大型循环流化床锅炉发展分析与展望

中国大型循环流化床锅炉发展分析与展望中国华能集团清洁能源技术研究院黄中2015年8月27日北京一、中国循环流化床锅炉的分布及特点二、在役循环流化床锅炉技术指标三、循环流化床发电的行业动向与发展分析四、结论与建议采用循环流化床燃烧方式的锅炉“流态化”固体颗粒在流体的作用下呈现出与流体相似的流动性能的现象循环流化床锅炉的定义“流态化”气体表观流速增大时出现的不同流态化工况循环流化床锅炉的定义典型的循环流化床锅炉循环流化床锅炉的定义1979年，芬兰Ahlsltrom公司，世界首台20t/hCFB锅炉1982年，德国Lurgi公司，世界首台用于产汽和供热的CFB锅炉1995年，法国Stein公司，250MWCFB锅炉投运2002年，美国Florida州JEA北方电站2×300MWCFB锅炉2009年，波兰Lagisza电站460MW超临界CFB锅炉2013年，中国四川白马600MW超临界CFB锅炉……循环流化床锅炉的发展历程燃烧特点低温动力控制燃烧高速度、高浓度、高通量的固体物料流态化循环过程高强度的热量、质量和动量传递过程优点燃料适应性广燃烧效率高高效脱硫NOx排放量低调峰性能好燃料制备、给煤系统简单循环流化床锅炉的技术特点缺点烟风阻力大，厂用电率高N2O排放较高需大量敷设耐磨耐火浇筑料问题由于设计和施工工艺不当导致的磨损问题系统能耗高的问题灰渣综合利用的问题大容量高参数持续发展问题环保性能发挥和效益最大化问题循环流化床锅炉的技术特点循环流化床锅炉的结构

炉膛及煤仓

尾部烟道、烟风系统、灰渣输送系统

分离器及汽水管道

钢架结构及厂房循环流化床锅炉的结构循环流化床锅炉的结构锅炉是火电厂最重要的工艺设备！锅炉是火电厂最重要的工艺设备！锅炉是火电厂最重要的工艺设备！一、中国循环流化床锅炉的分布及特点二、在役循环流化床锅炉技术指标三、循环流化床发电的行业动向与发展分析四、结论与建议中国电力及循环流化床发电的发展2014年中国电力装机容量为1360190MW，相比1949年的1850MW，65年间增长了735倍。火电装机915690MW，其中煤装机825240MW、气电装机55670MW中国循环流化床锅炉发电从1996年的100MW起步，2013年进入超临界时代中国在役大型循环流化床锅炉区域统计截止2014年12月底，全国除西藏、湖南、海南外均有大型循环流化床锅炉分布92个地级以上城市拥有100MW以上等级循环流化床机组所属地区装机容量（MW）锅炉数量（台）华北22225117华东1343078西北631033西南606530东北480026华南491026华中393528中国在役大型循环流化床锅炉区域统计中国在役大型循环流化床锅炉区域统计100MW等级以上循环流化床锅炉总装机容量达到了61675MW，装机台数338台（同期国内在役100MW~300MW等级机组约为1500台，6MW~100MW等级机组约为5000台）内蒙、山西、山东、广东占据国内循环流化床锅炉装机容量和装机台数的前四位1987年，北京锅炉厂引进德国巴威中温旋风筒循环床技术1992年，哈尔滨锅炉厂为原芬兰奥斯龙作分包制造了首台220t/h循环床锅炉1996年，内江电厂购买了原芬兰奥斯龙公司设计的400t/h循环床锅炉1996年，

