项目案例简介：
循环流化床锅炉能够对煤炭资源进行梯级利用，并且以较低成本实现污染物排放控制，近年来在燃煤发电领域得到迅速发展。虽然其自身燃烧温度低，床层内具有还原性气氛，具有天然低 NOX 排放特性，但是依然存在一些不利的因素：炉内受热面磨损严重、屏式受热面变形、低负荷 NOX 控制困难、中心筒变形、脱落，排査管泄漏、堵渣等一系列因素影响锅炉安全稳定长周期运行；锅炉无法达到额定出力、布风板漏灰，漏渣严重，增加了风机电耗、飞灰含碳量较高，降低了锅炉效率，增加了燃煤消耗，加剧了 CO2 排放。因此，在“双碳”背景下，如何实现动力装置流化床锅炉绿色节能、低碳经济长周期运行便成为一项重大技术攻关方向。
案例专题：2023综合能源服务暨数智化转型创新优秀项目案例汇编
选送单位：焦作煤业（集团）冯营电力有限责任公司
项目案例背景
项目依托数值模拟仿真试验平台，通过稠密气固两相流动状态下的二次风穿透特性研究、高效耐磨旋风分离技术开发以及基于颗粒粒径分布变化的炉膛受热面系统重构技术研究，实现“双碳”背景下，流化床锅炉绿色节能、低碳经济长周期运行这一成套重大技术攻关。3）开发了涵盖污染物精准预测与控制、设备安全报警、实时系统费效评估等功能的超低排放智慧环保岛物联网系统，实现了智能化管理。
一、项目为解决技术问题所采用的技术方案
（1）二次风风量由 40%提升至锅炉总风量的 45%~48%，优化上下二次风比例及喷口风速，上二次风分层风量占比调整为 60.1%，下二次风分层风量占比调整为 39.9%，提高空气分级程度；调整上二次风高度，釆用非等径喷口配风结构，让二次风在一个宽松的低背压环境下入炉，提高其穿透能力。
（2）二次风由两层错落布置改为两层等标高布置，将原 7.75m 处的喷口，上移调整至 8.55m标高处，并对水冷壁管进行局部割除，更换水冷弯管。
（3）增加 2 块水冷屏，对水冷屏底部弯头处 1m 范围内用浇注料进行防磨处理，避免炉内循环物料的冲刷而出现爆管。
（4）将分离器喉口尺寸缩小 120mm，调整为 1.31m，喉口风速提高到 26.6m/s，并对分离器入口形状进行整形，使其圆滑过渡后形成流场更加顺畅，提高分离器效率。
（5）在尾部高温过热器管束顶部，顺着尾部烟道高度方向，增加两圈过热器管束,实现蒸发出力与过热出力的匹配，保证锅炉运行水动力安全。
二、实施效果
（1）实现燃用无烟煤时的 CFB 锅炉高效经济运行，锅炉实际出力不低于 240t/h，主蒸汽参数正常，锅炉满负荷平均床温由改造前的 980℃调整至不高于 950±5℃。
（2）经过炉内燃烧及汽水系统综合改造和 SNCR 优化后，可以保证氮氧化物在稳定负荷下的超低排放，锅炉满负荷 NOx 初始排放浓度从改造前的≥300mg/Nm3 降到≤200mg/Nm3（标态、6％O2）。
（3）经过改造后，设备磨损降低，运行可靠性增加，大大降低了非停风险。
（4）锅炉炉膛水冷壁减薄速率，从改造前 0.274mm/7200h 降低至不高于 0.219mm/7200h
主要创新点概述
（1）二次风系统改造设计，由两层错落布置改为两层等标高布置，提高二次风占总风量的比例，二次风风量由40%提升至锅炉总风量的45%～48%，即90000~96000Nm3/h，原设计热态运行风温207℃；上调上二次风高度，采用非等径喷口配风结构，加大空气分级力度，大幅降低风管流速、适当降低二次风喷口流速，来降低二次风系统阻力。
（2）结合分离器靶区磨损状况，对现有旋风分离器靶区耐火材料进行重新敷设，旋风分离器靶区耐火材料选用碳化硅质高强耐热耐磨可塑料，并将分离器喉口尺寸调整为1.31m，喉口风速提高到26.6m/s；实测现有分离器喉口处的流线及缩口尺寸优化，根据实测情况对不满足要求的入口形状进行整形，使其圆滑过渡后形成流场更加顺畅，提高了分离器效率。
