外高橋三廠節(jié)能及環(huán)保技術(shù)

探索火電大機組的增效與減排——外高橋第三電廠的節(jié)能及環(huán)保技術(shù)馮偉忠上海外高橋第三發(fā)電有限責(zé)任公司上海申能能源科技有限公司二○一四年四月1報告提綱:一、背景和需求二、國外先進煤電機組三、外高橋第三電廠的節(jié)能技術(shù)及成效四、節(jié)能減排技術(shù)案例

4.1

防止機組效率的下降——SPE綜合治理系列技術(shù)4.2

火電機組集中式變頻總電源技術(shù)

4.3

節(jié)能型全負荷脫硝技術(shù)五、下一階段的研究和發(fā)展方向22報告提綱:一、背景和需求二、國外先進煤電機組三、外高橋第三電廠的節(jié)能技術(shù)及成效四、節(jié)能減排技術(shù)案例

4.1防止機組效率的下降——SPE綜合治理系列技術(shù)4.2火電機組集中式變頻總電源技術(shù)4.3節(jié)能型全負荷脫硝技術(shù)五、下一階段的研究和發(fā)展方向33煤炭——是目前以至今后相當(dāng)一段時間內(nèi)世界上最主要的一次能源，也是最大的二氧化碳排放來源，同時也是重要的大氣污染源。近來頻繁的霧霾，更使煤炭成為矛盾的焦點。為應(yīng)對全球變暖和環(huán)境污染，節(jié)能減排已成為國際社會的共識，中國政府承諾，到2020年，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)二氧化碳排放（碳排放強度）比2005年下降40%至45%。4由于中國已探明的一次能源中煤炭占了近90%的特殊性，以及煤電總裝機容量已達9億千瓦的現(xiàn)實，為協(xié)調(diào)好環(huán)境與電力發(fā)展的矛盾，煤電行業(yè)的高效化和發(fā)展節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)作為我國長期的發(fā)展戰(zhàn)略。一、背景和需求4報告提綱:一、背景和需求二、國外先進煤電機組三、外高橋第三電廠的節(jié)能技術(shù)及成效四、節(jié)能減排技術(shù)案例

4.1防止機組效率的下降——SPE綜合治理系列技術(shù)4.2火電機組集中式變頻總電源技術(shù)4.3節(jié)能型全負荷脫硝技術(shù)五、下一階段的研究和發(fā)展方向55丹麥：Nordjlandsvarket3號機29MPa/580℃/580℃/580℃冷卻水溫10℃背壓2.3KPa德國Boxberg電廠910MW機組

Boxberge容量(MW)1×910爐型/燃料塔式/褐煤最大蒸發(fā)量(T/h)2422主蒸汽參數(shù)(Mpa/℃)26.6/545℃再熱蒸汽參數(shù)(Mpa/℃)5.8/580給水溫度（℃）274排汽壓力（kPa）3.3（2.91/3.68）末級葉片長度（mm）977(38.5'')投產(chǎn)時間2001Boxberg

910MW機組2004年平均供電煤耗289.8克/千瓦時9日本新磯子電廠1號機容量：600MW；塔式鍋爐（日本國產(chǎn)）蒸汽參數(shù)：25MPa/600℃/610℃汽輪發(fā)電機制造商：德國SIEMENS，三缸二排汽

日本新磯子電廠1號機組熱效率變化趨勢40.7%（301.8克/千瓦時）40.3%（304.8克/千瓦時）報告提綱:一、背景和需求二、國外先進煤電機組三、外高橋第三電廠的節(jié)能技術(shù)及成效四、節(jié)能減排技術(shù)案例

4.1防止機組效率的下降——SPE綜合治理系列技術(shù)4.2火電機組集中式變頻總電源技術(shù)4.3節(jié)能型全負荷脫硝技術(shù)五、下一階段的研究和發(fā)展方向1213上海外高橋第三發(fā)電有限責(zé)任公司，建設(shè)兩臺1000MW超超臨界機組，2005年9月開工建設(shè)，2008年6月全部建成。鍋爐：

