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大型CFB機組低負荷工況下節能、環保技術的應用
作者:管理員    發布于:2017-10-11 08:40:10    文字:【】【】【

  一、前言

  華能白山煤矸石發電公司位于吉林省白山市江源區,是由華能吉林發電有限公司與通化礦業(集團)有限責任公司按60%、40%共同投資,并由華能吉林發電有限公司控股的國有熱電聯產企業,是吉林省首座利用煤矸石、煤泥、洗中煤為原料的低熱值煤綜合利用型電廠。也是吉林省內唯一的一家配置兩臺330MW大型循環流化床鍋爐的燃煤電廠。電廠總占地面積19.8公頃,是目前全國同類型機組中占地面積最小的發電企業。項目建設是從國家節能減排要求和民生意愿出發,與國家能源局2011年提出的關于促進低熱值煤發電產業健康發展規劃相接軌,滿足地區循環經濟發展的需要,對擴充地區經濟總量、優化生態環境、實現可持續發展具有重要的現實意義。

  二、項目實施背景

  2014年9月12日國家發改委、環保部、能源局聯合印發了《煤電節能減排升級與改造行動計劃(2014-2020年)》的通知。同時伴隨著國家“十三五”規劃起草工作的啟動。漸漸明晰了未來火電機組節能減排的工作目標。而國務院也提出了燃煤發電機組提高企業能源效率依然是能源發展永恒的目標。當前,在面對全球經濟下行壓力的影響,吉林省2015年一季度火電機組利用小時為1009小時,同比減少了29小時,大部分火電機組在45-55%的工況下長期運行,這也意味著低負荷工況下燃煤火電機組節能、減排壓力的加劇,而火電機組運行遠離設計工況時,如何提高機組的熱經濟性,降低各項排放指標,以及進行恰當的技術改造和運行調整。就成為提高企業效益和市場競爭力所必須攻克的難題。

  三、項目內涵和做法

  1.科技攻關 深挖節能潛力。

  對于燃煤火電機組,節能的主要手段無非在于降熱耗、提爐效、省廠用、復用水幾個方面,而由能源消耗的分類來講,就是省煤、省水、省汽、省油、省電。循環流化床鍋爐與常規燃煤機組一樣,離不開在上述方面采取有效的措施開展節能工作。華能白山煤矸石發電有限公司在以上幾個方面開展工作的同時,充分的挖掘了低負荷工況下節能減排技術的應用,將技術改造與運行調整相結合,先后進行了油槍冷卻風、激波吹灰器、過熱器吊掛管保溫、冷端優化、水泵提效及變頻、污水回收等技術改造,并自主摸索出了低風量低床壓、凝結水全深度變頻、機組啟停防腐以及鍋爐啟動節油等優化調整措施,并全面實施無滲漏治理工程。使節能減排技術覆蓋了生產工藝的每個流程,通過進行技術創新和引入,取得了良好的節能減排效果。

  (1)壓縮空氣一般均為電廠最先啟動的公用系統之一,系統龐大、復雜且易漏泄點較多,同時壓縮空氣又是一種高壓頭低流量的工質,易做動力源反復使用,確不適合做為冷卻介質。為此白山公司將原有的12路油槍冷卻風由壓縮空氣改為了冷一次風接帶,并加裝了電磁開關閥,實現了全自動邏輯控制,對兩臺機組加裝隔離閥門,減少了備用機組對壓縮空氣的消耗,使空壓機由原先5臺減少至2臺運行,耗電率下降了0.43%,節電率達到了45%。

  (2)為節約蒸汽消耗以及確??疹A器的換熱效果,對空預器加裝了兩層激波吹灰器,并采取了蒸汽、激波聯合吹灰的運行方式,蒸汽吹灰使用量,日均減少2次,日減少補水量約80噸,年節約補水量近1.8萬噸,補水率下降了約0.4%,匯同熱量損失降低機組煤耗約1.5g/kwh。

  (3)鍋爐原設計過熱器吊掛管為絕熱防磨護瓦,阻礙了吊掛管內工質換熱,為增加了煙道吊掛管內工質的換熱量,將吊掛管更換為防磨護瓦,去除絕熱功能,由改造前后數據分析,高過、低再入口平均溫度為712℃,同比降低45℃,空預器入口溫度平均值為271℃,同比降低15℃,同時機組停爐后及時對煙道整體進行清灰,有效的提高煙道管束的清潔度,配合激波吹灰器的安裝使用,同期對比排煙溫度下降了近22℃,降低機組煤耗約4.5 g/kwh。