东方锅炉厂购买了美国FW公司220-400t/h汽冷旋风筒循环床设计技术2001年，

哈尔滨锅炉厂从德国EVT公司购买了100-150MW再热循环床设计技术2002年，上海锅炉厂从原美国ABB-CE公司100-150MW再热循环床设计技术2003年，国家发改委组织三大锅炉厂和四大设计院引进了法国阿尔斯通300MW循环床设计技术循环流化床锅炉技术引进情况中国在役大型循环流化床锅炉制造厂家中国已经完全掌握了循环流化床锅炉的核心技术，主要锅炉制造企业形成了生产加工能力循环流化床锅炉研究情况起步阶段1986年5月，赵长遂在《动力系统工程》上撰文《第二代沸腾炉——循环流化床锅炉》1987年3月，徐智勇、蒋敏华在《电力技术》上撰文《循环流化床锅炉进入电站应用阶段》当前阶段中国已经从技术的旁观者成长为重要的参与者和引领者中国在役大型循环流化床锅炉用户分析循环流化床锅炉在各行业内广泛使用大型电力集团及煤炭企业均有一定的装机份额装机分散度较高电力行业煤炭行业地方电力公司10435MW地方煤炭企业8825MW中国华电集团公司6850MW神华集团有限责任公司8340MW中国华能集团公司2680MW山西国际电力集团有限公司2800MW中国大唐集团公司2050MW北京能源集团有限责任公司2430MW中国国电集团公司1830MW淮南矿业集团1200MW中国电力投资集团公司1750MW中国在役大型循环流化床锅炉等级特点大型循环流化床锅炉的主力是135MW等级机组和300MW等级机组上述二者占到总装机容量的84%，占到装机总台数的78.7%一、中国循环流化床锅炉的分布及特点二、在役循环流化床锅炉技术指标三、循环流化床发电的行业动向与发展分析四、结论与建议在役循环流化床锅炉技术指标分析非计划停运次数可用小时数煤粉锅炉2013年统计结果：10~20万千瓦等级，0.58次/年20~40万千瓦等级，0.47次/年部分机组已经实现了超长周期运行实现300MW等级，宝丽华#5机组连续运行434天200MW等级，神华亿利#1机组连续运行341天135MW等级，潘三电厂#1机组连续运行311天在役循环流化床锅炉技术指标分析厂用电率2013年度标杆电厂机组类型电厂名称厂用电率135MW等级湿冷纯凝淮南矿业集团电力有限责任公司潘三电厂#1机组6.85%135MW等级湿冷供热内蒙古华电乌达热电有限公司#2机组7.09%135MW等级空冷纯凝中国水电建设集团华亭发电有限责任公司#1机组7.11%300MW等级湿冷纯凝神华（福建雁石）发电有限责任公司#5机组4.14%300MW等级湿冷供热福建华电永安发电有限公司#8机组5.68%300MW等级空冷纯凝内蒙古京泰发电有限责任公司#2机组6.89%300MW等级空冷供热山西平朔煤矸石发电有限责任公司#3机组7.89%2013年全国平均水平5.05%在役循环流化床锅炉技术指标分析供电煤耗2013年度标杆电厂机组类型电厂名称供电煤耗135MW等级湿冷纯凝淮南矿业集团电力有限责任公司潘三电厂#1机组354g/kWh135MW等级空冷纯凝保德神东发电有限责任公司#2机组363g/kWh300MW等级湿冷纯凝淮南矿业集团电力公司顾桥电厂#2机组326g/kWh300MW等级湿冷供热大唐鸡西第二热电有限公司#1机组311g/kWh300MW等级空冷纯凝宁夏国华宁东发电有限公司#2机组342g/kWh300MW等级空冷供热山西平朔煤矸石发电有限责任公司#3机组336g/kWh煤粉锅炉2013年统计结果：10~20万千瓦等级，340g/kWh20~40万千瓦等级，334g/kWh在役循环流化床锅炉技术指标分析SO2污染物排放控制燃机35mg/m3在役循环流化床锅炉技术指标分析NOx污染物排放控制GB13223-1996GB13223-2011GB13223-2003燃机50mg/m3超临界机组运行情况白马电厂最大连续蒸发量1900t/h主蒸汽压力25.4MPa主再蒸汽温度571℃\569℃锅炉热效率≮91.01％年份机组发电量发电