中国华能清洁能源技术研究院首席科学家孙献斌研究员——超临界CFB锅炉发展的新机遇

较经济的方式解决好上述问题
CFB锅炉采用SNCR技术的效果
• 通过喷氨/尿素来减少NOX • 通常由分离器入口处喷入 • O2+2NO2+4 NH3—6H2O+3N2 • O2+4NO+4NH3—6H2O+4N2 • 脱硝率可达60%～80%(max)
• SNCR温度窗口，850℃～1100℃ • 增加运行费用0.3分/(kwh) • 如实行脱硝补贴电价0.8分/(kwh)，CFB锅炉机组具有更 好的赢利能力（江苏浙江两省已执行） • 脱硝补贴电价火电企业为啥高兴不起来？因为政策给的 “胡萝卜”不够吃，PC炉要达到新的环保标准，催化剂 成本相对较高，补贴电价0.9分/(kwh)以上时才能不亏损
超临界CFB锅炉发展的新机遇
孙献斌
中国华能清洁能源技术研究院 二Ｏ一三年一月 宁波
主要内容
一.高效清洁低碳的电力工业新形势 二.超临界CFB锅炉优越性 三.无烟煤超临界CFB锅炉的研究 四.未来研究方向
一.高效清洁低碳的电力工业新形势
• 预计到２０１５年，我国火电装机容量将由目前的７．７亿千瓦上 升到９．３亿千瓦 • 在燃煤火电机组装机容量增加的过程中，粉尘、二氧化硫 及ＮＯｘ等污染物的排放总量也将有较大幅度的增加，因此需 要采取更为严格的环保标准 • 全球气侯变暖，需要对ＣＯ２进行减排，电力工业每生产１ｋｗｈ 的电，要产生约０．７ｋｇ的ＣＯ２，面对低碳经济的发展模式，电 力行业势必将成为ＣＯ２减排的主力军 • 我国目前优质的清洁能源比重很低，风电及太阳能受技术 与规模等因素限制，不可能立竿见影，火电仍是主力电源 • 采用更先进的蒸汽参数以提高供电效率和减少污染物的排 放量，是电站锅炉持续研究的重要课题（依靠先进技术）
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孙献斌 dlkjw@vip.188.com pri.com.cn E‐mail: sunxianbin@tpri.com.cn
市场需求还在增长，超临界ＣＦＢ锅炉发展的驱动力 超临界ＣＦＢ锅炉即将进入快速发展阶段
二. 超临界CFB锅炉优越性
• • • • • 超临界CFB锅炉可同时实现高效发电和清洁燃烧 使电站效率从约38%提高到42% 供电标煤耗从335 g/(kw·h)降为303g/(kw·h) 发电效率的提高使温室气体CO2的排放量降低约17％ 造价较PC+FDG+SCR低（Lagisa的研究结果低15%）
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３３０ ＭＷ无烟煤的超临界 ＣＦＢ锅炉
韩国Samcheok Green电厂4X550MW SCCFB锅炉 • ２０１１年７月，美国ＦＷ公司获得 了为韩国Ｓｍａｃｈｅｏｋ 绿色电力 项目设计制造４台５５０ＭＷ （１５７５／１２８３ｔ／ｈ，２５．７／５．３ＭＰａ ，６０３／６０３℃）超临界ＣＦＢ锅 炉的订货合同 • 设计燃料为烟煤和生物质的 混合燃料 • 锅炉布置如图所示，预计 ２０１５年投入运行
• ＣＦＢ锅炉的经济性与电力行业的 期望还有差距 • 从提高经济性角度，需要进一 步开发研究ＳＣＣＦＢ技术
在建或拟建３５０ＭＷ及６００ＭＷ ＳＣＣＦＢ
• • • • • • • • 山西国金电力１×３５０ＭＷ ＳＣＣＦＢ 山西河坡电厂２×３５０ＭＷ ＳＣＣＦＢ 山西河曲电厂２×３５０ＭＷ ＳＣＣＦＢ 山西华电平朔２×３５０ＭＷ ＳＣＣＦＢ 白马示范电站１×６００ＭＷ ＳＣＣＦＢ 中煤平朔２×６６０ＭＷ ＳＣＣＦＢ