（3）在炉膛前墙上部空间增加水冷屏，尾部增加高温过热器管圈，需增加部分高温过热器，高温过热器为Φ38×5管子，原设计为两种材质，计算增加高温过热器2圈（三管圈），增加位置设置在高温过热器下部。对水冷屏底部弯头处1m范围内用浇注料进行防磨处理，避免了炉内循环物料的冲刷而出现爆管。
（4）在尾部高温过热器管束顶部，顺着尾部烟道高度方向，增加两圈过热器管束，实现了蒸发出力与过热出力的匹配，保证锅炉运行水动力安全。
应用情况及可推广前景
本成果为CFB锅炉绿色、低碳经济运行综合提升技术研究，主要应用于燃煤电厂锅炉高效、低污染燃烧技术改造；通过二次风系统分级燃烧优化、分离器系统提效、受热面系统优化等技术改造，实现CFB锅炉绿色、低碳经济运行。
经济效益及社会效益情况
针对冯营电厂循环流化床锅炉，采用CFB锅炉绿色低碳经济运行综合提升技术的经济优势如下：
（1）据统计SNCR每脱除1kgNOx运行成本为3~6元，以平均4.5元计算。
以单台240t/h锅炉计算，烟气量为212000Nm3/h，按年运行有效利用6000小时计算，则NOX排放每降低100mg/Nm3，需脱除的NOX量为127200kg，每年每降低100mg/Nm3年SNCR对应的喷氨运行成本约58万元，改造后初始排放降低200mg/Nm3，减少还原剂运行成本116万元/年。
（2）经过炉内燃烧及汽水系统综合改造和SNCR优化后，可以保证氮氧化物在稳定负荷下的超低排放，不需要投用SCR装置。按照催化剂3年更换一次计算，则每年可节省催化剂更换费用约为80万元。再者，可将SCR装置拆除，减小风道阻力，减轻引风机出力，降低电耗，每年节省电费约为27.2万元，以上共计节约SCR运行折旧费用107.2万元/年。
（3）根据历史记录，锅炉因水冷壁、落渣管泄露而导致停炉检修次数每年约3次。按此计算，每年减少锅炉启动次数3次，单次启动费用约为10万元；减少水冷壁受热面换管检修费用暂时按照5万元估算；停炉时，造成电量出售损失，按照停炉24小时，供电量为满负荷的80%计算，则每年可挽回因非停而产生的效益为66万，以上共计81万元/年。
以上共计节约费用=116+107.2+81=304.2万元/年。
社会效益：
（1）对推动我国CFB锅炉的绿色发展具有积极的现实意义。通过本项技术的成功转化，实现节能生产，降低综合煤耗、电耗，缓解我国的能源需求压力。
（2）本项目的实施为我国减碳目标的实现做出了积极的贡献，项目实施后节能减碳效果显著。
（3）推动行业科技进步。本技术的研发应用推动了电力行业科技进步，缩短与国际先进技术的差距。
项目案例获专利及奖励情况
实用新型专利：1、一种锅炉二次风装置； 2、一种水冷屏顶部吊装支架。
获奖情况：河南煤炭学会科学技术奖二等奖、河南煤炭学会鉴定为国内领先
选送单位简介
冯营电厂是2002年国家重点技术改造项目 ，始建于2003年，装机容量为2×50MW，循环流化床锅炉，以劣质煤、煤泥、煤矸石为主要燃料，先后被省发改委、国家发改委认定为资源综合利用电厂，按照《河南省发改委进一步做好煤电行业淘汰落后产能工作的通知》、《关于印发焦作市煤电行业淘汰落后产能优化生产结构工作方案的通知》的要求，冯营电厂已完成单台机组的热电联产背压改造，2019年初被成功纳入焦作市城区及博爱县、修武县部分区域城市热电联产规划，并明确为冯营片区唯一供热热源。制定“一心两翼”供热发展思路，谋定集“热、电、冷、水、气、汽、建材”为一体的综合能源供应基地发展战略，其配套设施由地方政府参与建设的冯营电厂西部供热管线项目和焦煤集团建设的冯营电厂东部供热管线项目已完工，“两翼齐飞”供热格局已成型。同时，与河南省电力勘察设计院签约合作成立“河南省火电清洁节能工程技术研究中心试验基地”，与国家能源集团烟台龙源电力技术股份有限公司签约合作成立“低碳清洁与绿色高效智能燃烧联合创新工作室”，与河南理工大学签约合作成立“能源综合利用研发中心”，企业发展后劲动能充足，前景蔚然可期。