煤耗供电煤耗运行小时2013年30万10.99320343491860万18.2630733345592014年30万9.42319345442760万28.243063296555超临界机组比较使用电厂制造厂家容量参数等级供电煤耗锅炉效率Lagisza波兰FW1×460MW超临界329g/kWh91%设计92%四川白马东锅1×600MW超临界43.3%供电效率设计91%Samcheok韩国FW2×550MW超超临界42.2%供电效率设计93%设计方案Alstom1×660MW超超临界供电效率42%以上设计92%超临界机组在建项目华电朔州热电山西国金徐州华美热电二期神华神东电力河曲中煤平朔阳煤远盛华电南雄山西河坡中煤大屯同煤朔南国际能源山阴同煤阳高国电上海庙……预计2015年可投产10台左右8月20日，华电朔州#1机组已经完成了一次送电，具备进入168试运条件超临界机组运行情况白马600MW超临界流化床环保：执行现有标准性能：供电煤耗329g/kWh（2015年有望降至307g/kWh）上海外高桥第三发电厂1000MW超超临界环保：粉尘11.8mg/m3，SO214.3mg/m3，NOx17.9mg/m3性能：供电煤耗276.8g/kWh，综合厂用电率2.5%正在研究：700度先进燃煤发电技术验证平台建设、材料开发、炉型设计性能：供电效率48.5%（一次再热）、52%（二次再热）国家有关政策《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）、《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014—2020年）》新建燃煤发电机组平均供电煤耗应低于300克标准煤/千瓦时东部地区新建燃煤发电机组大气污染物排放浓度应基本达到燃气轮机组排放限值，中部地区新建机组原则上应接近或达到燃气轮机组排放限值2020年，现役燃煤发电机组改造后平均供电煤耗应低于310克/千瓦时东部地区现役30万千瓦及以上公用燃煤发电机组、10万千瓦及以上自备燃煤发电机组以及其他有条件的燃煤发电机组，改造后大气污染物排放浓度应基本达到燃气轮机组排放限值……山西等地要求提前至2017年……国家有关政策《产业结构调整指导目录》、《行政审批事项公开目录》简政放权，项目核准主体变更鼓励类煤矸石、煤泥、洗中煤等低热值燃料综合利用30万千瓦及以上循环流化床、增压流化床、整体煤气化联合循环发电等洁净煤发电单机30万千瓦及以上采用流化床锅炉并利用煤矸石、中煤、煤泥等发电限制类小电网外，单机容量30万千瓦及以下的常规燃煤火电机组小电网外，发电煤耗高于300克标准煤/千瓦时的湿冷发电机组，发电煤耗高于305克标准煤/千瓦时的空冷发电机组国家有关政策《煤矸石综合利用管理办法（2014年修订版）》利用矸石为1200kCal/kg，入炉燃料3000kCal/kg《商品煤质量管理暂行办法》灰分Ad：褐煤≤30%，其他煤种≤40%硫分St，d：褐煤≤1.5%，其他煤种≤3%运输半径超过600公里后的限制：褐煤：发热量Qnet，ar≥16.5MJ/kg，灰分≤20%，硫分≤1%其他煤种：发热量Qnet，ar≥18MJ/kg，灰分≤30%，硫分≤2%国家有关政策国家重点研发计划重点专项实施方案《煤炭清洁高效利用和新型节能技术（征求意见稿）》先进燃烧发电技术示范与运行优化（计划实施时间2016年-2020年）……研究超超临界循环流化床锅炉关键技术和炉型方案，研究超超临界循环流化床锅炉调试及优化运行技术；研究循环流化床燃烧过程中NOx超低排放关键技术与系统集成研究…………突破660兆瓦超超临界循环流化床锅炉关键技术和系统集成技术，完成技术示范运行……技术达到国际先进水平……研制出660兆瓦超超临界循环流化床锅炉机组并实现工程示范，锅炉效率92%，供电煤耗300g/千瓦时；形成NOx原始排放直接达标的循环流化床锅炉技术与装备……电力发展新常态发电设备利用小时持续下降

