乐自知——300MW煤矸石CFB发电机组及资源循环利用工程关键技术研究及应用

1、0 0中国能源建设集团广东省电力设计研究院乐自知1 1一、项目背景及总体思路一、项目背景及总体思路二、关键技术及创新点二、关键技术及创新点三、知识产权与科技成果三、知识产权与科技成果四、应用推广及社会经济效益四、应用推广及社会经济效益汇报主要内容2 23 34 4煤矸石发电两大难题煤矸石发电两大难题如何安全高效的燃烧发电？如何安全高效的燃烧发电？u燃烧劣质煤发电普遍采用煤种适应燃烧劣质煤发电普遍采用煤种适应性广的性广的循环流化床循环流化床(CFB)(CFB)技术。技术。u关键技术全部由欧美国家垄断。关键技术全部由欧美国家垄断。u国外技术与设备在我国应用上均遇国外技术与设备在我国应用上均遇到到“

2、翻床翻床”、“排渣难排渣难”等复杂的等复杂的难题。清华大学徐旭常院士感叹：难题。清华大学徐旭常院士感叹：“提起流化床，两眼泪汪汪！提起流化床，两眼泪汪汪！”如何处理大量的燃烧废弃物？如何处理大量的燃烧废弃物？劣质煤燃烧废弃物排放量大、占地大、劣质煤燃烧废弃物排放量大、占地大、严重破坏环境、飞灰含碳量高难以利严重破坏环境、飞灰含碳量高难以利用，国内尚无彻底解决的方案。用，国内尚无彻底解决的方案。煤矸石发电解决思路煤矸石发电解决思路本工程结合项目燃用劣质燃本工程结合项目燃用劣质燃料特性，在充分吸收国内外料特性，在充分吸收国内外先进技术先进技术与与应用成败应用成败经验教经验教训的基础上，训的基础上，

3、自主创新自主创新研发研发300MW300MW循环流化床燃烧发电循环流化床燃烧发电技术技术结合废物特点和地方的需求，结合废物特点和地方的需求，自主研发自主研发综合应用综合应用技术，将技术，将废物全部就地利用，实现经废物全部就地利用，实现经济效益与环境保护双赢。济效益与环境保护双赢。5 5煤矸石烧煤矸石烧劣质煤劣质煤（60:4060:40）发电发电CFBCFB锅炉锅炉燃烧燃烧粉煤灰收集粉煤灰收集长距离输送长距离输送粉煤灰砖厂粉煤灰砖厂环保型砖环保型砖6 61.1. 率先研制出我国具有自主知识产权的燃用率先研制出我国具有自主知识产权的燃用煤矸石煤矸石300MW300MW CFB CFB 锅炉锅炉；2

4、. 2. 自主研发自主研发300MW 300MW CFB CFB 锅炉锅炉劣质煤洁净发电设计关键劣质煤洁净发电设计关键技术技术；3. 3. 自主研发出国内领先的自主研发出国内领先的全内燃高掺量粉煤灰烧结砖工艺全内燃高掺量粉煤灰烧结砖工艺技术技术；4. 4. 国内首创国内首创“循环流化床双区多段整体耦合模型循环流化床双区多段整体耦合模型” ” 及调试及调试技术技术；5. 5. 创新环保性能综合保障体系，确保各项环保性能优异创新环保性能综合保障体系，确保各项环保性能优异。 关键技术与创新：关键技术与创新：7 7(1)(1)单炉膛结构单炉膛结构( (2)2)不设置外不设置外置式换热器置式换热器或或I

