外高橋三廠節(jié)能及環(huán)保技術(shù)

探索火電大機(jī)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(bào)告提綱:一、背景和需求二、國(guó)外先進(jìn)煤電機(jī)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(jī)組效率的下降——SPE綜合治理系列技術(shù)4.2

火電機(jī)組集中式變頻總電源技術(shù)

4.3

節(jié)能型全負(fù)荷脫硝技術(shù)五、下一階段的研究和發(fā)展方向22報(bào)告提綱:一、背景和需求二、國(guó)外先進(jìn)煤電機(jī)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(jī)組效率的下降——SPE綜合治理系列技術(shù)4.2火電機(jī)組集中式變頻總電源技術(shù)4.3節(jié)能型全負(fù)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(shí)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(lái)源，同時(shí)也是重要的大氣污染源。近來(lái)頻繁的霧霾，更使煤炭成為矛盾的焦點(diǎn)。為應(yīng)對(duì)全球變暖和環(huán)境污染，節(jié)能減排已成為國(guó)際社會(huì)的共識(shí)，中國(guó)政府承諾，到2020年，單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)二氧化碳排放（碳排放強(qiáng)度）比2005年下降40%至45%。4由于中國(guó)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(jī)容量已達(dá)9億千瓦的現(xiàn)實(shí)，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(guó)長(zhǎng)期的發(fā)展戰(zhàn)略。一、背景和需求4報(bào)告提綱:一、背景和需求二、國(guó)外先進(jìn)煤電機(jī)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(jī)組效率的下降——SPE綜合治理系列技術(shù)4.2火電機(jī)組集中式變頻總電源技術(shù)4.3節(jié)能型全負(fù)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(hào)機(jī)29MPa/580℃/580℃/580℃冷卻水溫10℃背壓2.3KPa德國(guó)Boxberg電廠910MW機(jī)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(jí)葉片長(zhǎng)度（mm）977(38.5'')投產(chǎn)時(shí)間2001Boxberg

