上海外高桥第三电厂超超临界机组节能及环保技术

上海外高桥第三电厂超超临界机组节能及环保技术第1页/共35页工程概况锅炉：

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。主设备概况第2页/共35页主设备概况汽轮机：

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。工程概况第3页/共35页上海外高桥第三发电有限责任公司的两台1000MW超超临界机组，于2005年9月开工建设，2008年6月全部建成。常规设计的600℃等级超超临界、一次再热，20℃冷却水温，含脱硫、脱硝机组的理论净效率约为43～43.5%。公司以新建工程为契机，以节能减排为重点，秉承“节能是最好的环保”的理念，立足现有条件，在现有蒸汽参数、材料技术及单位造价条件下，开展了一大批综合优化和科技创新项目。通过建设期及投产后的全面、持续的优化和创新，机组效率不断提高。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。4第4页/共35页节能技术成效5第5页/共35页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。6年平均负荷率：75%75%74%81%77%年平均净效率:44.5%第6页/共35页大气污染的三大元凶：SO2、NOx、粉尘燃煤电厂环保责任重大PM2.5社会热点问题7第7页/共35页基于中国的煤电占比达世界平均水平的一倍及严峻的大气污染形势，为缓解环境压力，中国政府在2012年颁布了号称史上最严厉的煤电烟气排放新标准。对于上海、北京等重点地区为：SO2：50mg/m3（原200mg/m3）；NOx：100mg/m3（原450mg/m3）烟尘：20mg/m3（原50mg/m3）8第8页/共35页？传统环保的困局

高环保标准、低排放->高投入、高能耗、高运行费用如：对于100mg/m3的NOx排放标准，不可能通过低氮燃烧来满足。因此所有电站锅炉都将安装脱硝装置。目前普遍采用的是选择性催化还原法（SCR）技术。9破解传统环保困局：寻求节能型环保技术，使社会效益与企业效益和谐统一！第9页/共35页

1、零能耗脱硫技术目前的石灰石-石膏湿法脱硫，需耗用约1%以上的厂用电，此类系统实际为“耗能减排”。

零能耗脱硫技术核心：1、通过改进工艺和运行方式，使整个脱硫系统在额定工况下的耗电率降至0.8%以内；2、研发并加装了脱硫烟气热能回收装置，并将这部分热量送回热力系统以替代汽轮机抽汽加热凝结水，减少汽轮机的热耗，从而平衡脱硫系统的能耗。3、烟气热能回收装置布置于增压风机与脱硫塔之间，不但能回收锅炉的排烟热能，还能回收引风机与增压风机的做功导致的烟气温升（5℃

-10℃），显著提升了项目的边际效益。10节能型环保技术案例第10页/共35页

金相分析：硫腐蚀对换热器最低温段的金属有效壁厚的最大减薄量仅为0.033mm（管子实际壁厚3.5mm），其对运行寿命的影响可以忽略。根据性能试验结果，该系统降低煤耗2.71克/千瓦时，折合年节标煤达3万吨，脱硫吸收塔的水耗下降45吨/小时以上。其投资回收期<3年。技术的关键：

防止热能回收装置的烟侧低温腐蚀及积灰堵塞。运行一年后运行二年后清除浮灰后11第11页/共35页1、降低烟速通过综合优化，机组烟气总量较设计值减少达18.4%。在静电除尘器结构不变的前提下，烟速降低使其携带动量减小，滞留时间增加，有利于烟尘的在电场内的沉降和降低电除尘出口的二次携带。煤耗及总烟气量的降低，使得静电除尘器比集尘面积相对增加，从而提高电除尘的效率。2、节能高效除尘系列技术2、采用高频电源技术对静电除尘器的电源装置进行改造高频电源供给电场的是一系列的电流脉冲（脉冲宽度在5~20微秒），可以提高烟尘的荷电效率，提高粉尘迁移速度，从而提高除尘效率。在烟尘带有足够电荷的前提下，可尽量减少无效的电场电离，从而大幅度减少电除尘器电场供电能量损耗。12节能型环保技术案例第12页/共35页项目成效：外三机组在技术改造后，电除尘出口烟尘浓度及高频电源总功耗显著降低。2012年全年平均烟尘排放浓度11.03mg/m3，远低于新版标准的限额值。35-50mg/m³10-23mg/m³871KW266KW高频电源总功耗电除尘出口烟尘浓度用电量下降了70%。全年节约厂用电量907万度，粉尘减排量1147吨13第13页/共35页3、节能型全天候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。催化剂布置按三层设计，实装2层共550m3，设计寿命16000小时。节能型环保技术案例第14页/共35页脱硝运行存在的问题：1、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。2、SCR在运行时，会有少量的NH3逃逸，并与烟气中的SO3反应生成NH3HSO4，易造成空预器低温段的强烈腐蚀及堵灰，继而风机用电显著增加，严重的甚至可危及锅炉的运行安全及出力。外三的SCR运行不到一年，空预器就发生了较严重的堵塞。3、催化剂寿命有限，需定期更换，费用高，工作量大，废旧催化剂的后处理困难。第15页/共35页第16页/共35页国外解决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。