  (4)對北方高寒地區的空冷機組,冬季即要保證安全過冬,又要保持經濟真空,對此白山公司經過不斷的摸索,先后對兩臺機組空冷島通道進行了隔離封閉,并對凝結水回水管路全程加裝了新型保溫。通道封閉后,減少了通道冷空氣對流及備用機組對運行機組空氣動力場的影響,并且不再使用原來冬季空冷島1、6列在極端工況下采取的隔列措施,將空冷風機變頻下降調整至10%,使空冷各換熱管束進汽均勻。凝結水管路新型保溫的實施,得以將凝結水過冷度引入了防凍保護邏輯控制中,空冷防凍由被動變主動,排汽壓力更為平穩,冷卻效率得到大幅提高,冬季真空度改造后完成91.41%,同比提高了2.48%,降低機組煤耗約6g/kwh。

  (5)對全廠內的大功率水泵進行了效率測算,對存在冗余功率的水泵葉輪進行車削,減少了冗余功率增加的電量消耗。其中,輔機循環水泵車削后電流由71A下降至46.1A、電流降低24.9A,耗電率下降0.14%;閉式水泵葉輪車削后耗電率下降了0.01%;利用庫存物資對公用水泵進行了變頻改造,改造后耗電率下降了0.01%,節電率達到了47%;綜合各種水泵提效及變頻改造后,不但能保證機組運行的需求,且降低廠用電率近0.16%。

  (6)加強重復用水的技術攻關,將化學沖洗排污水全部回收,一路引入沉清池再次制水,多余的引入公用水池做為灰、渣加濕用水,復用水率達到100%,此項改造實施后,新鮮用水月可節約近3000噸,全年可節約用水量達到3.6萬噸。同時將化驗站取樣水進行回收,引入凝結水儲水箱,并送入脫硝用水,其溫度、水質完全滿足脫硝用水的要求,使脫硝系統不再消耗凝結水,使得機組化驗消耗水得到有效利用,日節約補水量約23噸,年節約補水量近8400噸,降低機組補水率0.02%。

  (7)為降低循環流化床鍋爐磨損,提高機組的運行周期以及降低輔機耗電,進行了鍋爐低風量、低風壓運行方式的攻關,隨著負荷的下降,鍋爐一、二次風量配比無法保持設計值4:6,因此就必須確定新的調整思路:一方面在啟爐前根據臨界流化風量試驗,確定了兩側布風板最小風量,在啟動后根據不同負荷及床壓,適當少許增加風量,通過一氧化碳測點的安裝,保持一氧化碳含量在50mg/Nm3以下,調整二次風量保持鍋爐氧量在3%左右,始終維持床壓在5.2kpa左右;另一方面在爐后半干法脫硫吸塔內加裝1300mm高度的防磨襯瓦,使脫硫床層可以得到下移,突破了脫硫煙氣量130萬m3/h降低至105萬m3/h。運行期間始終保持兩側一次風擋板在50%以上,減少一次風系統的節流損失。調整后,同期對比床壓下降1.2kpa、風量降低5.2萬m3/h,一次風機電流下降12A、引風機電流下降40.5A,鍋爐主要輔機電耗同期對比下降了近0.35%。

  (8)實現了凝結水全范圍變頻調整,重新設定低旁、三級減溫水和凝結水泵低水壓等聯鎖定值,并在運行中保持了除氧器上水調門在65%以上運行,使凝結水系統節流損失降至最低,通過優化邏輯控制,由變頻控制水位并設定壓力保護下限,在安全的前提下,充分的發揮了凝結水泵變頻調整優勢,調整后凝結水泵運行頻率平均值為46%,耗電率達到0.07%,對比調整前下降了0.15%,此項耗電率指標在國內同類型機組中達到領先水平。

  (9)全面開展無滲漏治理,通過運行期間采用紅外線熱呈像儀拍照檢查,全風煙、汽水系統分區域檢查,以及停機后進行水壓、風壓試驗等方式,使機組各系統及閥門的內、外漏得到了有效的整治。同時在SNCR脫硝過程中,摸索出了氨逃逸排放控制方式,嚴格控制氨逃逸量在<4 mg/Nm3以下運行,從而一舉解決了空預器因氨逃逸量過多生成硫酸氫氨對空預器管束積附粘灰使管束發生漏泄的難題,使空預器漏風率可保持在2.5%左右。在整治期共計排查漏泄點110余處,閥門內漏136臺。實現了無滲漏的最終目標,以化學回收水量下降幅度并折算熱量合計降低煤耗約0.5g/kwh。

