外高桥三厂节能及环保技术

探索火电大机组的增效与减排——外高桥第三电厂的节能及环保技术冯伟忠上海外高桥第三发电有限责任公司上海申能能源科技有限公司二○一四年四月1报告提纲:一、背景和需求二、国外先进煤电机组三、外高桥第三电厂的节能技术及成效四、节能减排技术案例

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防止机组效率的下降——SPE综合治理系列技术4.2

火电机组集中式变频总电源技术

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节能型全负荷脱硝技术五、下一阶段的研究和发展方向22报告提纲:一、背景和需求二、国外先进煤电机组三、外高桥第三电厂的节能技术及成效四、节能减排技术案例

4.1防止机组效率的下降——SPE综合治理系列技术4.2火电机组集中式变频总电源技术4.3节能型全负荷脱硝技术五、下一阶段的研究和发展方向33煤炭——是目前以至今后相当一段时间内世界上最主要的一次能源，也是最大的二氧化碳排放来源，同时也是重要的大气污染源。近来频繁的雾霾，更使煤炭成为矛盾的焦点。为应对全球变暖和环境污染，节能减排已成为国际社会的共识，中国政府承诺，到2020年，单位国内生产总值(GDP)二氧化碳排放（碳排放强度）比2005年下降40%至45%。4由于中国已探明的一次能源中煤炭占了近90%的特殊性，以及煤电总装机容量已达9亿千瓦的现实，为协调好环境与电力发展的矛盾，煤电行业的高效化和发展节能减排技术应作为我国长期的发展战略。一、背景和需求4报告提纲:一、背景和需求二、国外先进煤电机组三、外高桥第三电厂的节能技术及成效四、节能减排技术案例

4.1防止机组效率的下降——SPE综合治理系列技术4.2火电机组集中式变频总电源技术4.3节能型全负荷脱硝技术五、下一阶段的研究和发展方向55丹麦：Nordjlandsvarket3号机29MPa/580℃/580℃/580℃冷却水温10℃背压2.3KPa德国Boxberg电厂910MW机组

Boxberge容量(MW)1×910炉型/燃料塔式/褐煤最大蒸发量(T/h)2422主蒸汽参数(Mpa/℃)26.6/545℃再热蒸汽参数(Mpa/℃)5.8/580给水温度（℃）274排汽压力（kPa）3.3（2.91/3.68）末级叶片长度（mm）977(38.5'')投产时间2001Boxberg

910MW机组2004年平均供电煤耗289.8克/千瓦时9日本新矶子电厂1号机容量：600MW；塔式锅炉（日本国产）蒸汽参数：25MPa/600℃/610℃汽轮发电机制造商：德国SIEMENS，三缸二排汽

日本新矶子电厂1号机组热效率变化趋势40.7%（301.8克/千瓦时）40.3%（304.8克/千瓦时）报告提纲:一、背景和需求二、国外先进煤电机组三、外高桥第三电厂的节能技术及成效四、节能减排技术案例

4.1防止机组效率的下降——SPE综合治理系列技术4.2火电机组集中式变频总电源技术4.3节能型全负荷脱硝技术五、下一阶段的研究和发展方向1213上海外高桥第三发电有限责任公司，建设两台1000MW超超临界机组，2005年9月开工建设，2008年6月全部建成。锅炉：

塔式，超超临界，一次再热，平衡通风，四角切圆燃烧，螺旋水冷壁，固态排渣燃煤（粉）锅炉。炉顶标高129m。由上海锅炉厂引进德国ALSTOM技术并生产。基本参数：主汽压力：28MPa，主、再热蒸汽温度：605℃/603℃，额定蒸汽流量：2732T/H主设备概况14汽轮机：超超临界，单轴，四缸四排汽，反动式，双背压，凝汽式汽轮机。由上海汽轮机厂引进德国SIEMENS技术并生产。基本参数：主蒸汽压力：25.86MPa，主、再热蒸汽温：600℃/600℃，