94.5 94 等 效 可 用 系 数 (% ) 93.5 93 92.5 92 91.5 91 2003 2004 2005 2006 年份 2007 2008 2009 300MW 350MW
运行经济性有待提高
• 供电煤耗３３５￣３４０ ｇ／（ｋｗｈ）或 更高
－厂用电率较高（７％￣８％） －排烟温度高，Ｍａｘ＝１７０℃ －无烟煤锅炉飞灰可燃物 高（１２％）
环保标准变化图解
• 随着环保排放标准的提高， 环保对电力供应能力发展的 约束越来越大 • 火电企业有可能再次面对环 保成本压力 • 每年的煤矸石排放量相当于 煤炭 年产量的１５％左右， ２０１１年，我国煤炭产量达到 ３５亿吨，年产生煤 矸石约５ 亿吨， 煤泥２．８亿吨，大量 劣质燃料有待合理利用
• 为发展超临界ＣＦＢ锅炉提供了 新的机遇 • 因为ＳＣＣＦＢ锅炉技术能够以比
运行可靠性明显提高
• ３００ＭＷ ＣＦＢＢ连续运行时间超过 ２９７天（Ｑ电厂） • 非计划停炉炉次数大幅度减小 （２￣６）次 • ３００ＭＷ级等效可用系数大于９０％ ，和ＰＣ炉较为接近（ＰＣ炉连续 ４年全国平均可用率为９２．８％ • ＣＦＢ与ＰＣ炉客观上的差距，部 分原因和煤质差、发展时间短 有关
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90 20 40 60 80 100 120 锅炉负荷率(%BMCR)
俄罗斯330MW超临界 CFB 电厂
• 业主－俄罗斯电力机械建设公司， Ｅｎｅｒｇｏｍａｃｈｉｎｏｓｔｒｏｉｔｅｌｎｙ Ａｌｌｉａｎｃｅ （ＥＭＡ） • 容量－３３０ ＭＷｅ 超临界 ＣＦＢ • 俄罗斯南部，罗斯托夫地区 Ｎｏｖｏｃｈｅｒｋａｓｓｋａｙａ • 合同签订时间－２００７年１２月２１日 • 电厂投运时间－商业运行时间为 ２０１２年１２月 • 燃料－无烟煤和烟煤 • 供货商－ＦＷ
气动外置床的研究
• 在４ＭＷ ＣＦＢ试验台开展热态 试验 • 气动分流原理 • 紧凑式外置床的改进
• 低速床运行U=0.5m/s，理论 上磨损极小 • 国内引进技术的300MWCFB锅 炉外置床多数出现过爆管现 象—管夹处的撞击磨损 • 关键在于膨胀和振动问题,以 及灰的流动方向
四．未来研究方向
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直流锅炉技术原理
热应力
大管径大的流体管内存量 = 慢速响应能力
小管径小的流体管内存量 = 快速响应能力
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Fra Baidu bibliotek
炉膛高度增加带来的好处
• 较亚临界CFB锅炉炉膛高度增加约10m,细颗粒停 留时间增加 • 飞灰可燃物含量降低 • 脱硫效率提高
波兰瓦基莎４６０ＭＷ超临界ＣＦＢ锅炉
• 波兰瓦基莎(Lagisa)460MWSCCFB 锅炉 • 电厂热效率较PC炉高0.3%(HRS) • 各国对超超临界参数起点定义不同 • (日本/丹麦/中国=24.2或 593℃/27.5/27) • 8个分离器布置在炉膛两侧 锅炉蒸发量 过热蒸汽压力 过热蒸汽温度 再热蒸汽流量 再热蒸汽温度 再热蒸汽出口压力 机组供电效率 SO2 NOX CO 粉尘排放值 t/h MPa ℃ t/h ℃ MPa % mg/m3 mg/m3 mg/m3 mg/m3 1296 27.5 560 1105.2 560 5.46 43.3 200 200 200 30