塔式，超超臨界，一次再熱，平衡通風(fēng)，四角切圓燃燒，螺旋水冷壁，固態(tài)排渣燃煤（粉）鍋爐。爐頂標(biāo)高129m。由上海鍋爐廠引進德國ALSTOM技術(shù)并生產(chǎn)?；緟?shù)：主汽壓力：28MPa，主、再熱蒸汽溫度：605℃/603℃，額定蒸汽流量：2732T/H主設(shè)備概況14汽輪機：超超臨界，單軸，四缸四排汽，反動式，雙背壓，凝汽式汽輪機。由上海汽輪機廠引進德國SIEMENS技術(shù)并生產(chǎn)?；緟?shù)：主蒸汽壓力：25.86MPa，主、再熱蒸汽溫：600℃/600℃，

功率：1000MW工程概況主設(shè)備概況15公司從建廠起，就以工程為契機，以節(jié)能減排為重點，開展了一大批綜合優(yōu)化和科技創(chuàng)新項目。這些節(jié)能減排技術(shù)涵蓋了系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化；設(shè)備改進；研發(fā)專門節(jié)能設(shè)備；機組啟動和運行方式及控制策略的優(yōu)化和創(chuàng)新等。由于部分技術(shù)不但節(jié)能和減排效果顯著，還因簡化了系統(tǒng)，提高了安全性，且顯著降低了投資，故項目的總投資并不因為這一系列技術(shù)的實施而增加。機組投產(chǎn)后，為進一步提升機組的環(huán)保水平，同時又能兼顧機組能耗和運行費用的降低，幾年來，又先后研發(fā)和實施了“零能耗脫硫技術(shù)”；“節(jié)能型高效除塵技術(shù)”以及“節(jié)能型高效全天候脫硝技術(shù)”等，使機組的節(jié)能和環(huán)保水平又有了新的飛躍。目前外三機組的理論凈效率（含脫硫、脫硝）已提升至46.5%

，這已與目前700℃計劃的期望效率相當(dāng)，在世界上遙遙領(lǐng)先。16原世界運行效率最高的丹麥Nordjylland電廠3號411MW兩次再熱，低溫海水冷卻機組，2009年供電煤耗（不含供熱）286.08克/千瓦時（凈效率42.93%），平均發(fā)電負荷率89%。折合75%負荷率下的供電煤耗288.48克/千瓦時。1717報告提綱:一、背景和需求二、國外先進煤電機組三、外高橋第三電廠的節(jié)能技術(shù)及成效四、節(jié)能減排技術(shù)案例

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防止機組效率的下降——SPE綜合治理系列技術(shù)4.2火電機組集中式變頻總電源技術(shù)4.3節(jié)能型全負荷脫硝技術(shù)五、下一階段的研究和發(fā)展方向18184.1、防止機組效率下降——SPE綜合治理系列技術(shù)遭氧化皮阻塞的管子被固體顆粒侵蝕的葉片被固體顆粒侵蝕的旁路閥芯管道的蒸汽側(cè)氧化；氧化皮阻塞引起的爐管超溫和爆管；氧化皮破碎形成的顆粒引起的汽輪機葉片及旁路閥芯等侵蝕（固體顆粒侵蝕SPE），導(dǎo)致機組效率不斷下降，是超（超）臨界機組面臨的突出問題，并已經(jīng)困擾國際發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域幾十年。中國近年來投產(chǎn)的超臨界和超超臨界機組也出現(xiàn)了這方面較嚴重的傾向，若不加以重視，相當(dāng)部分的節(jié)能減排成果就會被其吞噬。19節(jié)能減排技術(shù)案例一德國原運行效率最高的Niederaussem電廠1025MW超超臨界機組，投產(chǎn)僅一年，就因SPE問題，其高壓缸的內(nèi)效率就下降了3.6%世界設(shè)計效率最高的丹麥NORDJYLLAND電廠3號機組（411MW，兩次再熱，超超臨界，低溫海水冷卻，排汽壓力2.3kPa），如果不是因為嚴重的SPE問題，機組在89%發(fā)電負荷率下的運行效率不應(yīng)低于外三機組。日本運行效率最高的磯子電廠新一號機600MW超超臨界機組，設(shè)計含脫硫、脫硝的凈效率43%（供電煤耗285.7克/千瓦時），在全年大部分時間都是滿負荷運行的情況下，其運行效率最高的年份（2002年）的實際運行凈效率也僅為40.7%（供電煤耗301.8克/千瓦時）。這里也明顯反映出了SPE的影響。20隨著我國超（超）臨界機組的大規(guī)模建設(shè)，以及一些機組系統(tǒng)設(shè)計及啟動方式的不當(dāng)，這一問題也日益突出。除了因氧化皮阻塞引起的爐管超溫和爆管事故呈頻發(fā)之勢外，其隱形的后果——固體顆粒侵蝕導(dǎo)致的機組效率下降也已逐步顯現(xiàn)，部分機組已相當(dāng)嚴重。以下是3個1000MW超超臨界項目（并網(wǎng)2～2.7年后）在線運行汽耗的比較：8月中旬對比機組配置負荷給水流量汽耗比A電廠2臺1000MW∏型爐有調(diào)節(jié)級汽輪機一級旁路949.9MW2902.1T/h1.0951/3.0552+9.51%B電廠2臺1000MW∏型爐無調(diào)節(jié)級汽輪機40%/65%旁路966.5MW2828.6T/h1.049/2.9266+4.9%外三電廠2臺1000MW塔式爐無調(diào)節(jié)級汽輪機100%/65%旁路950.7MW2652.3T/h1.0/2.789821針對這類問題產(chǎn)生的機理進行了全面和深入的研究，提出了綜合治理的技術(shù)路線，其基本思路為：1、應(yīng)設(shè)法防止和減緩高溫蒸汽金屬氧化物的生成；