功率：1000MW工程概况主设备概况15公司从建厂起，就以工程为契机，以节能减排为重点，开展了一大批综合优化和科技创新项目。这些节能减排技术涵盖了系统设计优化；设备改进；研发专门节能设备；机组启动和运行方式及控制策略的优化和创新等。由于部分技术不但节能和减排效果显著，还因简化了系统，提高了安全性，且显著降低了投资，故项目的总投资并不因为这一系列技术的实施而增加。机组投产后，为进一步提升机组的环保水平，同时又能兼顾机组能耗和运行费用的降低，几年来，又先后研发和实施了“零能耗脱硫技术”；“节能型高效除尘技术”以及“节能型高效全天候脱硝技术”等，使机组的节能和环保水平又有了新的飞跃。目前外三机组的理论净效率（含脱硫、脱硝）已提升至46.5%

，这已与目前700℃计划的期望效率相当，在世界上遥遥领先。16原世界运行效率最高的丹麦Nordjylland电厂3号411MW两次再热，低温海水冷却机组，2009年供电煤耗（不含供热）286.08克/千瓦时（净效率42.93%），平均发电负荷率89%。折合75%负荷率下的供电煤耗288.48克/千瓦时。1717报告提纲:一、背景和需求二、国外先进煤电机组三、外高桥第三电厂的节能技术及成效四、节能减排技术案例

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防止机组效率的下降——SPE综合治理系列技术4.2火电机组集中式变频总电源技术4.3节能型全负荷脱硝技术五、下一阶段的研究和发展方向18184.1、防止机组效率下降——SPE综合治理系列技术遭氧化皮阻塞的管子被固体颗粒侵蚀的叶片被固体颗粒侵蚀的旁路阀芯管道的蒸汽侧氧化；氧化皮阻塞引起的炉管超温和爆管；氧化皮破碎形成的颗粒引起的汽轮机叶片及旁路阀芯等侵蚀（固体颗粒侵蚀SPE），导致机组效率不断下降，是超（超）临界机组面临的突出问题，并已经困扰国际发电技术领域几十年。中国近年来投产的超临界和超超临界机组也出现了这方面较严重的倾向，若不加以重视，相当部分的节能减排成果就会被其吞噬。19节能减排技术案例一德国原运行效率最高的Niederaussem电厂1025MW超超临界机组，投产仅一年，就因SPE问题，其高压缸的内效率就下降了3.6%世界设计效率最高的丹麦NORDJYLLAND电厂3号机组（411MW，两次再热，超超临界，低温海水冷却，排汽压力2.3kPa），如果不是因为严重的SPE问题，机组在89%发电负荷率下的运行效率不应低于外三机组。日本运行效率最高的矶子电厂新一号机600MW超超临界机组，设计含脱硫、脱硝的净效率43%（供电煤耗285.7克/千瓦时），在全年大部分时间都是满负荷运行的情况下，其运行效率最高的年份（2002年）的实际运行净效率也仅为40.7%（供电煤耗301.8克/千瓦时）。这里也明显反映出了SPE的影响。20随着我国超（超）临界机组的大规模建设，以及一些机组系统设计及启动方式的不当，这一问题也日益突出。除了因氧化皮阻塞引起的炉管超温和爆管事故呈频发之势外，其隐形的后果——固体颗粒侵蚀导致的机组效率下降也已逐步显现，部分机组已相当严重。以下是3个1000MW超超临界项目（并网2～2.7年后）在线运行汽耗的比较：8月中旬对比机组配置负荷给水流量汽耗比A电厂2台1000MW∏型炉有调节级汽轮机一级旁路949.9MW2902.1T/h1.0951/3.0552+9.51%B电厂2台1000MW∏型炉无调节级汽轮机40%/65%旁路966.5MW2828.6T/h1.049/2.9266+4.9%外三电厂2台1000MW塔式炉无调节级汽轮机100%/65%旁路950.7MW2652.3T/h1.0/2.789821针对这类问题产生的机理进行了全面和深入的研究，提出了综合治理的技术路线，其基本思路为：1、应设法防止和减缓高温蒸汽金属氧化物的生成；