电力消费需求放缓、非化石能源发电量高速增长（占比已超过25%）火电发电市场萎缩，火电发电量自1974年以来首次出现负增长电力2014年全国发电设备利用小时4286小时，为1978年以来最低水平电力发展新常态环保标准尺度持续收紧国家及地方标准几度收紧，电力企业进行了大规模环保设施改造，2014年环保建设和改造费用超过500亿元，环保设施每年运行的费用超过800亿元燃煤发电机组全部采取了脱硫措施，约占全国煤电机组容量的91.5%，比美国2011年高31个百分点；烟气脱硝机组约占全国煤电装机容量的80%，比2013年提高了近22个百分点，比美国2011年高30个百分点近十年全国烟气脱硫机组投运情况

近十年全国烟气脱硝机组投运情况电力发展新常态节能减排压力不断增加

实施煤电节能减排升级改造进一步提高燃煤发电机组能效水平降低污染物排放促进我国煤电高效清洁发展一、中国循环流化床锅炉的分布及特点二、在役循环流化床锅炉技术指标三、循环流化床发电的行业动向与发展分析四、结论与建议面临的问题循环流化床锅炉涉及复杂的气固两相流动，设计、制造、安装、调试、辅机选型等要素既互相关联又彼此影响，实际运行与设计工况往往存在较大差异循环流化床技术是一项“发展中”的技术“发展中出现的问题要通过发展来解决”循环流化床超临界过程中要稳扎稳打，要避免项目和技术的“一哄而上”和“一哄而下”实践表明：及时总结设计制造、发电运行、检修维护经验，加强电厂之间的经验交流和技术推广，对于提高中国循环流化床发电技术的运行经济性、环保性和可靠性具有重要意义循环流化床发电新型技术服务与创新体系行业标准标准编号标准名称标准状态DL/T964-2005循环流化床锅炉性能试验规程现行DL/T1034-2006135MW级循环流化床锅炉运行导则现行DL/T1035-2006循环流化床锅炉检修导则现行DL/T340-2010循环流化床锅炉启动调试导则现行DL/T1319-2014循环流化床锅炉测点布置导则现行DL/T1322-2014循环流化床锅炉冷态与燃烧调整试验技术导则现行DL/T1326-2014300MW循环流化床锅炉运行导则现行DL/T5705-2014循环流化床锅炉砌筑工艺导则现行GB50972-2014循环流化床锅炉施工及质量验收规范现行135MW级循环流化床锅炉运行导则(修订)报批循环流化床锅炉燃烧系统技术条件报批循环流化床锅炉滚筒冷渣器运行及技术条件报批流化床锅炉风机技术条件报批循环流化床锅炉防磨喷涂技术导则报批循环流化床锅炉耐火防磨层设计与施工导则编制循环流化床锅炉煤制备系统选型导则编制循环流化床锅炉检修导则（修订）立项循环流化床锅炉炉膛防磨技术导则立项循环流化床发电新型技术服务与创新体系学术专著近年来，中国电力出版社出版超过20种《循环流化床锅炉技术600问》《大型循环流化床锅炉技术与工程应用》《大型循环流化床锅炉技术》……《中国循环流化床锅炉技术1000问》（送审稿）预计9月份将提交！循环流化床发电新型技术服务与创新体系新媒体CFB协作网）入群人数超过500，长期活跃用户近200《中国循环流化床发电》微信公众号上线（xhlhcfd）公测三天订阅人数超过400人《中国循环流化床发电》杂志 