2、對于已生成的金屬氧化物應(yīng)避免其脫落；

3、對已脫落的金屬氧化物應(yīng)盡快予以清除；

4、對未能清除的金屬氧化物應(yīng)盡量減輕其對汽輪機葉片的破壞等。根據(jù)這一思路和技術(shù)路線，研發(fā)了一整套所謂的中醫(yī)全身療法的蒸汽氧化和固體顆粒侵蝕綜合治理的系列技術(shù)，他涵蓋了系統(tǒng)設(shè)計、設(shè)備選型、施工及調(diào)試、機組控制、啟動和運行方式等方面的一系列的改進和創(chuàng)新。從而使這一困擾了世界發(fā)電領(lǐng)域幾十年的頑癥被徹底根治蒸汽氧化及SPE預(yù)防系列技術(shù)22600MW亞臨界機組末級過熱器氧化皮阻塞德國Niederaussem電廠1025MW鍋爐再熱器氧化皮某1000MW超超臨界塔式爐末級過熱器彎頭處堆積氧化皮900MW超臨界鍋爐再熱器管高溫段運行一年后割管檢查外高橋三發(fā)電鍋爐運行30個月后爐管情況外高橋三發(fā)電鍋爐運行30個月后爐管情況23某600MW超臨界機組被固體顆粒嚴重侵蝕的汽輪機葉片某600MW超臨界機組被固體顆粒侵蝕的汽輪機葉片某600MW超臨界機組被固體顆粒侵蝕的汽輪機葉片運行30個月后，外三機組汽輪機葉片24報告提綱:一、背景和需求二、國外先進煤電機組三、外高橋第三電廠的節(jié)能技術(shù)及成效四、節(jié)能減排技術(shù)案例

