電站鍋爐燃料輸送系統(tǒng)升級

1、電站鍋爐燃料輸送系統(tǒng)升級任何燃煤機組的-個重要部分是它的燃煤供給系統(tǒng)(fds)o美國機械工程師協(xié)會成立 了一個新的關(guān)于能源、環(huán)境、損耗的小組，它對三種類型500-mw的墻式、四角切式和旋風(fēng) 燃燒鍋爐的燃料輸送系統(tǒng)升級冇一個潛在的調(diào)查。該委員會產(chǎn)生了一系列建議升級，用一個 簡單的不超過兩年的回報。by robert e.sommerlad,顧問;donald b.pearson 復(fù)審委員會煤炭用戶組;grant e grothen,們恩斯；steven mccaffrey, greenbank 能源解決方案公司.美國機械工程師學(xué)會的研究委員會在能源、環(huán)境、在(rc eew)40多年前成立,專注于

2、i】業(yè)和帀政固體廢物。燃料輸送系統(tǒng)小組委員會最近擴人i】程師們的研究委員會形成最初的 特許，包括所有的燃料,這些燃料的包括能源和環(huán)境方面。第-個項目由這個委員會,2011年9 刀開始，對一個潛在升級的燃煤電廠的各個系統(tǒng)町行性和經(jīng)濟分析。委員會的工作成果的總 結(jié)到目前為止。識別工廠種類小組委員會的笫一步是分析燃汕供給系統(tǒng)(fds),它對識別工廠的類別有利。最近發(fā)表的(“預(yù)測美國煤電廠退休?！?2011年5月網(wǎng)站可用的電力檔案)指出,美國燃 煤艦隊由1105單位總銘牌容量342千瓦組成。大多數(shù)的工廠都是在20-80年z間；在過去的 作為一個樣體,50歲及以上的單位構(gòu)成約53 gw總運力的20%和4

3、0%的燃煤發(fā)電機組,其小許 多可能是由于正常的商業(yè)決策或退休的成木均要求對新的空氣質(zhì)量控制系統(tǒng)(aqcss)o下一 個年齡m,30-to45-years-olds單位，代表216t瓦和63%的當(dāng)前燃煤艦隊。這些建于1960年代, 更可能邀請投資工廠升級(圖1)30到45年齡組鍋爐的單位主要是墻式、卩1|角切式、旋風(fēng)式,配置平均容量因素從61. 8%到73. 3% 不等，如圖2所示。2011年美國，這個鍋爐年齡段組，人約有226個墻式鍋爐，143個四角切向 燃燒鍋爐，大約15個旋風(fēng)燃燒鍋爐運行。這些單位基本負載燃煤工廠的支林將承擔(dān)的負擔(dān)通常是確保高標(biāo)準(zhǔn)的電網(wǎng)性能、可 用性和可靠性在未來得到滿足。

4、雖然這些單位大部分高檔空氣質(zhì)量控制系統(tǒng),他們需要升級 遵守最大可實現(xiàn)的控制技術(shù)，但成本的無法預(yù)測會對在長期的單位發(fā)電成木競爭力產(chǎn)生不利 影響。所需的額外空氣質(zhì)量扌空制系統(tǒng)升級環(huán)境合規(guī)將添加額外的復(fù)雜性對于工廠現(xiàn)在竭力維 護單位可用性和容量的因索。任何燃煤機組的一個重要部分是它的燃油供給系統(tǒng)，如圖3所示。小組委員會的分析的目的， 給煤燃料輸送系統(tǒng)包括送粉器、磨煤機（工廠），分類器,煤炭管道和燃燒器。這些系統(tǒng)是金關(guān) 重要的，有效的和可靠的工廠操作，由于研磨煤的性質(zhì)，還需要大量的沉積物。識別可能的燃料系統(tǒng)升級近年來，監(jiān)測設(shè)備的提髙導(dǎo)致了燃料輸送系統(tǒng)設(shè)備顯箸的性能改進迪捉成了工廠的可用性和可靠性。這些

5、測流設(shè)備一肓在加強控制的燃料（如饋線煤和煤粉流煤管道）和氣流（包括初和 二級空氣，粉碎機預(yù)熱空氣，煤管空氣，風(fēng)室的空氣，和個人燃燒器空氣，二、三級）。在正確檢測系統(tǒng)中，煤和空氣的數(shù)量發(fā)送到單個燃燒器低的氮氧化物至關(guān)重要，可以測量和 監(jiān)控和作，確良好的燃燒。請注意，旋風(fēng)鍋爐利用不同的燃料輸送系統(tǒng)，由送粉器,破碎機，旋 風(fēng)燃燒器。這些差界將會解決本文中的工程經(jīng)濟學(xué)部分。升級燃料輸送系統(tǒng)改善工廠操作經(jīng)濟學(xué)有很多，通常是網(wǎng)站和特定的鍋爐（農(nóng)1）每個燃料輸 送系統(tǒng)組件升級都冇好處淇中大部分可以量化。一個例了是一個動態(tài)分類器的改造，提高了 煤的細度和兒乎消除了煤的細度和兒乎消除了粗煤顆粒（ 50網(wǎng)）粗粒了