发展超临界ＣＦＢ锅炉技术应注意知识产权问题 • 由于在不同层面上引进过国外技术，对国外技术的 依存度还比较高 • 关键部件，例如裤衩腿炉膛、汽冷分离器、ＥＨＥ、 气力播煤装置 • 应通过自主研发避开国外专利技术 • 关键技术需要进一步创新，形成自主知识产权的核 心技术（热力计算软件）
应用前景
• 近期６００ＭＷ超临界ＣＦＢ锅炉的即将投运，通过工程示范和积累 经验，３５０ＭＷ及６００ＭＷ 级超临界参数ＣＦＢ锅炉机组，将会在我 国形成规模化发展能力 • 在可预见的未来，煤炭仍将是最主要的能源， 超临界ＣＦＢ锅炉 必将在高效清洁利用煤基燃料方面发挥不可替代的作用，具 有良好的应用前景 • 对超临界ＣＦＢ锅炉的未来，电力行业不应再是焦虑，而应该是 充满信心，期待有更多的先进的ＳＣＣＦＢ技术走向工程应用
• 未来５年及以后可供思考的研 究方向 • ６００ＭＷ超超临界ＣＦＢ的研究 • 褐煤１０００ＭＷ 超超临界ＣＦＢ的 • 1998年启动，欧洲称之为“先进超 研究，为工程示范作准备 超临界项目”，分四个阶段实施 • 先进蒸汽参数的超临界ＣＦＢ锅 • 开发镍基高温合金，最高用于 炉研究 750℃
• 电厂热效率可达到55% • 综合性能将优于IGCC • CO2的排放降低15%
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瓦基莎460MWSCCFB锅炉运行性能
• 实测锅炉热效率在ＢＭＣＲ工况下为９３％ （ＬＨＶ＝ ２０．７５ ＭＪ／ｋｇ） • 变负荷过程中锅炉热效率大于９１．９％ • 负荷变化速率可达到５％／ｍｉｎ，能够满足电 网的运行要求 • 烟气余热回收系统可把锅炉的排烟温度 降低到８５℃
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三.无烟煤超临界CFB锅炉的研究
国家“十二五”支撑计划课题 的研究，以开发研制性能先进 的６００ＭＷ ＳＣＣＦＢ为目标 • 高温型６００ＭＷ 超临界ＣＦＢ锅炉 方案 • 研究内容 －布风均匀性研究 －气动外置床的开发 －中心增氧技术 －热流密度测定 －分离器的研究
•
W火焰锅炉
• 国外公司提出采用Ｗ火焰锅炉燃用无烟煤，但应用后效果不佳 • 飞灰可燃物高，多数在６％～１０％之间，特别是Ｖｄａｆ≤８ • 反而带来了ＮＯｘ排放值高的新问题， ＮＯｘ排放值约１０００ｍｇ／ｍ３ 左右，ＹＱ电厂１、２号炉高达１９００ｍｇ／ｍ３， 采用新型燃烧器后 改进后ＮＯｘ为８４５ｍｇ／ｍ３ • 目前国内１６台Ｗ 型６００ＭＷ 超临界锅炉投运后水冷壁拉裂现象 普遍存在，造成水冷壁泄漏停炉，可靠性还存在问题 • 即使采用ＳＣＲ等尾部烟气脱硝技术，相当部分机组ＮＯｘ最终排 放仍然较难达到最新国家燃煤电厂排放标准要求（小于２００ ｍｇ／ｍ３） • 难燃无烟煤的高效清洁利用须开辟新的途经
发展超临界ＣＦＢ锅炉的时机已成熟
• 大型化的良好基础－－－近三年来ＣＦＢ锅炉 大型化成绩显著 • 国内３００ＭＷ级ＣＦＢ 锅炉已有６０台投入运 行，３００ＭＷ 级ＣＦＢ锅炉已进入成熟应用 阶段 • 最大容量达到３３０ＭＷ （有６台投运：江 西分宜发电厂、徐矿综合利用电厂、内 蒙京海电厂、沈煤红阳电厂） • 实现了大容量ＣＦＢ锅炉利用劣质燃料的 工程应用，部分电厂可长期燃用２６００～ ３０００Ｋｃａｌ／ｋｇ劣质燃料 • 大比例（４０％）掺烧煤泥的３００ＭＷ ＣＦＢ 锅 炉已投运 • ＣＦＢ锅炉磨损问题得到有效解决