4.1防止機組效率的下降——SPE綜合治理系列技術(shù)4.2

火電機組集中式變頻總電源技術(shù)4.3節(jié)能型全負荷脫硝技術(shù)五、下一階段的研究和發(fā)展方向25254.2、火電機組集中式變頻總電源技術(shù)由于上海地區(qū)煤電的調(diào)峰范圍大，達40-100%，在低負荷時，輔機均處于低效運行工況，若能進行變速運行，其運行效率將大為改善。但傳統(tǒng)的電子式大功率高電壓變頻技術(shù)，可靠性低，占地大，性價比較低。集中式變頻總電源技術(shù)，利用單獨設(shè)置的轉(zhuǎn)速可調(diào)的小汽輪機推動一個發(fā)電機，通過改變小汽輪機的轉(zhuǎn)速，從而改變發(fā)電機輸出的交流電的頻率。這個發(fā)電機為連接在同一母線上的所有輔機提供變頻動力電源。與此同時，所有連接在該母線上的輔機都連接有一路工頻電源，作為備用。集中式變頻總電源根據(jù)機組的負荷情況，為連接在其上的所有輔機提供初步調(diào)整的調(diào)頻電源，每一個輔機上的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)如閥門、擋板各自進行微調(diào)，以保證滿足生產(chǎn)要求。26節(jié)能減排技術(shù)案例二26本集中式變頻電源的小汽輪機為凝汽式，自帶凝汽器。汽源取自主汽輪機抽汽。兩臺機組的變頻總電源系統(tǒng)已于2013年全部建成投產(chǎn)，目前的廠用電率已降至2%水平。集中式變頻總電源原理圖2727機組變頻總電源系統(tǒng)2828報告提綱:一、背景和需求二、國外先進煤電機組三、外高橋第三電廠的節(jié)能技術(shù)及成效四、節(jié)能減排技術(shù)案例

4.1防止機組效率的下降——SPE綜合治理系列技術(shù)4.2火電機組集中式變頻總電源技術(shù)

4.3

節(jié)能型全負荷脫硝技術(shù)五、下一階段的研究和發(fā)展方向29294.3、節(jié)能型全負荷脫硝技術(shù)外三兩臺鍋爐配置的脫硝裝置，采用選擇性催化還原法(SCR)工藝。反應(yīng)器采用高飛灰布置方式，位于省煤器與空預(yù)器之間。催化劑為美國康寧公司生產(chǎn)的蜂窩式催化劑。用液態(tài)純氨作還原劑，與煙氣中的NOx進行反應(yīng)生成氮氣和水，從而降低煙氣中的NOx排放。第一臺SCR的催化劑布置按三層設(shè)計，實裝2層共550m3，設(shè)計壽命16000小時。與機組同步建設(shè)。第二臺SCR與2013年6月完成改造并投產(chǎn)。節(jié)能減排技術(shù)案例三30

SCR脫硝運行低負荷退出問題：中國發(fā)電的主要方式為煤電，其調(diào)峰不可避免。上海的調(diào)峰范圍為40~100%。在低負荷下的SCR工作煙溫將不能維持，SCR不得不退出運行，但此時鍋爐的NOx產(chǎn)生濃度高達額定負荷時的2-3倍。這意味著在更需要脫硝的情況下，SCR反而卻不能作為。機組負荷曲線NOx排放量31國外解決SCR連續(xù)運行的措施：1、裝有SCR裝置的大型火電機組維持在較高負荷運行。2、加裝鍋爐省煤器旁路煙道。在省煤器前直接引一部分煙氣至SCR裝置，提高低負荷下的SCR入口煙氣溫度以維持其運行，這種方法的代價是煤耗顯著增加。3、將鍋爐的省煤器設(shè)計成兩部分，其低溫部分置于SCR出口側(cè)，將SCR布置于煙氣溫度較高的區(qū)域，從而解決低負荷煙溫過低無法運行的問題。由于偏離了催化劑的最佳反應(yīng)溫度范圍，脫硝效率會有所下降。此外，該方法僅適用于新建機組。

