高效分離器研制項(xiàng)目實(shí)施情況

    一、基本情況

　　隨著我國能源緊缺和環(huán)境污染問題的日益突出，國家對(duì)大氣污染物排放控制提出了更為嚴(yán)格的要求，必須進(jìn)一步降低污染大戶如燃煤發(fā)電、石化、鋼鐵、水泥等行業(yè)的排放強(qiáng)度，提高排放標(biāo)準(zhǔn)。國家能源科技“十二五”規(guī)劃中提出要建成國際一流的火力發(fā)電節(jié)能減排和污染控制技術(shù)研發(fā)中心，研發(fā)掌握具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的火力發(fā)電節(jié)能減排和污染控制及資源化關(guān)鍵技術(shù)，降低現(xiàn)役火電廠能耗水平，使火電排放的污染物得到資源化循環(huán)利用，提高火電廠清潔生產(chǎn)水平。

　　高效細(xì)粉分離器研制及示范項(xiàng)目，是中國華電集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究總院多相流分離技術(shù)中心承擔(dān)的北京市重大科技專項(xiàng)和華電集團(tuán)重大科技項(xiàng)目。項(xiàng)目主要針對(duì)我國日益快速增長(zhǎng)的能源消耗和日趨嚴(yán)峻的環(huán)保壓力，以及燃煤電廠能耗偏高及污染排放超標(biāo)等現(xiàn)狀，利用科研總院彭維明教授所掌握的先進(jìn)分離技術(shù)及專利，研發(fā)能源行業(yè)急需升級(jí)改造的關(guān)鍵分離技術(shù)設(shè)備，解決燃煤發(fā)電制粉系統(tǒng)分離器高耗低效的現(xiàn)狀，為鍋爐燃燒配送合格的煤粉，提升鍋爐的燃燒效果，有效提高燃煤電廠能源的轉(zhuǎn)換效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)。

　　課題承擔(dān)單位——中國華電集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究總院隸屬于中國華電集團(tuán)公司，是集團(tuán)公司為了進(jìn)一步適應(yīng)世界能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，貫徹落實(shí)中央關(guān)于引進(jìn)海外高層次人才“千人計(jì)劃”的重大決策，實(shí)施科技強(qiáng)企戰(zhàn)略，有效整合集團(tuán)公司內(nèi)部技術(shù)資源，建設(shè)高水平創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，提升集團(tuán)公司自主創(chuàng)新能力和核心競(jìng)爭(zhēng)力，推進(jìn)集團(tuán)公司做強(qiáng)做優(yōu)，努力建設(shè)具有國際競(jìng)爭(zhēng)力的世界一流能源集團(tuán)的需要而組建的綜合性能源科學(xué)技術(shù)研究單位?？蒲锌傇阂劳袊摇扒擞?jì)劃”專家彭維明教授積累的雄厚技術(shù)基礎(chǔ)，組建了多相流分離技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)，建立了高性能CFD計(jì)算中心和多相流分離技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，為能源、環(huán)保等行業(yè)研發(fā)、提供先進(jìn)技術(shù)，促進(jìn)節(jié)能減排和污染排放控制。

　　在華電集團(tuán)、北京市科委、華電國際、華電河北分公司及鹿華電廠的大力支持下，以彭維明教授為課題組長(zhǎng)的華電科研總院多相流分離技術(shù)團(tuán)隊(duì)，于2013年5月~9月實(shí)施了鹿華熱電#2鍋爐A、D制粉系統(tǒng)細(xì)粉分離器改造項(xiàng)目示范工程。

　　經(jīng)河北省電力科學(xué)研究院對(duì)改造前、后制粉系統(tǒng)性能及鍋爐效率的對(duì)比測(cè)試表明，示范項(xiàng)目改造后的細(xì)粉分離器各項(xiàng)性能指標(biāo)均顯著優(yōu)于國內(nèi)行業(yè)水平，細(xì)粉分離器改造后對(duì)制粉系統(tǒng)性能、鍋爐熱效率和污染物控制等方面均產(chǎn)生了顯著提升，本項(xiàng)目取得了圓滿成功。

