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走进火力发电历史前台的循环流化床技术(CFB)

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2008/1/16 12:06:25   

---四川白马30万千瓦循环流化床示范电站建设纪实

引言2006年4月17日,四川白马1×30万千瓦循环流化床示范工程完成168小时试运,投入商业运行;7月24日,按与外方签定的引进锅炉合同,完成了336小时满负荷运行考核。作为示范性工程,这标志着我国引进国外循环流化床设计制造技术取得成功,成为了我国洁净煤技术发展史上又一个里程碑。常压循环流化床发电技术是国际上公认的商业化程度最好、最成熟的洁净煤发电技术。而白马电站采用技贸结合方式建成投产的这台机组,是目前世界单机容量最大、技术水平最先进的CFB机组,毋庸置疑,白马电站成为了这方面技术的领航者。与常规机组进行168小时满负荷运行试验不同的是,白马电站CFB机组还要进行336小时满负荷运行试验。以超出常规的时间进行试验可谓谨慎,但目的十分明确:用更严格的标准考验引进技术设备,全面掌握30万千瓦CFB机组的运行技术,为其他即将投入运行的30万千瓦机组以及发展具有自主知识产权的60万千瓦CFB技术积累更多的经验,提供更多的运行数据,培养更多的技术人才。显然,白马CFB示范电站的建设、运行状况,对我国继续建设高容量CFB工程,尤其是通过其进行技术引进,再加以消化吸收再创新,发展具有自主知识产权技术的高容量CFB机组有着非凡的借鉴意义。

绿色环保CFB潜藏无限魅力

在国家对环境保护和节能降耗日益重视的今天,既发展能源工业又保护环境和节约资源就越发受到青睐。对于重点工业,尤其是关系到国计民生的电力工业,改善发电机组运行的性能及其对环境保护的影响,就显得尤为重要。我国的发电设备制造水平较世界先进水平还有一定差距。引进世界先进发电设备技术再加以消化和吸收及再创造,从而减少我国自主研发的时间,促进技术进步,并提高技术管理水平,将起到事半功倍的效果。我国的电力装机结构,在未来相当长的一段时间里还将是以火电为主。而从目前的装机结构来看,节能的潜力巨大。在"十一五"节能重点工程中,就明确指出了优化火力发电机组的方向。同时,火力发电产生的环境污染也屡被提及。据了解,空气中所含有的大量二氧化硫是影响我国环境的主要因素之一,而二氧化硫一半以上都产于火电机组。这样,在我国发电机组中占有70以上比例的火电机组的脱硫以及相关环保问题就日益成为人们关注的重点。2005年,国家发展和改革委员会就曾对主要违规电厂发出停产整顿的文件,而这些电厂所涉及到的机组都是高耗能和导致环境污染的机组。按照国家的规划,我国将于2010年建成3亿千瓦装机容量的火电脱硫设施,而预计到2006年底,却仅能有6000万千瓦装机容量的烟气脱硫设施修建而成。脱硫设备上马的最大阻碍并不是技术问题,设备价格昂贵、耗费资源才是发电企业身上的最大压力。同时满足高效节能和环保要求的发电机组无疑有极强的诱惑力。具有高效低污染等优点的新型洁净煤燃烧技术---循环流化床技术(CFB)就是在这样的背景下逐渐走入了火力发电的历史前台。CFB具有炉内燃烧脱硫率高的特点,不用占地建造脱硫装置。大容量的CFB机组的煤耗低、热效率高、节约资源等优点更是明显。