3233彈性回?zé)峒夹g(shù)——可調(diào)式抽汽補充加熱鍋爐給水于高壓缸處選擇一個合適的抽汽點，并相應(yīng)增加一個抽汽可調(diào)式的給水加熱器在負荷降低時，通過調(diào)節(jié)門可控制該加熱器的入口壓力基本不變，從而能維持給水溫度基本不變?；?zé)岢槠a充加熱鍋爐給水流程圖回?zé)岢槠a充加熱鍋爐給水原理圖解決方案：34彈性回?zé)峒夹g(shù)的作用及成效：1、解決了SCR低負荷運行的世界難題。低負荷下省煤器入口水溫的提高，使其出口煙溫相應(yīng)上升，可確保SCR在全負荷范圍內(nèi)處于催化劑的高效區(qū)運行，2011年的外三脫硝系統(tǒng)全年投入率達98.54%，真正實現(xiàn)了全天侯脫硝。經(jīng)上海市環(huán)保局統(tǒng)計，外三一臺機組全年的NOx減排量超過了上海同類兩臺機組。2、使環(huán)保和節(jié)能達到完美統(tǒng)一。低負荷下汽輪機抽汽量的增加，提高了熱力系統(tǒng)的循環(huán)效率。根據(jù)SIEMENS計算，在50%負荷工況下，可降低汽輪機熱耗57kJ/kw，相當(dāng)于降低煤耗2.18克/千瓦時，投資可在3年內(nèi)回收。3、提高鍋爐水動力安全性。省煤器入口水溫的提高，使省煤器出口即水冷壁入口水溫亦相應(yīng)提高，減少了水冷壁入口欠焓，顯著提高了低負荷工況下的水動力特性，大大提高了水冷壁的運行安全性。354、提高鍋爐低負荷燃燒效率和穩(wěn)燃性能。省煤器出口煙溫的上升，通過空氣預(yù)熱器，相應(yīng)提高了一次風(fēng)和二次風(fēng)的熱風(fēng)溫度，即提高了制粉系統(tǒng)的干燥出力，又改善了低負荷下鍋爐的燃燒效率和穩(wěn)燃性能，提高了安全性。5、顯著提高機組的調(diào)頻能力和調(diào)頻經(jīng)濟性。在機組需快速加（減）負荷時可使用抽汽調(diào)節(jié)閥快速減少（增加）抽汽量予以響應(yīng)，待鍋爐熱負荷跟上后，再進行反向調(diào)節(jié)，最終仍滿足平均給水溫度不變。結(jié)合凝結(jié)水調(diào)頻技術(shù)，可使汽輪機主調(diào)門全開，補汽閥全關(guān)，機組調(diào)頻性能和變負荷經(jīng)濟性顯著提高。6、提高機組調(diào)頻運行的安全性。由于鍋爐省煤器重達2000T，其巨大的蓄熱量可使其出口溫度在這調(diào)節(jié)過程中保持不變。而因省煤器及入口聯(lián)箱等均為碳鋼和低合金鋼，抗溫度變化（應(yīng)力）能力遠優(yōu)于采用合金鋼的過熱器、再熱器和相關(guān)聯(lián)箱等。故該調(diào)頻技術(shù)的安全性遠勝于傳統(tǒng)的汽輪機調(diào)門調(diào)節(jié)方法。彈性回?zé)峒夹g(shù)的作用及成效36歐盟新國標(biāo)燃氣輪機外三原國標(biāo)37報告提綱:一、背景和需求二、國外先進煤電機組三、外高橋第三電廠的節(jié)能技術(shù)及成效四、節(jié)能減排技術(shù)案例

4.1防止機組效率的下降——SPE綜合治理系列技術(shù)4.2火電機組集中式變頻總電源技術(shù)4.3節(jié)能型全負荷脫硝技術(shù)五、下一階段的研究和發(fā)展方向38387.1為確保節(jié)能減排技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展，我們堅持“研究一批，儲備一批，實施一批”的戰(zhàn)略。目前，“外三”又有多項新的重大節(jié)能減排創(chuàng)新技術(shù)完成了理論研究和項目策劃。這些項目將結(jié)合每年的機組檢修分批實施。屆時，“外三”兩臺機組的能效和環(huán)保水平還將進一步提升。七、下一階段研究和發(fā)展方向：397.2、根據(jù)“一種高低位分軸布置的汽輪發(fā)電機”專利技術(shù)，研發(fā)新一代高效超臨界機組背景：發(fā)展更高效的兩次再熱及700℃高效超臨界機組，均遇到高溫高壓主蒸汽及再熱蒸汽管道造價昂貴等與管道相關(guān)的瓶頸問題技術(shù)核心：采用雙軸汽輪發(fā)電機，將其中的高（中）壓缸軸系布置于鍋爐上靠近過熱器和再熱器的出口聯(lián)箱處，（中）低壓缸軸系則仍按常規(guī)布置。技術(shù)優(yōu)勢：取消了大部分高價值的高溫高壓蒸汽管道，從而也相應(yīng)消除了這部分管道對應(yīng)的壓力和散熱損失。該技術(shù)尤適合于二次再熱機組和700℃高效超臨界機組。

40401350MW、二次