2、对于已生成的金属氧化物应避免其脱落；

3、对已脱落的金属氧化物应尽快予以清除；

4、对未能清除的金属氧化物应尽量减轻其对汽轮机叶片的破坏等。根据这一思路和技术路线，研发了一整套所谓的中医全身疗法的蒸汽氧化和固体颗粒侵蚀综合治理的系列技术，他涵盖了系统设计、设备选型、施工及调试、机组控制、启动和运行方式等方面的一系列的改进和创新。从而使这一困扰了世界发电领域几十年的顽症被彻底根治蒸汽氧化及SPE预防系列技术22600MW亚临界机组末级过热器氧化皮阻塞德国Niederaussem电厂1025MW锅炉再热器氧化皮某1000MW超超临界塔式炉末级过热器弯头处堆积氧化皮900MW超临界锅炉再热器管高温段运行一年后割管检查外高桥三发电锅炉运行30个月后炉管情况外高桥三发电锅炉运行30个月后炉管情况23某600MW超临界机组被固体颗粒严重侵蚀的汽轮机叶片某600MW超临界机组被固体颗粒侵蚀的汽轮机叶片某600MW超临界机组被固体颗粒侵蚀的汽轮机叶片运行30个月后，外三机组汽轮机叶片24报告提纲:一、背景和需求二、国外先进煤电机组三、外高桥第三电厂的节能技术及成效四、节能减排技术案例

4.1防止机组效率的下降——SPE综合治理系列技术4.2

火电机组集中式变频总电源技术4.3节能型全负荷脱硝技术五、下一阶段的研究和发展方向25254.2、火电机组集中式变频总电源技术由于上海地区煤电的调峰范围大，达40-100%，在低负荷时，辅机均处于低效运行工况，若能进行变速运行，其运行效率将大为改善。但传统的电子式大功率高电压变频技术，可靠性低，占地大，性价比较低。集中式变频总电源技术，利用单独设置的转速可调的小汽轮机推动一个发电机，通过改变小汽轮机的转速，从而改变发电机输出的交流电的频率。这个发电机为连接在同一母线上的所有辅机提供变频动力电源。与此同时，所有连接在该母线上的辅机都连接有一路工频电源，作为备用。集中式变频总电源根据机组的负荷情况，为连接在其上的所有辅机提供初步调整的调频电源，每一个辅机上的调节结构如阀门、挡板各自进行微调，以保证满足生产要求。26节能减排技术案例二26本集中式变频电源的小汽轮机为凝汽式，自带凝汽器。汽源取自主汽轮机抽汽。两台机组的变频总电源系统已于2013年全部建成投产，目前的厂用电率已降至2%水平。集中式变频总电源原理图2727机组变频总电源系统2828报告提纲:一、背景和需求二、国外先进煤电机组三、外高桥第三电厂的节能技术及成效四、节能减排技术案例

4.1防止机组效率的下降——SPE综合治理系列技术4.2火电机组集中式变频总电源技术

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节能型全负荷脱硝技术五、下一阶段的研究和发展方向29294.3、节能型全负荷脱硝技术外三两台锅炉配置的脱硝装置，采用选择性催化还原法(SCR)工艺。反应器采用高飞灰布置方式，位于省煤器与空预器之间。催化剂为美国康宁公司生产的蜂窝式催化剂。用液态纯氨作还原剂，与烟气中的NOx进行反应生成氮气和水，从而降低烟气中的NOx排放。第一台SCR的催化剂布置按三层设计，实装2层共550m3，设计寿命16000小时。与机组同步建设。第二台SCR与2013年6月完成改造并投产。节能减排技术案例三30

SCR脱硝运行低负荷退出问题：中国发电的主要方式为煤电，其调峰不可避免。上海的调峰范围为40~100%。在低负荷下的SCR工作烟温将不能维持，SCR不得不退出运行，但此时锅炉的NOx产生浓度高达额定负荷时的2-3倍。这意味着在更需要脱硝的情况下，SCR反而却不能作为。机组负荷曲线NOx排放量31国外解决SCR连续运行的措施：1、装有SCR装置的大型火电机组维持在较高负荷运行。2、加装锅炉省煤器旁路烟道。在省煤器前直接引一部分烟气至SCR装置，提高低负荷下的SCR入口烟气温度以维持其运行，这种方法的代价是煤耗显著增加。3、将锅炉的省煤器设计成两部分，其低温部分置于SCR出口侧，将SCR布置于烟气温度较高的区域，从而解决低负荷烟温过低无法运行的问题。由于偏离了催化剂的最佳反应温度范围，脱硝效率会有所下降。此外，该方法仅适用于新建机组。