CFB属于低温燃烧,因此氮氧化物排放远低于煤粉炉,仅为100mg╱Nm3左右,并可实现在燃烧过程中直接脱硫,脱硫效率高且技术设备经济简单,其脱硫的初投资及运行费用远低于煤粉炉加烟气脱硫(PC+FCD),而且减少了大量劣质煤的占地问题。同时,CFB技术燃料适应性广且燃烧效率高、燃烧稳定,特别适合于低热值劣质煤。排出的灰渣活性好,易于实现综合利用,无二次灰渣污染。负荷调节范围大,低负荷可降到满负荷的30左右。在我国目前环保要求日益严格,电厂负荷调节范围较大、煤种多变、原煤直接燃烧比例高、国民经济发展水平不平衡、燃煤与环保的矛盾日益突出的情况下,CFB锅炉已成首选的高效低污染的新型燃烧技术。成为了我国新上火力发电厂建设中率先考虑的重要技术之一。从山东明水电厂投运第一台CFB锅炉以来,我国就不断地有CFB锅炉投入运营,至今已有超过2000台CFB锅炉在运行当中。但已运营的CFB机组普遍都在10万千瓦等级及以下,我国还不掌握大容量等级CFB技术。通过引进法国阿尔斯通技术,作为示范工程建造的国内第一台30万千瓦CFB机组,四川白马循环流化床示范电站有限责任公司展示了大容量发电机组的技术水平和实际应用的效果。

科学决策建设一流的环保示范电站

拥有国内第一台30万千瓦CFB机组的四川白马循环流化床示范电站有限责任公司位于四川省内江市白马镇。当初,根据国务院批准实施的《中国洁净煤技术"九五"计划和2010年发展纲要》要求,原国家计委决定在"九五"期间,以"技贸结合"方式引进国外大型循环流化床锅炉设计制造技术及系统设计技术,同时引进一台30万千瓦CFB锅炉。经过缜密地考虑,地点定在了四川白马。2003年4月25日,在北京人民大会堂,"四川白马洁净煤发电示范项目30万千瓦循环流化床锅炉设备采购暨技术转让合同签字仪式"在这里举行,国务院总理温家宝,法国总理拉法兰等领导人出席了签字仪式。合同正式签署后,我国大型循环流化床洁净煤发电技术引进及示范工程建设正式进入实施阶段。作为示范电站,该CFB机组引进一台法国阿尔斯通公司设计供货的1025t╱h的常压CFB锅炉及相应的关键设备,配套由东方汽轮机厂和东方电机厂供货的一台国产30万千瓦汽轮发电机组的示范电站。电站所引进的CFB制造技术接收方为三大锅炉厂,系统设计接收方为中国电力工程咨询公司(电规总院)和六大设计院。"白马30万千瓦CFB锅炉为现在世界上容量最大的30万千瓦级燃煤CFB锅炉,也是法国阿尔斯通公司设计制造的第一台30万千瓦级燃煤CFB锅炉。"四川白马循环流化床示范电站有限责任公司总经理胡昌华告诉记者,在机组安装、调试和试运等方面,都没有可借鉴的经验,但各参建方通过在现场大量的、艰苦的探索和设备改造等工作,工程的建设取得的成果足以令人自豪。事实证明,这项技术的引进取得了圆满成功。

除此之外,白马30万千瓦CFB示范电站建设采用的"引进设备同时引进技术"的建设模式,即以国内最小的市场(引进一台设备)换取世界上最先进的技术,也取得了成功。国内三大锅炉制造厂均共享了该技术,并实现了引进创新。工程于2003年5月15日正式开工;2004年8月3日锅炉钢架开始吊装;2005年5月30日厂用电正式带电,6月30日完成锅炉第一次水压试验,7月5日完成汽轮机扣盖,12月30日机组首次并网成功;2006年4月17日上午10点12分,完成168小时满负荷试运后正式投入商业运行。目前,该工程刚刚完成336小时满负荷运行试验。而更令白马人感到自豪的是,从2000年12月开始施工准备以来,白马30万千瓦CFB工程从未发生考核事故,实现了工程事故零目标。不仅如此,2005年12月24日,质监中心站对工程整套启动前进行了质监检查验收,建筑单位工程合格率为100,优良率96.7;安装单位工程优良率100;机组安装焊口31213道,焊口一次合格率99.13;热处理焊口4433道,全部合格。机组分系统调试优良率100,并按期实现并网发电目标。在克服了锅炉承压部件拖期3个月交货,锅炉耐火材料施工量大、难度高等困难,抢回近2个月工期,实现了2005年底并网发电的目标。试运行证明,该锅炉达到了引进锅炉合同的重要技术指标。SO2排放600mg╱Nm3,达到了536mg╱Nm3,脱硫率为95以上;NOx排放为250mg╱Nm3,适当增加石灰石灰量,还可获得更高,甚至是99的脱硫效率。