　　二、項(xiàng)目背景

　　目前我國電廠入爐煤質(zhì)普遍呈逐年下滑趨勢(shì)，熱值降低、灰分升高、煤質(zhì)難燃盡成為制約鍋爐效率和電廠效益提升的重點(diǎn)難題。電廠實(shí)際煤質(zhì)嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)煤種，導(dǎo)致制粉系統(tǒng)運(yùn)行不正常，制粉系統(tǒng)出力下降、制粉單耗大幅增加、煤粉細(xì)度整體偏粗、煤粉均勻性下降等問題日漸凸顯。針對(duì)制粉系統(tǒng)分離器存在的性能不足和運(yùn)行安全性等關(guān)鍵問題，科研總院多相流分離技術(shù)研發(fā)中心，基于彭維明教授的具有國際領(lǐng)先水平的核心分離技術(shù)，提出了從細(xì)粉分離器到粗粉分離器，再到雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)分離器的整套循序改進(jìn)方案。

　　中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)中的細(xì)粉分離器通常采用旋風(fēng)分離技術(shù)。旋風(fēng)分離器廣泛應(yīng)用于電力、石油、化工、鋼鐵、水泥等國家重要行業(yè)和領(lǐng)域。自上世紀(jì)六十年代到本世紀(jì)初，作為一種傳統(tǒng)的技術(shù)和設(shè)備，旋風(fēng)分離器性能的提升走到了一個(gè)瓶頸期，在機(jī)理研究和技術(shù)革新方面進(jìn)展緩慢，成為制約工藝裝備水平和困擾國際研究領(lǐng)域的重大難題。彭維明教授一直致力于探索旋風(fēng)分離技術(shù)的深層物理機(jī)制，通過持之以恒的研究從旋風(fēng)分離器流場(chǎng)中的漩渦破碎、斷裂以及漩渦不穩(wěn)定性方面，揭示了科學(xué)界和工業(yè)界長(zhǎng)期為之困擾的分離效率瓶頸無法突破的深層次原因，在國際領(lǐng)域和行業(yè)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了核心技術(shù)的突破。自2003年至現(xiàn)在，相關(guān)技術(shù)成果已經(jīng)應(yīng)用于挪威、法國、葡萄牙、美國、荷蘭等歐美油氣行業(yè)。

　　河北鹿華熱電有限公司是國內(nèi)具有代表性的、采用中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)的燃煤電廠，裝機(jī)容量2×33萬千瓦，燃用無煙煤、貧煤等難燃煤種，每臺(tái)機(jī)組配備4套鋼球磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)。國內(nèi)中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)存在煤粉細(xì)度偏高、排粉機(jī)葉輪磨損嚴(yán)重、煙氣NOx含量偏高等問題，由于相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)水平的限制使得上述問題難以徹底克服。在上級(jí)有關(guān)單位和領(lǐng)導(dǎo)的支持下，鹿華熱電以其改造提升設(shè)備性能，促進(jìn)節(jié)能降耗的堅(jiān)定決心，以及用先進(jìn)技術(shù)帶動(dòng)企業(yè)進(jìn)步的遠(yuǎn)見卓識(shí)，與科研總院迅速達(dá)成了制粉系統(tǒng)細(xì)粉分離器改造優(yōu)化的合作協(xié)議。

　　三、項(xiàng)目實(shí)施

　　本項(xiàng)目在鹿華熱電#2機(jī)組制粉系統(tǒng)A、D細(xì)粉分離器上進(jìn)行了改造示范。為保證工作的可靠性，項(xiàng)目依次開展改造前A、D制粉系統(tǒng)性能試驗(yàn)及鍋爐性能測(cè)試、2A細(xì)粉分離器改造及改造后性能測(cè)試、2D細(xì)粉分離器改造及改造后性能測(cè)試、改造后鍋爐性能測(cè)試工作。示范項(xiàng)目總體實(shí)施過程如下：

　　(1) 2013年5月8日，集團(tuán)公司副總經(jīng)理鄧建玲主持召開“高效多相流分離技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用”專題推進(jìn)會(huì)。

　　(2) 2013年5月中旬~7月上旬，科研總院多相流分離技術(shù)中心進(jìn)行鹿華熱電#2鍋爐現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪、分離器設(shè)計(jì)、CFD數(shù)值計(jì)算及設(shè)計(jì)優(yōu)化。