5、NTREX INTREX 结构结构( (3)3)带中心筒带中心筒的的汽冷式高效汽冷式高效旋风分离器旋风分离器 可用率高，可用率高，维护量低、维护量低、经济性好；经济性好； 适应本项目适应本项目掺烧掺烧60%60%煤煤矸石的运行矸石的运行要求。要求。 解决了大型解决了大型汽冷式旋风汽冷式旋风分离器，膜分离器，膜式结构受热式结构受热面等一系列面等一系列制造工艺难制造工艺难题。题。 本锅炉获本锅炉获20092009年国家年国家创新产品证创新产品证书书1 1项；项； 已获国家专已获国家专利利2 2项项8 8率先研制出我国具有自主知识产权的燃用煤矸石率先研制出我国具有自主知识产权的燃用煤矸石300MW

6、CFB 300MW CFB 锅炉锅炉300MW300MW自主型锅炉自主型锅炉( (M M布置布置) )300MW300MW引进型锅炉引进型锅炉( (H H布置布置) ) 独具特色的热力布置系统：超大截面独具特色的热力布置系统：超大截面单炉膛结构单炉膛结构, ,不带外不带外置床置床( (国际尚属首例国际尚属首例) )。锅炉整体布置紧凑，系统简单，易于操锅炉整体布置紧凑，系统简单，易于操作及控制作及控制彻底解决了引进炉型的彻底解决了引进炉型的“翻床翻床”问题问题9 9降低厂用电率降低厂用电率( (降低降低1.57% 1.57% ) )优化屏过布置，解决了点火升负荷超温优化屏过布置，解决了点火升负荷

7、超温问题，提高了安全性和汽温调节特性问题，提高了安全性和汽温调节特性率先研制出我国具有自主知识产权的燃用煤矸石率先研制出我国具有自主知识产权的燃用煤矸石300MW CFB300MW CFB锅炉锅炉 使用独特的弯管防磨结构使用独特的弯管防磨结构, ,特别增设防磨梁特别增设防磨梁,9,9个关键部位个关键部位的耐磨材质及施工工艺综合攻关创新的耐磨材质及施工工艺综合攻关创新, ,运行寿命大幅提高运行寿命大幅提高, ,能能满足恶劣运行工况下长期安全运行要求。满足恶劣运行工况下长期安全运行要求。1010超音速火焰喷涂超音速火焰喷涂 研发出带中心筒的高效汽冷式分离器，研发出带中心筒的高效汽冷式分离器，M M

8、型型不对称布置，不对称布置，耐磨材料的用量减少耐磨材料的用量减少75%75%，便于锅，便于锅炉的快速启停，利于锅炉保护，获国家专利。炉的快速启停，利于锅炉保护，获国家专利。1111研究出炉前多点一级给煤系统工艺。研究出炉前多点一级给煤系统工艺。特点：特点：系统简单，给煤均匀、可靠性提高系统简单，给煤均匀、可靠性提高1 1倍。倍。1212自主炉型自主炉型 ：炉前炉前8 8点一点一级级给煤给煤引进炉型引进炉型 ：炉侧炉侧4 4角二级角二级给煤给煤自主研发的自主研发的300MW CFB 300MW CFB 锅炉劣质煤锅炉劣质煤洁净发电设洁净发电设计关键技术计关键技术烟风煤粉烟风煤粉管道三维管道三维设

9、计技术设计技术长距离大长距离大出力输灰出力输灰系统设计系统设计技术技术锅炉高温锅炉高温底渣输送底渣输送设计技术设计技术烟道防磨烟道防磨设计技术设计技术高压流化高压流化风系统防风系统防震设计技震设计技术术脱硫效率脱硫效率保障技术保障技术1313烟道防磨烟道防磨设计技术设计技术烟风煤粉烟风煤粉管道三维管道三维设计技术设计技术长距离大长距离大出力输灰出力输灰系统设计系统设计技术技术锅炉高温锅炉高温底渣输送底渣输送设计技术设计技术高压流化高压流化风系统防风系统防震设计技震设计技术术脱硫效率脱硫效率保障技术保障技术自主研发的自主研发的300MW CFB 300MW CFB 锅锅炉劣质煤洁净炉劣质煤洁净发