  (10)設備防腐一般容易被企業管理人員所忽視,但華能白山公司始終堅質做好水質監督和防腐治理工作,機組停機前堅持對系統加入十八胺,進行4個小時的汽水系統防腐鈍化處理,避免了機組啟動后因負荷過低而無法進行有效的洗硅操作,杜絕了啟動初期因水質超標造成大量串水的現象發生,并在機組運行時保持較小的連排開度,減少了排污造成的熱量和水量損失。同時也正是因為采取了這些技術措施,在停機割管抽樣檢查中,汽水系統管內壁清潔,使設備壽命得到了延長了。

  (11)機組啟爐前合理安排各項風機、布風板阻力等試驗,并保證風機啟動期間完成布袋預涂灰工作,同時嚴格控制床料厚度在人孔下沿下100mm附近,避免料層過厚造成燃油量的增加。投入臨爐推動以及采取暖風器加熱的方式,提高爐溫和風溫,以減少燃油消耗,縮短啟動時間,2015年6月,機組啟動合計消耗燃油6.4噸,啟動時間由原8小時縮短為4小時左右。減少了低負荷啟動期間造成的能耗上升。

  2.技術創新 實現減排目標。

  (1)對給煤和床料系統進行改造,增加了石灰石子給料系統,提前在給煤中摻入了石灰石子,使脫硫劑與燃煤得到充分混配,在回料中與循環灰提前進行熱交換,使脫硫過程提前約2分鐘,解決了爐內脫硫反應滯后的頑疾;同時將爐內一級脫硫改造為石灰石子與石灰石粉聯合方式,并與爐后二級脫硫實現脫硫控制聯動,并增加二氧化硫排放量100 mg/Nm3的重疊區,三道措施聯合動作,二氧化硫指標在任意負荷變化區間始終保持在合格范圍內,對比改造前二氧化硫排量下降約50mg/Nm3。并且不再出現負荷突變情況下的超標情況。并且大量節約了石灰石粉和生石灰粉的使用量,月統計消耗量對比同期分別減少了1290噸和152噸,下降幅度分別達到48.7%和52.4%。年節約脫硫成本約300萬元。

  (2)在開展低風量低床調整的摸索過程,保持節能與減排同步進行的思路。配合SNCR脫硝工藝,通過低風量、低風壓的調整,鍋爐低氧燃燒有效的抑制了鍋爐煙氣中NOX的生成,使得調整后NOX排放濃度對比降低了110.68mg/Nm3,低于國家標準71.32 mg/Nm3。同時尿素消耗量同期對比減少286.44噸,僅為同期的28.5%,降幅達到了71.5%,折算降低供機組煤耗0.45g/kwh。

  (3)在機組投產時,就及時開展了布袋除塵器的煙氣均布試驗,確定了6個袋室均在1.3kpa左右的最佳壓差點,保持布袋除塵效率在99.95%以上,同時在下移脫硫灰床層的同時,維持上部壓差值在-2.0kpa左右,通過壓差值保持最佳的脫硫床層厚度,即保證了脫硫效率又可有效的抑制煙氣排出口的灰含量,通過調整使負荷變化過程中粉塵排放濃度始終可控在20mg/Nm3左右。

  四、項目實施后產生的效果

  2014年華能白山煤矸石發電有限公司機組負荷為56.98%,經過科技攻關與技術創新成果的實施,2014年其全廠供電煤耗環比13年下降了20.31g/kwh,節約標煤量2.4萬噸,發電廠用電率完成6.85%,環比13年下降1.4%。2015年上半年機組負荷率同期對比下降了2.22%,僅完成了51.9%。但供電煤耗依然下降了1.12g/kwh,保持了整體下降趨勢。獲得了華能集團頒發的2014年度“廠用電率進步獎”。并于2015年4月通過華能集團公司“優秀兩型企業”確認驗收。

  同時機組投產至今各項環保指標全部達標。是世界上首次在330MW級循環流化床鍋爐上采用脫硝技術的機組。2014年其SNCR脫硝工藝技術獲得“中國電力科學技術進步三等獎”、“華能集團公司科學技術進步二等獎”、“吉林省電機協會科學進步一等獎”并于2015年2月通過國家環保部環評驗收。

  華能白山煤矸石發電有限公司采取的各項技術改造和創新成果,對于同樣在低負荷工況下運行的同類型或相近類型的燃煤機組,具有一定的可復制性,其各項指標控制過程和參數范圍具有借鑒和推廣意義。同時隨著燃煤發電企業節能減排的不斷深入,和當前新能源電力在電網的比重逐步增加的發展形勢下,對于探索火電機組參與電網調峰而長期處于低負荷工況下運行時降低生產成本,提高企業效益,均有著重要而深遠的意義。

 

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