第17页/共35页第18页/共35页问题分析与研究：锅炉低负荷运行所产生的一系列问题及原因分析：锅炉低负荷运行烟气温度低水动力不稳定燃烧不稳定，效率低一次风温低，制粉干燥出力低机组循环效率低给水温度低关键问题对策：提高低负荷下的给水温度脱硝系统退出烟气温度低第19页/共35页弹性回热技术——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第20页/共35页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。第21页/共35页4、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第22页/共35页23一、空预器腐蚀及堵塞的产生1、根据氨逃逸率及硫酸氢氨生成浓度的不同，一般在150℃-230℃及以下温度就可能在空预器相应低温区域发生结露，其腐蚀性极强，且温度越低时的结露的趋势越严重。于此同时，呈碱性的烟灰会迅速粘附其上，吸收酸露并生成水泥状附着物，很难清除。为防止腐蚀，空预器的中、低温区域采用了搪瓷换热片。2、烟气流及所携带的大量烟灰亦会对凸于换热片表面的附着物产生冲刷作用，但当冲刷强度低于烟灰的粘结速率时，粘结附着物便会不断增长。而粘结物造成的通流面积的减少，又降低了烟气流的冲刷能力，导致恶性循环。4、根治空预器堵塞与腐蚀的技术节能型环保及安全技术案例第23页/共35页24二、空预器堵塞治理及广义回热技术（一期）的成效1、空预器堵塞的治理的关键是全面提高其进风的温度，显著提高空预器冷端换热片的平均运行温度。从而使其的结露区域下移，结露及烟灰粘结速率下降，确保烟气（灰）流的冲刷能力大于附着物粘结速率，消除烟灰粘结现象。与此同时，腐蚀问题也能迎刃而解。2、广义回热技术（一期）的基本思路是利用汽轮机的抽汽加热空预器进风，与传统暖风器不同的是该系统并不仅在低温季节使用，而是随机组同步运行，不但不会增加煤耗，还能起到降低煤耗的作用。3、自2009年10月将该系统安装投用后，空预器堵塞问题得到了彻底根治，到目前为止，空预器再未发生任何堵灰情况。后续的检查中发现，空预器冷端受热面表面呈金属光泽，原先尚未清除的灰垢都已不见踪影。经性能试验表明，该技术能降低机组煤耗达2克

/千瓦时第24页/共35页25第25页/共35页261、催化剂随着运行时间的的延长，其活性会不断降低。目前相关文献给出的主要原因为：催化剂中毒，积碳和积灰，催化剂烧结，其表面形成水合物，活性组分流失以及机械磨损等。一般过了设计寿命期，其脱销效率会快速下降。单台100万千瓦机组更换一层的费用为1000万/年。5、节能型催化剂保效及延寿技术节能型环保技术案例第26页/共35页272、外三从工程第一次点火起，就成功应用了自主创新的“蒸汽加热启动”及“催化剂预烘干及加热”等技术，颠覆了传统的锅炉启动方式，在锅炉的预热，包括SCR的预热阶段不点火，不但提高了启动安全性，还彻底杜绝了启动阶段，特别是冷态启动阶段燃油的不完全燃烧，尾部受热面以及SCR催化剂表面的凝结硫酸露，粘灰及二次燃烧等一系列导致催化剂寿命折损的问题，从而使催化剂的实际运行寿命损耗降到很低。3、截止于2013年9月底，SCR已累计运行超过36000小时，远远超过了16000小时