10、电设计关键发电设计关键技术技术 1)1)率先开发并首次应用国内具有自主知识产权的率先开发并首次应用国内具有自主知识产权的燃用燃用煤矸石煤矸石300MW CFB 300MW CFB 锅炉清洁煤锅炉清洁煤发电系统，形成了发电系统，形成了典型设计典型设计，并并广泛应用于后续广泛应用于后续2020多个工程多个工程，创，创20092009年两项年两项“中国企业中国企业新记录新记录”。自主研发集成国际领先的自主研发集成国际领先的300MW CFB 300MW CFB 锅炉劣质煤洁净发电系统锅炉劣质煤洁净发电系统1414 2) 2)自主开发烟风煤粉管道三维设计软件，优化锅炉岛自主开发烟风煤粉管道三维设计软件

11、，优化锅炉岛布置，首次实现零碰撞，总体布置合理、流程顺畅布置，首次实现零碰撞，总体布置合理、流程顺畅 。获电。获电力工程设计专有技术。力工程设计专有技术。 3)3)国内首创国内首创“循环流化床锅炉圆形烟道循环流化床锅炉圆形烟道”，降低阻力，改善烟气的磨损特性，降低能耗降低阻力，改善烟气的磨损特性，降低能耗40%40%以上，节约钢材以上，节约钢材30%30%，获国家专利。，获国家专利。4)4)国内首创国内首创“并联式汇风管并联式汇风管”的高压流化风的高压流化风系统，解决了系统，解决了“窜风窜风”和振动问题，节能和振动问题，节能75%75%。1515后烟道后烟道3D3D模型模型并联式汇风管并联式汇

12、风管自主研发集成国际领先的自主研发集成国际领先的300MW CFB 300MW CFB 锅炉劣质煤洁净发电系统锅炉劣质煤洁净发电系统5)5)开发出双套管一级气力除灰系开发出双套管一级气力除灰系统统, ,输送出力输送出力100100吨吨/ /小时小时, ,输送距输送距离离16841684米米, ,提升高度可达提升高度可达7575米米, ,创创国内长距离气力输灰系统输送能国内长距离气力输灰系统输送能力最大新纪录。获得国家专利。力最大新纪录。获得国家专利。6)6)研发出管带机输送锅炉高温底研发出管带机输送锅炉高温底渣，节能渣，节能40%40%，极大的改善运行环，极大的改善运行环境，本技术为境，本技术

13、为CFBCFB锅炉的底渣输送锅炉的底渣输送方式开辟了新途径。获得国家专方式开辟了新途径。获得国家专利。利。1616自主研发集成国际领先的自主研发集成国际领先的300MW CFB 300MW CFB 锅炉劣质煤洁净发电系统锅炉劣质煤洁净发电系统 1) 1)通过对粉煤灰通过对粉煤灰特性特性及粉煤灰及粉煤灰砖制备影响因素砖制备影响因素研究，研究，研研发出发出利用一定量残碳的利用一定量残碳的低钙粉煤灰低钙粉煤灰作为主要原料制备作为主要原料制备粉煤灰粉煤灰烧结砖烧结砖的方法。的方法。自主研发出国内领先的全内燃高掺量粉煤灰烧结砖工艺技术自主研发出国内领先的全内燃高掺量粉煤灰烧结砖工艺技术17171818因

14、素因素粉煤灰：粉煤灰：牛肝石泥牛肝石泥(%)(%)烧结温度烧结温度( () )保温时间保温时间(h)(h)水平水平1 17575：25259509507.57.5水平水平2 28080：2020100010008.08.0水平水平3 38585：1515105010508.58.5水平水平4 49090：1010110011009.09.0 2) 2)通过正交试验通过正交试验研究及试烧研究及试烧等确定等确定最佳烧结工艺最佳烧结工艺：粉煤：粉煤灰掺量高达灰掺量高达80%80%；采用慢速升温方式在；采用慢速升温方式在10501050温度下温度下, ,不需不需外加燃料外加燃料, ,完全利用本项目粉煤