管理一流保证工程"万无一失"

从工程开工建设到投产发电,白马示范电站的管理水平,可圈可点。工程中,一个个项目的设计,到一道道工序的的实施,再到一个个网点的实现,科学化的管理始终贯穿于全过程,示范的初衷始终没变。在示范效应的带动下,该工程安装调试、运行人员的敬业精神得到了很好地激发,作业行为得到了很好的规范,工程质量得到了切实保证。工程开工伊始,公司管理层就明确了建设目标:按现代企业制度规范运作,建设一流示范工程。从设计、建设到生产管理,向全国先进水平看齐,力争部分经济指标达到国际先进水平。公司从管理入手,成立了股东会、董事会、监事会,实行董事会领导下的总经理负责制。在日常运作中,始终坚持规范化、程序化的管理原则,制定了组织工程建设的各项规章制度与工作程序文件,并严格贯彻到各个环节。公司整个管理体系层次清晰,职责明确,渠道畅通,有序运作。本着不断创新的精神,白马公司制定了测量评价手册,对参建单位的管理制度和运行情况进行测评,保证了能及时用新办法解决新问题。同时,为提高员工管理水平,公司还组织员工到国内建设和管理水平较高的单位学习,借鉴其先进经验。公司还不断提高办公自动化水平,为实现科学化、程序化管理提供强力支持。经过参建各方的共同努力,白马示范工程的建设取得了较好的成果,实现了工程安全、质量、工期、投资的"四控制",即:安全实现了从施工准备到试运结束考核事故零目标;质量实现了优良目标,具备申报优质工程条件;进度实现了近期并网发电和投产目标;投资实现不超概算的目标。在安全生产方面,实现了安全事故零目标。特别值得一提的是,为了确保高质量、高标准建成白马示范工程,白马CFB公司严格执行了项目法人制、招投标制、工程监理制和合同管理制"四制"原则。在招标管理方面,为杜绝不规范行为,公司按照国家《招投标法》的要求制定了"招标、评标、定标三权分立"的原则,并以此为准绳开展了设备采购及施工、监理等招标。投标单位反映公司招标工作规范有序、公平合理,整个工程各项招标无一例投诉,取得了较好效果。正是有这样一种高水平的管理和高协作的精神,才有了如今单机量最大的循环流化床机组成功投运的先例。