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

日本新磯子電廠1號(hào)機(jī)組熱效率變化趨勢(shì)40.7%（301.8克/千瓦時(shí)）40.3%（304.8克/千瓦時(shí)）報(bào)告提綱:一、背景和需求二、國(guó)外先進(jìn)煤電機(jī)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(jī)組效率的下降——SPE綜合治理系列技術(shù)4.2火電機(jī)組集中式變頻總電源技術(shù)4.3節(jié)能型全負(fù)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(tái)1000MW超超臨界機(jī)組，2005年9月開(kāi)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(jìn)德國(guó)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(jī)：超超臨界，單軸，四缸四排汽，反動(dòng)式，雙背壓，凝汽式汽輪機(jī)。由上海汽輪機(jī)廠引進(jìn)德國(guó)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(jī)，以節(jié)能減排為重點(diǎn)，開(kāi)展了一大批綜合優(yōu)化和科技創(chuàng)新項(xiàng)目。這些節(jié)能減排技術(shù)涵蓋了系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化；設(shè)備改進(jìn)；研發(fā)專門(mén)節(jié)能設(shè)備；機(jī)組啟動(dòng)和運(yùn)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(jiǎn)化了系統(tǒng)，提高了安全性，且顯著降低了投資，故項(xiàng)目的總投資并不因?yàn)檫@一系列技術(shù)的實(shí)施而增加。機(jī)組投產(chǎn)后，為進(jìn)一步提升機(jī)組的環(huán)保水平，同時(shí)又能兼顧機(jī)組能耗和運(yùn)行費(fèi)用的降低，幾年來(lái)，又先后研發(fā)和實(shí)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(jī)組的節(jié)能和環(huán)保水平又有了新的飛躍。目前外三機(jī)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(jì)劃的期望效率相當(dāng)，在世界上遙遙領(lǐng)先。16原世界運(yùn)行效率最高的丹麥Nordjylland電廠3號(hào)411MW兩次再熱，低溫海水冷卻機(jī)組，2009年供電煤耗（不含供熱）286.08克/千瓦時(shí)（凈效率42.93%），平均發(fā)電負(fù)荷率89%。折合75%負(fù)荷率下的供電煤耗288.48克/千瓦時(shí)。1717報(bào)告提綱:一、背景和需求二、國(guó)外先進(jìn)煤電機(jī)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(jī)組效率的下降——SPE綜合治理系列技術(shù)4.2火電機(jī)組集中式變頻總電源技術(shù)4.3節(jié)能型全負(fù)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(jī)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(jī)葉片及旁路閥芯等侵蝕（固體顆粒侵蝕SPE），導(dǎo)致機(jī)組效率不斷下降，是超（超）臨界機(jī)組面臨的突出問(wèn)題，并已經(jīng)困擾國(guó)際發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域幾十年。中國(guó)近年來(lái)投產(chǎn)的超臨界和超超臨界機(jī)組也出現(xiàn)了這方面較嚴(yán)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(huì)被其吞噬。19節(jié)能減排技術(shù)案例一德國(guó)原運(yùn)行效率最高的Niederaussem電廠1025MW超超臨界機(jī)組，投產(chǎn)僅一年，就因SPE問(wèn)題，其高壓缸的內(nèi)效率就下降了3.6%世界設(shè)計(jì)效率最高的丹麥NORDJYLLAND電廠3號(hào)機(jī)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?yàn)閲?yán)重的SPE問(wèn)題，機(jī)組在89%發(fā)電負(fù)荷率下的運(yùn)行效率不應(yīng)低于外三機(jī)組。日本運(yùn)行效率最高的磯子電廠新一號(hào)機(jī)600MW超超臨界機(jī)組，設(shè)計(jì)含脫硫、脫硝的凈效率43%（供電煤耗285.7克/千瓦時(shí)），在全年大部分時(shí)間都是滿負(fù)荷運(yùn)行的情況下，其運(yùn)行效率最高的年份（2002年）的實(shí)際運(yùn)行凈效率也僅為40.7%（供電煤耗301.8克/千瓦時(shí)）。這里也明顯反映出了SPE的影響。20隨著我國(guó)超（超）臨界機(jī)組的大規(guī)模建設(shè)，以及一些機(jī)組系統(tǒng)設(shè)計(jì)及啟動(dòng)方式的不當(dāng)，這一問(wèn)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(shì)外，其隱形的后果——固體顆粒侵蝕導(dǎo)致的機(jī)組效率下降也已逐步顯現(xiàn)，部分機(jī)組已相當(dāng)嚴(yán)重。以下是3個(gè)1000MW超超臨界項(xiàng)目（并網(wǎng)2～2.7年后）在線運(yùn)行汽耗的比較：8月中旬對(duì)比機(jī)組配置負(fù)荷給水流量汽耗比A電廠2臺(tái)1000MW∏型爐有調(diào)節(jié)級(jí)汽輪機(jī)一級(jí)旁路949.9MW2902.1T/h1.0951/3.0552+9.51%B電廠2臺(tái)1000MW∏型爐無(wú)調(diào)節(jié)級(jí)汽輪機(jī)40%/65%旁路966.5MW2828.6T/h1.049/2.9266+4.9%外三電廠2臺(tái)1000MW塔式爐無(wú)調(diào)節(jié)級(jí)汽輪機(jī)100%/65%旁路950.7MW2652.3T/h1.0/2.789821針對(duì)這類問(wèn)題產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)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(duì)于已生成的金屬氧化物應(yīng)避免其脫落；