15、灰飞灰含碳发热量完全利用本项目粉煤灰飞灰含碳发热量进行焙烧；进行焙烧；研制的研制的全内燃高掺量全内燃高掺量粉煤灰砖耐久性能优良粉煤灰砖耐久性能优良, ,建设投运了建设投运了2 2条年产共条年产共1.21.2亿块亿块砖生产线。砖生产线。自主研发出国内领先的全内燃高掺量粉煤灰烧结砖工艺技术自主研发出国内领先的全内燃高掺量粉煤灰烧结砖工艺技术 3) 3)该技术该技术彻底解决了彻底解决了燃用劣质燃料飞灰含碳量高燃用劣质燃料飞灰含碳量高, ,发电侧发电侧无法彻底解决的技术难题无法彻底解决的技术难题, ,实现了实现了“资源综合利用、能源梯资源综合利用、能源梯度利用度利用”, ,走出了煤矸石发电废弃灰渣制砖

16、的变废为宝的走出了煤矸石发电废弃灰渣制砖的变废为宝的循环经济新路子。循环经济新路子。全内燃高掺量粉煤灰烧结砖全内燃高掺量粉煤灰烧结砖资源综合利用认定证书资源综合利用认定证书1919自主研发出国内领先的全内燃高掺量粉煤灰烧结砖工艺技术自主研发出国内领先的全内燃高掺量粉煤灰烧结砖工艺技术国内首创国内首创“循环流化床双区多段整体耦合模型循环流化床双区多段整体耦合模型”及调试技术及调试技术2020中国南方电中国南方电网科学技术奖网科学技术奖二等奖二等奖广东科技厅广东科技厅科技成果鉴定科技成果鉴定证书粤科鉴字证书粤科鉴字(2009)30(2009)30号号成果评鉴成果评鉴工业实效工业实效CFBCFB双区

17、多双区多段整体耦合段整体耦合模型模型软件优化软件优化调试技术调试技术创新点创新点二次风穿透率试验300MW循环流化床流场计算模型图 数据来源：中国电力企业联合会数据来源：中国电力企业联合会20112011年发布的年发布的中国电力行业年度发展报告中国电力行业年度发展报告( (中国市场出版社中国市场出版社) )21212)2)在不建脱硝装置的在不建脱硝装置的 情况下，基于情况下，基于CFBCFB锅锅 炉自身低温燃烧炉自身低温燃烧 控制，控制，NOxNOx排放排放 小于小于100mg/Nm100mg/Nm3 3。创新环保性创新环保性能综合保障能综合保障体系，确保体系，确保各项环保性各项环保性能优异能

18、优异2222数据来源：中国电力企业联合会数据来源：中国电力企业联合会20112011年发布的年发布的中国电力行业年度发展报告中国电力行业年度发展报告( (中国市场出版社中国市场出版社) )0.5460.5463.63.60.70.71100110010010040040080801)1)国内首创两级石灰石添加工艺，确保国内首创两级石灰石添加工艺，确保炉内脱硫效率达到炉内脱硫效率达到93.27%93.27%以上；以上；2)2)在无需另建脱硝装置的情况下在无需另建脱硝装置的情况下, ,基于基于CFBCFB锅锅炉自身低温燃烧控制炉自身低温燃烧控制,NOx,NOx排放小于排放小于100mg/Nm100

19、mg/Nm3 3。创新环保性能综合保障体系，确保各项环保性能优异创新环保性能综合保障体系，确保各项环保性能优异4)冷却塔排污水回用于砖厂拌湿 , 废水全部回收循环利用,实现废水零排放；2323数据来源：中国电力企业联合会数据来源：中国电力企业联合会20112011年发布的年发布的中国电力行业年度发展报告中国电力行业年度发展报告( (中国市场出版社中国市场出版社) )0 00.320.320.640.6410010068683)灰渣100%综合利用，实现固体废弃物零排放。创新环保性能综合保障体系，确保各项环保性能优异创新环保性能综合保障体系，确保各项环保性能优异2424数据来源：数据来源：200