双月刊单期发行量2000册，国内电厂重点覆盖2014年度流化床机组竞赛中国电力企业联合会科技开发服务中心和全国电力行业CFB机组技术交流服务协作网组织了2014年度全国循环流化床发电机组能效水平对标及竞赛会议将于2015年9月将在宁夏银川召开，本届竞赛机组87台循环流化床发电新型技术服务与创新体系业主工程师承担超临界循环流化床锅炉岛范围内设备和系统有关技术问题的技术服务工作，负责提出相应的技术意见和建议对锅炉本体的选型和设计进行技术咨询，以保证设计技术先进的、运行可靠经济的、适合设计煤种的超临界循环流化床锅炉对锅炉岛相关辅助系统的设计和选型进行技术咨询，以确保各系统及主要辅机设计合理、可靠和经济机组建设和试运阶段技术咨询，解决遇到的有关技术问题，使机组按正常周期顺利投产，运行参数满足设计要求循环流化床发电新型技术服务与创新体系业主工程师设计阶段新技术通报设计资料确认选型审查技术文件审查技术图纸审查设计联络会设计变更确认采购阶段设备调研技术协议完善设备监造技术谈判招标评审建设阶段专家咨询施工节点控制施工图纸审查施工变更审定人员培训运行阶段试运计划规程编制分部试运整体调试性能考核竣工验收项目后评价循环流化床锅炉技术推广和服务体系建设某300MW空冷机组的节能潜力分析当前煤耗369g/kWh设计煤耗335g/kWh节能空间34/kWh锅炉节能潜力11.4g/kWh效率提高5.1g/kWh锅炉配风入炉煤调整分离器提效燃料掺混厂用电率降低6.3g/kWh汽机节能潜力19.4g/kWh通流改造13.7g/kWh高压缸中压缸低压缸冷端优化2.9g/kWh热力系统优化2.8g/kWh冷却水凝汽器循环水运行优化潜力3.2g/kWh循环流化床锅炉技术推广和服务体系建设白马电厂节能潜力分析高压流化风机增效改造 0.37g/kWh空预器密封结构改造 0.77g/kWh风机本体及变频节能改造 2.66g/kWh低温省煤器改造 1.20g/kWh冷却塔塔填料改造 2.00g/kWh汽轮机汽封改造 3.20g/kWh综合节能潜力 17.5g/kWh实施后煤耗可以降低至307g/kWh以内行业现状技术已具备较大的存量规模，但细分市场尚待形成装机容量、参数等级世界第一国家重点建设和开发了十三个大型煤炭基地净增煤炭入洗能力15亿吨，将产生5.36亿吨低热值煤煤粉锅炉的填平补齐油页岩石煤十三个大型煤炭基地行业现状大高参数等级机组将陆续涌现，但所占比例仍然较低白马600MW超临界机组累计运行时间已超过12000h华电朔州热电350MW超临界机组具备投产条件预计超临界机组年内投产10台左右，但仅占在役机组比例＜3%（2013年中国在役600MW及以上等级煤粉锅炉已达630台）超临界机组比亚临界机组净热耗率下降约2～3%；超超临界机组比超临界机组可再下降约3～4%参数（MPa/℃/℃）热耗率（kJ/kWh）发电标准煤耗率亚临界16.67/538/5387888~7775292.3~288.1超临界24.2/538/5667570~7480281~277.2超超临界25/600/6007400~7360274.2~272.7行业现状超净排放成为改造重点，但遗留问题难解决环境问题的集中爆发倒逼国家政策、法律重大调整广州石化，神华米东，福建龙岩，山西低热值发电项目的应用本质上是现有技术的组合和叠加技术路线存在多元化成本不容忽视，效果有待观察煤质约束边界CFB优势何在？未来发展超（超）临界及700度循环流化床锅炉技术未来发展方向显著提高供电效率、减少污染物的排放量韩国Smacheok项目4×550W超临界CFB锅炉（在建）美国FosterWheeler800MW先进超超临界CFB锅炉技术方案法国ALSTOM公司660MW超超临界CFB锅炉方案先进超超临界350MWCFB锅炉方案（AUSC）未来发展燃用特定煤种的大型循环流化床锅炉难燃无烟煤高温型CFB锅炉，燃烧效率高，完全替代W火焰炉低热值燃料大比例燃用煤泥、矸石、油页岩、石煤，系统稳定性好