3233弹性回热技术——可调式抽汽补充加热锅炉给水于高压缸处选择一个合适的抽汽点，并相应增加一个抽汽可调式的给水加热器在负荷降低时，通过调节门可控制该加热器的入口压力基本不变，从而能维持给水温度基本不变。回热抽汽补充加热锅炉给水流程图回热抽汽补充加热锅炉给水原理图解决方案：34弹性回热技术的作用及成效：1、解决了SCR低负荷运行的世界难题。低负荷下省煤器入口水温的提高，使其出口烟温相应上升，可确保SCR在全负荷范围内处于催化剂的高效区运行，2011年的外三脱硝系统全年投入率达98.54%，真正实现了全天侯脱硝。经上海市环保局统计，外三一台机组全年的NOx减排量超过了上海同类两台机组。2、使环保和节能达到完美统一。低负荷下汽轮机抽汽量的增加，提高了热力系统的循环效率。根据SIEMENS计算，在50%负荷工况下，可降低汽轮机热耗57kJ/kw，相当于降低煤耗2.18克/千瓦时，投资可在3年内回收。3、提高锅炉水动力安全性。省煤器入口水温的提高，使省煤器出口即水冷壁入口水温亦相应提高，减少了水冷壁入口欠焓，显著提高了低负荷工况下的水动力特性，大大提高了水冷壁的运行安全性。354、提高锅炉低负荷燃烧效率和稳燃性能。省煤器出口烟温的上升，通过空气预热器，相应提高了一次风和二次风的热风温度，即提高了制粉系统的干燥出力，又改善了低负荷下锅炉的燃烧效率和稳燃性能，提高了安全性。5、显著提高机组的调频能力和调频经济性。在机组需快速加（减）负荷时可使用抽汽调节阀快速减少（增加）抽汽量予以响应，待锅炉热负荷跟上后，再进行反向调节，最终仍满足平均给水温度不变。结合凝结水调频技术，可使汽轮机主调门全开，补汽阀全关，机组调频性能和变负荷经济性显著提高。6、提高机组调频运行的安全性。由于锅炉省煤器重达2000T，其巨大的蓄热量可使其出口温度在这调节过程中保持不变。而因省煤器及入口联箱等均为碳钢和低合金钢，抗温度变化（应力）能力远优于采用合金钢的过热器、再热器和相关联箱等。故该调频技术的安全性远胜于传统的汽轮机调门调节方法。弹性回热技术的作用及成效36欧盟新国标燃气轮机外三原国标37报告提纲:一、背景和需求二、国外先进煤电机组三、外高桥第三电厂的节能技术及成效四、节能减排技术案例

4.1防止机组效率的下降——SPE综合治理系列技术4.2火电机组集中式变频总电源技术4.3节能型全负荷脱硝技术五、下一阶段的研究和发展方向38387.1为确保节能减排技术的可持续发展，我们坚持“研究一批，储备一批，实施一批”的战略。目前，“外三”又有多项新的重大节能减排创新技术完成了理论研究和项目策划。这些项目将结合每年的机组检修分批实施。届时，“外三”两台机组的能效和环保水平还将进一步提升。七、下一阶段研究和发展方向：397.2、根据“一种高低位分轴布置的汽轮发电机”专利技术，研发新一代高效超临界机组背景：发展更高效的两次再热及700℃高效超临界机组，均遇到高温高压主蒸汽及再热蒸汽管道造价昂贵等与管道相关的瓶颈问题技术核心：采用双轴汽轮发电机，将其中的高（中）压缸轴系布置于锅炉上靠近过热器和再热器的出口联箱处，（中）低压缸轴系则仍按常规布置。技术优势：取消了大部分高价值的高温高压蒸汽管道，从而也相应消除了这部分管道对应的压力和散热损失。该技术尤适合于二次再热机组和700℃高效超临界机组。

40401350MW、二次