3、對(duì)已脫落的金屬氧化物應(yīng)盡快予以清除；

4、對(duì)未能清除的金屬氧化物應(yīng)盡量減輕其對(duì)汽輪機(jī)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(jì)、設(shè)備選型、施工及調(diào)試、機(jī)組控制、啟動(dòng)和運(yùn)行方式等方面的一系列的改進(jìn)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(jī)組末級(jí)過(guò)熱器氧化皮阻塞德國(guó)Niederaussem電廠1025MW鍋爐再熱器氧化皮某1000MW超超臨界塔式爐末級(jí)過(guò)熱器彎頭處堆積氧化皮900MW超臨界鍋爐再熱器管高溫段運(yùn)行一年后割管檢查外高橋三發(fā)電鍋爐運(yùn)行30個(gè)月后爐管情況外高橋三發(fā)電鍋爐運(yùn)行30個(gè)月后爐管情況23某600MW超臨界機(jī)組被固體顆粒嚴(yán)重侵蝕的汽輪機(jī)葉片某600MW超臨界機(jī)組被固體顆粒侵蝕的汽輪機(jī)葉片某600MW超臨界機(jī)組被固體顆粒侵蝕的汽輪機(jī)葉片運(yùn)行30個(gè)月后，外三機(jī)組汽輪機(jī)葉片24報(bào)告提綱:一、背景和需求二、國(guó)外先進(jìn)煤電機(jī)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(jī)組效率的下降——SPE綜合治理系列技術(shù)4.2

火電機(jī)組集中式變頻總電源技術(shù)4.3節(jié)能型全負(fù)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(jī)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(dá)40-100%，在低負(fù)荷時(shí)，輔機(jī)均處于低效運(yùn)行工況，若能進(jìn)行變速運(yùn)行，其運(yùn)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(jià)比較低。集中式變頻總電源技術(shù)，利用單獨(dú)設(shè)置的轉(zhuǎn)速可調(diào)的小汽輪機(jī)推動(dòng)一個(gè)發(fā)電機(jī)，通過(guò)改變小汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變發(fā)電機(jī)輸出的交流電的頻率。這個(gè)發(fā)電機(jī)為連接在同一母線上的所有輔機(jī)提供變頻動(dòng)力電源。與此同時(shí)，所有連接在該母線上的輔機(jī)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(jī)組的負(fù)荷情況，為連接在其上的所有輔機(jī)提供初步調(diào)整的調(diào)頻電源，每一個(gè)輔機(jī)上的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)如閥門(mén)、擋板各自進(jìn)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(jī)為凝汽式，自帶凝汽器。汽源取自主汽輪機(jī)抽汽。兩臺(tái)機(jī)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(jī)組變頻總電源系統(tǒng)2828報(bào)告提綱:一、背景和需求二、國(guó)外先進(jìn)煤電機(jī)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(jī)組效率的下降——SPE綜合治理系列技術(shù)4.2火電機(jī)組集中式變頻總電源技術(shù)

4.3

節(jié)能型全負(fù)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(fù)荷脫硝技術(shù)外三兩臺(tái)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(guó)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(jìn)行反應(yīng)生成氮?dú)夂退?，從而降低煙氣中的NOx排放。第一臺(tái)SCR的催化劑布置按三層設(shè)計(jì)，實(shí)裝2層共550m3，設(shè)計(jì)壽命16000小時(shí)。與機(jī)組同步建設(shè)。第二臺(tái)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(yùn)行低負(fù)荷退出問(wèn)題：中國(guó)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(fù)荷下的SCR工作煙溫將不能維持，SCR不得不退出運(yùn)行，但此時(shí)鍋爐的NOx產(chǎn)生濃度高達(dá)額定負(fù)荷時(shí)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(jī)組負(fù)荷曲線NOx排放量31國(guó)外解決SCR連續(xù)運(yùn)行的措施：1、裝有SCR裝置的大型火電機(jī)組維持在較高負(fù)荷運(yùn)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(fù)荷下的SCR入口煙氣溫度以維持其運(yùn)行，這種方法的代價(jià)是煤耗顯著增加。3、將鍋爐的省煤器設(shè)計(jì)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(fù)荷煙溫過(guò)低無(wú)法運(yùn)行的問(wèn)題。由于偏離了催化劑的最佳反應(yīng)溫度范圍，脫硝效率會(huì)有所下降。此外，該方法僅適用于新建機(jī)組。