　　(3) 2013年7月上旬~7月中旬，改造前#2鍋爐A、D制粉系統(tǒng)性能試驗(yàn)、鍋爐效率試驗(yàn)。

　　(4) 2013年7月中旬~8月上旬，A制粉系統(tǒng)細(xì)粉分離器改造、改造后性能測(cè)試。

　　(5) 2013年8月中旬~9月中旬，D制粉系統(tǒng)細(xì)粉分離器改造及改造后性能測(cè)試、改造后鍋爐效率試驗(yàn)。

　　細(xì)粉分離器實(shí)施改造前，科研總院多相流分離技術(shù)中心首先采用高性能計(jì)算平臺(tái)，進(jìn)行了改造前細(xì)粉分離器內(nèi)部流場(chǎng)的CFD計(jì)算，獲得了流體的流動(dòng)和渦旋特性，預(yù)測(cè)了其對(duì)煤粉的分離效果，發(fā)現(xiàn)了其在結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸及流場(chǎng)等方面的設(shè)計(jì)不足之處。在對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了新型高效分離器的理論設(shè)計(jì)和數(shù)值分析，通過優(yōu)化分離器結(jié)構(gòu)和內(nèi)部流場(chǎng)，獲得了最終的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。扎實(shí)而全面的理論和數(shù)值分析，為項(xiàng)目的成功打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　研制設(shè)計(jì)的高性能細(xì)粉分離器為匹配電廠現(xiàn)有制粉系統(tǒng)設(shè)備（磨煤機(jī)、排粉機(jī)、粗粉分離器等）的出力，采取了相對(duì)保守的設(shè)計(jì)，對(duì)舊細(xì)粉分離器局部進(jìn)行改造的技術(shù)方案，整個(gè)項(xiàng)目自2013年5月10日起，從改造前現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪、高效細(xì)粉分離器設(shè)計(jì)及制造、改造前現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、現(xiàn)場(chǎng)改造與安裝，到9月中旬完成改造后現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，共歷時(shí)四個(gè)月。僅就單臺(tái)細(xì)粉分離器的改造安裝而言，兩周以內(nèi)即完成施工。

　　四、項(xiàng)目效果

　　為檢驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施效果，項(xiàng)目實(shí)施前華電科研總院委托河北省電力科學(xué)研究院，對(duì)改造前、后的#2鍋爐制粉系統(tǒng)性能指標(biāo)、鍋爐熱效率、污染物排放情況進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比測(cè)試，并出具正式的測(cè)試報(bào)告。

　　測(cè)試結(jié)果表明，細(xì)粉分離器改造后主要性能指標(biāo)獲得顯著提升，由此對(duì)制粉系統(tǒng)性能、鍋爐熱效率和污染物排放等方面均產(chǎn)生了明顯的積極影響。主要如下：

　　制粉系統(tǒng)方面:

　　(1) 2A、2D制粉系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)流量運(yùn)行工況下，細(xì)粉分離器效率由改造前的84%左右，大幅提高十一個(gè)百分點(diǎn)，達(dá)到95%以上，且在很寬的運(yùn)行工況范圍內(nèi)，仍然保持很高效率；

　　(2) 乏氣帶粉量的減少，使三次風(fēng)煤粉密度明顯降低，排粉機(jī)電流降低3.5 A左右，單臺(tái)排粉機(jī)年可節(jié)約電耗7萬元左右；

　　(3) 改造后制粉系統(tǒng)單耗約降低2.14 kWh/噸煤，減少供電煤耗0.23 g/kWh，按2012年燃用180萬噸煤計(jì)算，單臺(tái)機(jī)組改造兩臺(tái)細(xì)粉分離器的情況下，制粉系統(tǒng)年減少廠用電量96萬kWh，相應(yīng)年增加上網(wǎng)電量收益40萬元；

　　(4) 細(xì)粉分離器改造后乏氣帶粉量?jī)H為改造前的1/3，且煤粉更細(xì)，將顯著緩解乏氣帶粉對(duì)制粉系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的磨損，預(yù)計(jì)可使設(shè)備維修、葉輪更換方面的投入大幅減少；

