除尘器,在电除尘退出的情况下,布袋除尘可以满足满负荷运行。

  在脱硫系统方面,炉内脱硫效率在90%以上,设计二氧化硫最大排放量小于400毫克/标立方米(干烟气,6%氧气)。炉外的脱硫系统处理能力按锅炉出口二氧化硫浓度1751毫克/标立方米 (干态,6%氧气,炉内脱硫效率70%)设计,保证脱硫效率不小于93.2%,保证脱硫除尘装置出口二氧化硫浓度小于98毫克/标立方米。168小时试运行期间二氧化硫排放浓度约为25毫克/标立方米,达到了山西省超低排放小于35毫克/标立方米的标准。脱硝系统采用SNCR脱硝技术,设计脱硝效率为75%,氮氧化物排放浓度为50毫克/标立方米,氨逃逸为10/1000000,尿素消耗量小于490千克/小时。168小时试运行期间氮氧化物排放浓度约为40毫克/标立方米,达到了山西省超低排放小于50毫克/标立方米的标准。

  随着该公司一期项目的良好开局,二期2台66万千瓦低热值煤发电项目的前期工作得到了山西省政府的大力支持,形成“煤电一体化”的产业链条,达到 山西省超低排放要求,尤其是二氧化硫排放值为20毫克/标立方米左右,氮氧化物排放值为40毫克/标立方米,均优于设计值,有明显的节能、降耗、减排效益,加快了当地经济发展速度,有效缓解了晋煤外运的运输压力,符合山西省委、省政府大力贯彻“输电与输煤并举”的能源发展战略,一改循环流化床作为我国煤粉锅炉机组的配角地位。

  该项目的一组组数据,显示出机组的环保指标可与天热气机组相媲美。这正是神华人所秉持的企业精神:艰苦奋斗、开拓务实、追求卓越,不断向更高标准看齐,向更高目标迈进,为社会发展提供绿色、经济能源。

  随着我国煤炭的大量开采及环境的不断恶化,我国每年产生大量煤矸石和洗中煤。大量煤矸石的堆积,不仅使当地环境状况不断恶化,而且对当地经济社会的可持续发展构成了严重影响。另外,煤矸石堆存已经成为大气中二氧化硫污染的重要因素,矸石中的有害物质挥发、随雨水下渗和流失,会造成生态环境恶化。

  循环流化床锅炉与超临界技术结合即可以发挥循环流化床锅炉煤质适应性广及污染物排放低的优点,又可以大幅度提高机组效率,实现低热值燃料的高效利用,具有较好的示范意义,此类机组可以大面积复制建设。神东电力河曲发电公司作为循环流化床超临界机组的示范及引领企业,其在技术创新及指标优化方面发挥着重要作用,为我国后续大面积推广此技术积累了宝贵经验:———将30万千瓦亚临界循环流化床机组优化变更为35万千瓦超临界循环流化床机组,相对于亚临界机组可提高电厂效率,发电煤耗下降约11.19克/千瓦时,厂用电率降低1%。

  采用间接空冷,设计最低运行背压比直冷方案低约3千帕,直流异步电机比直接空冷机组标煤消耗减少约7.47克/千瓦时。间冷循环水泵每台机组配置3台35%的卧式离心 泵,夏季满负荷循环水泵同时运行,其他工况、季节根据需要调节运行台数,运行方式较为灵活、经济。

  ——— “多水合一”的电站水处理系统,在布置上打破常规与专业界限,用全新的设计理念将分散于厂区的锅炉补给水处理系统、工业废水处理系统及水工专业原水预处理布置在同一区域内,形成一个“多水合一水处理中心”,突出了系统简化、占地节省、管道节约、运行管理方便的特点。

  ——— “超高大空间建筑控制底层负压的采暖系统及其方法”。在冬季让屋顶风机向室内送风,把上部的热量向下转移输送,控制底层负压,减少底层冷风渗透,在不增加额外采暖热量的前提下,使得整个车间获得基本均衡的采暖。减少锅炉房底层冷风侵入,完全利用锅炉房余热替代采暖热负荷,降低采暖能耗,改善锅炉房上部环境,为机组设备健康安全“过冬”提供了可靠保障。

  ———在神华集团超临界机组中率先选用国产化四大管道,节约费用4000多万元。动态掌握电厂信息,同步优化实施“临机加热”“防止再热器干烧”等项目。

  近年来,山西省政府积极推进河保偏煤电基地建设,变煤质差的劣势为优势。目前,山西省政府已与山东、湖南、湖北、浙江、江苏等省政府分别签订战略合作框架协议,协议外送电力4500万千瓦。该公司依托河曲县煤电基地资源开发优势和适宜电力外送的有利条件,瞄准山西省政府的政策倾斜和资源优势,建设国家级循环流化床发电示范基地是该公司的最大愿景。符合中央提出的建设节约型社会和保持经济可持续发展的战略要求,符合国家“西电东送”政策,符合山西省变输煤为输电的产业结构调整政策,符合山西省低热值煤发电产业发展的战略规划。

  神东电力河曲发电公司项目是中国神华遵循国家节能减排政策建设资源综合利用发电产业、发展循环经济的又一重点工程和标志性项目,必将为山西能源化工基地建设提供强有力的电源支撑,并带动地方经济和社会发展。

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