3233彈性回?zé)峒夹g(shù)——可調(diào)式抽汽補(bǔ)充加熱鍋爐給水于高壓缸處選擇一個(gè)合適的抽汽點(diǎn)，并相應(yīng)增加一個(gè)抽汽可調(diào)式的給水加熱器在負(fù)荷降低時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)門(mén)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(bǔ)充加熱鍋爐給水流程圖回?zé)岢槠a(bǔ)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(fù)荷運(yùn)行的世界難題。低負(fù)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(fù)荷范圍內(nèi)處于催化劑的高效區(qū)運(yùn)行，2011年的外三脫硝系統(tǒng)全年投入率達(dá)98.54%，真正實(shí)現(xiàn)了全天侯脫硝。經(jīng)上海市環(huán)保局統(tǒng)計(jì)，外三一臺(tái)機(jī)組全年的NOx減排量超過(guò)了上海同類兩臺(tái)機(jī)組。2、使環(huán)保和節(jié)能達(dá)到完美統(tǒng)一。低負(fù)荷下汽輪機(jī)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(jì)算，在50%負(fù)荷工況下，可降低汽輪機(jī)熱耗57kJ/kw，相當(dāng)于降低煤耗2.18克/千瓦時(shí)，投資可在3年內(nèi)回收。3、提高鍋爐水動(dòng)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(fù)荷工況下的水動(dòng)力特性，大大提高了水冷壁的運(yùn)行安全性。354、提高鍋爐低負(fù)荷燃燒效率和穩(wěn)燃性能。省煤器出口煙溫的上升，通過(guò)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(fù)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(jī)組的調(diào)頻能力和調(diào)頻經(jīng)濟(jì)性。在機(jī)組需快速加（減）負(fù)荷時(shí)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(fù)荷跟上后，再進(jìn)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(jī)主調(diào)門(mén)全開(kāi)，補(bǔ)汽閥全關(guān)，機(jī)組調(diào)頻性能和變負(fù)荷經(jīng)濟(jì)性顯著提高。6、提高機(jī)組調(diào)頻運(yùn)行的安全性。由于鍋爐省煤器重達(dá)2000T，其巨大的蓄熱量可使其出口溫度在這調(diào)節(jié)過(guò)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(yuǎn)優(yōu)于采用合金鋼的過(guò)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(yuǎn)勝于傳統(tǒng)的汽輪機(jī)調(diào)門(mén)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(guó)標(biāo)燃?xì)廨啓C(jī)外三原國(guó)標(biāo)37報(bào)告提綱:一、背景和需求二、國(guó)外先進(jìn)煤電機(jī)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(jī)組效率的下降——SPE綜合治理系列技術(shù)4.2火電機(jī)組集中式變頻總電源技術(shù)4.3節(jié)能型全負(fù)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(jiān)持“研究一批，儲(chǔ)備一批，實(shí)施一批”的戰(zhàn)略。目前，“外三”又有多項(xiàng)新的重大節(jié)能減排創(chuàng)新技術(shù)完成了理論研究和項(xiàng)目策劃。這些項(xiàng)目將結(jié)合每年的機(jī)組檢修分批實(shí)施。屆時(shí)，“外三”兩臺(tái)機(jī)組的能效和環(huán)保水平還將進(jìn)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(jī)”專利技術(shù)，研發(fā)新一代高效超臨界機(jī)組背景：發(fā)展更高效的兩次再熱及700℃高效超臨界機(jī)組，均遇到高溫高壓主蒸汽及再熱蒸汽管道造價(jià)昂貴等與管道相關(guān)的瓶頸問(wèn)題技術(shù)核心：采用雙軸汽輪發(fā)電機(jī)，將其中的高（中）壓缸軸系布置于鍋爐上靠近過(guò)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(shì)：取消了大部分高價(jià)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(duì)應(yīng)的壓力和散熱損失。該技術(shù)尤適合于二次再熱機(jī)組和700℃高效超臨界機(jī)組。

40401350MW、二次