　　(5) 乏氣帶粉量的大幅減少，既降低了排粉風(fēng)機(jī)故障率，也降低了排粉風(fēng)機(jī)蝸殼和出入口系統(tǒng)管道及擋板的沖刷磨損造成的漏粉發(fā)生，全面提高了制粉系統(tǒng)和鍋爐的安全可靠性，尤其為冬季供熱期間長(zhǎng)期高負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。

　　鍋爐性能及污染物排放方面:

　　(1) 改造后的A、D制粉系統(tǒng)與未經(jīng)改造的B、C制粉系統(tǒng)分別運(yùn)行時(shí)，27萬負(fù)荷下過熱器減溫水量減少9.65 t/h，再熱器減溫水量降低7.16 t/h，飛灰可燃物含量降低0.56%，鍋爐排煙溫度降低3℃左右，鍋爐熱效率提高0.56個(gè)百分點(diǎn)；

　　(2) 根據(jù)鍋爐熱效率以及各相關(guān)參數(shù)的變化，改造后共計(jì)降低機(jī)組供電煤耗1.87 g/kWh，單臺(tái)機(jī)組每年節(jié)約煤耗252萬元以上（機(jī)組按年利用小時(shí)數(shù)5500計(jì)算，且考慮一臺(tái)機(jī)組供熱量折算電量、標(biāo)煤按市場(chǎng)價(jià)630元/噸）；

　　(3) 改造后三次風(fēng)帶粉量大幅減少，同樣負(fù)荷下爐膛下部燃燒區(qū)域的給粉量相應(yīng)增加，穩(wěn)定了鍋爐燃燒，特別是低負(fù)荷時(shí)鍋爐燃燒明顯穩(wěn)定；

　　(4) 改造后NOx排放明顯減少，比改造前降低200 mg/Nm3。

　　項(xiàng)目投資回報(bào)：

　　兩臺(tái)分離器改造后，項(xiàng)目每年可為電廠創(chuàng)造292萬元的綜合效益，按項(xiàng)目科研投資495萬元計(jì)，投資回報(bào)率接近60%（本技術(shù)產(chǎn)業(yè)化后，成本可以大幅下降，投資回報(bào)率還將進(jìn)一步提高）。

　　細(xì)粉分離器改造后還取得了氮氧化物減排的效果，社會(huì)效益非常顯著。

　　五、存在的不足與改進(jìn)措施

　　高效細(xì)粉分離器示范項(xiàng)目雖然取得了顯著的效果，科研總院技術(shù)團(tuán)隊(duì)回顧項(xiàng)目執(zhí)行過程，認(rèn)為仍存在待改進(jìn)之處，需要進(jìn)一步提高細(xì)粉分離器制造工藝、安裝質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和嚴(yán)格測(cè)試條件。細(xì)粉分離器改造后三次風(fēng)帶粉量大幅下降，需要技術(shù)人員和運(yùn)行人員對(duì)改進(jìn)后系統(tǒng)特性進(jìn)一步熟悉和調(diào)整優(yōu)化燃燒，從而挖掘更多的成果。

　　六、致謝與展望

　　本項(xiàng)目的有效實(shí)施，是北京市科委、華電集團(tuán)公司、華電國際、華電河北分公司對(duì)節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)高度重視和大力投入的結(jié)果，亦是鹿華熱電積極響應(yīng)集團(tuán)號(hào)召、支持科研成果應(yīng)用轉(zhuǎn)化、以先進(jìn)技術(shù)帶動(dòng)企業(yè)進(jìn)步的遠(yuǎn)見卓識(shí)的成果。本項(xiàng)目也得到了河北電力科學(xué)研究院的支持和幫助。在此，一并表示衷心感謝！

　　本項(xiàng)目的完成或許是一小步工作的結(jié)束，卻以喜人的成效揭開了更大的序幕。為踐行集團(tuán)公司“可持續(xù)創(chuàng)造價(jià)值”理念，科研總院將繼續(xù)秉承華電集團(tuán)“自強(qiáng)求變，厚德求進(jìn)”的精神，在上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的支持下，與各兄弟單位攜手并進(jìn)，全力、快速推進(jìn)新技術(shù)的推廣應(yīng)用和持續(xù)改進(jìn)，為創(chuàng)造更大的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值而努力！