20、92009年年 CFB CFB 协作网昆明会议资料协作网昆明会议资料2525337337354354360360340340356356数据来源：中国电力企业联合会数据来源：中国电力企业联合会20112011年发布的年发布的中国电力行业年度发展报告中国电力行业年度发展报告( (中国市场出版社中国市场出版社) )20092009年年1010月份通过省科技厅组月份通过省科技厅组织的有三位院士等织的有三位院士等1111位专家参位专家参加的成果鉴定，结论为：加的成果鉴定，结论为：徐旭常院士 秦裕琨院士岑可法院士2626 “ “本项目利用自主研发本项目利用自主研发300MW300MW亚临界亚临界循环流化

21、床锅炉机组，实现了劣质燃料循环流化床锅炉机组，实现了劣质燃料清洁发电清洁发电新型建材新型建材( (灰渣砖、水泥填灰渣砖、水泥填充料充料) )循环经济产业链的资源综合利用，循环经济产业链的资源综合利用，整体技术达到了国际先进水平整体技术达到了国际先进水平。其中，。其中，特大床面、不对称旋风分离器循环流化特大床面、不对称旋风分离器循环流化床锅炉机组制造、工程床锅炉机组制造、工程设计、安装、调试和运设计、安装、调试和运行，以及全部灰渣综合行，以及全部灰渣综合利用，利用，处于国际领先水处于国际领先水平平，具有巨大的经济效，具有巨大的经济效益和社会效益。益和社会效益。”知识产知识产权及科权及科技成果技成

22、果获省部级科获省部级科技进步奖技进步奖3 3项项荣获国家自荣获国家自主创新产品主创新产品证书证书1 1项项5 5项科技成项科技成果通过省部果通过省部级以上鉴定级以上鉴定获得获得8 8项专项专利利/ /专有技专有技术术出版专著出版专著2 2部，国内外部，国内外发表技术论发表技术论文文1313篇篇创创2 2项中国项中国企业新记录企业新记录27272828 首台自主型锅炉岛（宝丽华）全景照片首台自主型锅炉岛（宝丽华）全景照片应用及推广应用及推广四、应用推广及四、应用推广及社会社会经济效益经济效益(1)(1) 本项目于本项目于20082008年年6 6月投月投入运行入运行, ,创总工期最短创总工期最短

23、( (1717个月个月) )、可靠性高、可靠性高( (可利用可利用小时小时78517851小时小时) )、发电厂用、发电厂用电率低电率低( (含砖厂含砖厂6%6%) )的良好的良好业绩业绩, ,创国内同类机组新纪创国内同类机组新纪录。录。2929 本工程成功投运后，该炉型占据国内本工程成功投运后，该炉型占据国内300MW300MW等级循环流化床等级循环流化床市场市场70%70%以上以上的份额的份额, ,系统集成设计应用于后续系统集成设计应用于后续2020多多个项目。个项目。 该炉型推广用于该炉型推广用于350MW350MW超临界超临界 CFB CFB 锅炉和正在执行的锅炉和正在执行的世界世界最大的最大的600MW600MW超临界超临界 CFB CFB 锅炉示范项目，正在研制锅炉示范项目，正在研制1000MW1000MW超超超超临界临界CFBCFB锅炉。奠定了东锅在大型锅炉。奠定了东锅在大型CFBCFB锅炉设计和制造技术在国锅炉设计和制造技术在国内的内的龙头地位龙头地位，在国际上处于，在国际上处于领先水平领先水平。成功投运成功投运300MW300MW 亚临界亚临界（宝丽华炉型）（宝丽华炉型）正在安装正在安装600MW600MW