消化吸收为创造自主大容量CFB积蓄力量

白马30万千瓦CFB示范电站的建设,为我国其他地区发展30万千瓦CFB电站提供了样本资源。可以肯定地说,这是国家科学决策的结果。电站的建成投产必将为我国火电发展史写下浓墨重彩的一笔。在谈及电站建设的主要意义时,胡昌华说,"白马电站所应用的CFB技术,主要还是引进法国阿尔斯通的技术。虽然通过技术转让,我国已经拥有了这种先进的技术,但还要花时间来进行消化和吸收,并进行再创造。可以说,通过白马电站的建设,我国的CFB技术发展至少提前了5年的时间。"据了解,目前在云南、河北、内蒙古、山东等地已有几十台30万千瓦CFB电站在建设当中,这些工程项目都利用了白马示范电站的经验。白马电站是我国建设的第一个大型CFB电站,在白马工程的安装、监理、调试、运行及维护,锻炼了一批大型CFB锅炉的安装、监理、调试、运行及维护技术人员。这些技术人员在为其他在建的30万千瓦CFB电站的建设提供相关的技术帮助和运行经验帮助的同时,也形成了我国自主研发的60万千瓦CFB技术的人力资源优势。更为重要的是,在经过参与数年的项目建设及几个月的实际运行后,白马示范电站拥有了大量掌握CFB锅炉运行、维护和大型CFB工程建设的技术和管理人才。这些技术人员积累的这些建设和管理大型CFB机组的经验,是我国继续发展更高等级CFB所必不可少的财富。据介绍,通过白马工程,取得的经验主要包括:1.二氧化硫、氮氧化物等污染物的排放控制经验;2.取得了双支腿结构CFB锅炉避免炉膛两侧床料失衡造成翻床的运行经验;3.取得了大型循环流化锅炉床温、床压控制的经验;4.取得了大型循环流化锅炉排渣、运渣的运行经验;5.取得了大型循环流化锅炉外置床投运及控制的经验;6.取得了大型循环流化锅炉锥形阀的运行经验;7.解决了给煤系统故障问题,重新认识了CFB锅炉对输煤、碎煤系统的要求;8.取得了大型CFB锅炉安装工序,尤其是锅炉钢架与旋风分离器、回料器、外置床、冷渣器等吊装顺序的经验;9.取得了大型CFB锅炉耐火材料存储、转运、施工、养护及运行维护经验;10.负荷的自动调节控制经验。有专家认为,白马电站的最重要意义是对我国研发具有自主知识产权的60万千瓦CFB技术积攒了丰富经验。胡昌华解释说,"大型CFB发电技术具有发电效率高和控制污染等低成本优势"。

对于电力结构还不完善的我国来说,发展大型CFB技术,尤其是有自主知识产权的60万千瓦CFB技术,是下一步发展的重点。实际上,国内各主要锅炉生产制造厂商都很重视CFB锅炉产业的发展。近几年来,这些生产制造厂商通过与国内研究单位及国外公司的合作,已生产出数百台容量等级从35T╱H到480T╱H的CFB锅炉,在CFB锅炉的设计、制造方面取得了丰富的经验。CFB锅炉除需配备高温分离器、回料阀、布风板等部件而不同于常规煤粉炉外,锅炉的构造和加工方法基本相同,并且这些特殊部件国内也能制作。从加工角度来说,我国已经具备制造CFB电站锅炉的能力。我国三大锅炉厂及清华大学和一些科研单位已开展了自主创新研发60万千瓦CFB锅炉技术的相关工作,正式启动自主研发60万千瓦CFB锅炉并建设示范工程的条件已基本具备。按照国家计划,在"十一五"期间,我国将至少建成一座完全自主知识产权的60万千瓦CFB电站工程。白马示范电站的建设,也为我国自主研发60万千瓦CFB锅炉和建设示范工程培养了能够掌握大型CFB技术和具有实践经验的人才资源。白马电站除了核心锅炉部分用的是阿尔斯通的技术外,其他包括汽轮机、发电机、主变压器等部分都完全实现了国产化,即便是主体锅炉部分,也有许多加工是通过阿尔斯通由国内厂商分包了部分设备的制造生产。这些都将为消化吸收引进30万千瓦CFB锅炉技术和自主研发60万千瓦CFB锅炉提供良好的试验设备资源,并对促进60万千瓦超临界CFB锅炉研发顺利进展并获得成功提供经验和人才。

再接再厉建设一个新白马

根据国家"十一五"规划和洁净煤发展纲要,国家计委在批复白马30万千瓦CFB工程时,就要求通过引进技术、消化吸收,研发建设有自主知识产权的60万千瓦CFB机组(国家中长期科技发展纲要也已列入)。根据国家电力体制改革划分的原则,洁净煤示范项目由国家电网公司负责。国家发改委有关领导明确表示支持把白马建设成全国大型循环流化床技术示范中心,国内三大锅炉厂和科研单位也已启动60万CFB的设计、研发工作。目前,四川白马CFB示范电站只有一台30万千瓦CFB机组,但白马有人力资源和设备资源优势,有地方良好的建设环境,在此基础上建设60万千瓦CFB示范工程项目,条件已经具备。

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