6、是污染的主要原因和沉積爐和鍋爐的對流部分。他們也阻礙底的氮氧化物燃燒器性能好。提高粉煤灰的細度也 會降低燃燒的碳，從而提高燃燒和鍋爐效率。額外的假設(shè)小組委員會的成員決定，三種類型的鍋爐，代表35到50歲電站工廠，將選擇:反向墻、切向和旋 風(fēng)燃燒鍋爐。小組述決定：盡管工廠本身是無名的，但它將代表鍋爐系統(tǒng)升級的基礎(chǔ)分析。 這個年份的鍋爐z間共亨的一個共同因素是，他們通常用來燃燒東部或伊利諾斯州東部盆地 煤和已經(jīng)或止在考慮轉(zhuǎn)換到亞煙煤的復(fù)審委員會煤炭減排。大多數(shù)鍋爐燃燒器修改其操作, 和新修改會被認為比減排性能更加改進。在關(guān)注燃料輸送系統(tǒng)吋進一步認為,空氣污染改型 不會是燃料輸送系統(tǒng)升級的一部分。也

7、認為任何燃料輸送系統(tǒng)升級不會對其原始設(shè)計等級增加熱輸入，就沒有增加排放,避免新 來源審查的必要性。此外，個別污染物排放量將會低于100噸/年，從而不會引發(fā)嚴重惡化過 程的預(yù)防。假設(shè)反對墻和旋風(fēng)燃燒鍋爐選擇性催化述原(scr)系統(tǒng)安裝氮氧化物控制，但切 圓燃燒鍋爐的設(shè)計因其固有的低排放的特點，不需要安裝一個可控硅。進一步分析認為，這次研究的工廠生產(chǎn)能力因素是80%(7008小時/年)。在冃前天然氣價格較 低的環(huán)境中，這個能力因素是80%,高于許多單位目前的操作。低靈敏度分析是使用一系列的 執(zhí)行能力的因素。該委員會認為，能力因素可能會使天然氣價格上漲緩慢但穩(wěn)步上升。確定升級、利益和成本對于每個案例

8、研究,燃料輸送系統(tǒng)組件被確定和提出了升級。接下來，討論了升級的潛在益處 和評估。提出升級的名單是討論小組委員會成員的來源，雖然總是達成共識，但是反映了集體 成員的專業(yè)知識和多樣化的經(jīng)驗。對于每個案例研究，升級中圧義的范圍是足夠詳細的，這樣可以準(zhǔn)備可靠的佔算成木。幸運的 是,不同的供應(yīng)商和咨詢程師小組委員會上的安排提供估了計為每個升級已女裝的成木被 認為是基于經(jīng)驗的。評估產(chǎn)生的儲蓄升級也在兒次小組會議中達成共識。當(dāng)獨自升級一個經(jīng)濟效益組件是困難的 也是不可能的，因為一些升級取決于其他升級。另外，冇難以量化的升級z間的交互。儲蓄積 累并不總是僅僅是經(jīng)濟學(xué)評價的總和在鍋爐控制系統(tǒng)中使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)牛鍋

9、爐性能改善，但 大部分的燃燒器修改都需要神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。三個案例研究每個案例研究小組相信500兆瓦鍋爐必須是鍋爐設(shè)計類的代農(nóng)。選擇的案例研究在很人程 度上是根據(jù)冃前鍋爐類型構(gòu)成的光譜。電站鍋爐工廠，如圖4所示。在考慮的500兆瓦機組 35到45年的年齡范圍中，垂直和墻式鍋爐基木上上很少被淘汰，如來有的話，應(yīng)該也是500兆 瓦鍋爐大小。旋風(fēng)鍋爐為評估本研究提供一個有趣的機會。旋風(fēng)鍋爐在1980年代失去了有利時具有高的 發(fā)射器和不服從燃燒的修改。據(jù)說,他們也不會順從復(fù)審委員會煤炭的燃燒。今天大約冇60 個旋風(fēng)燃燒爐還在操作，其中10個是在400600兆瓦尺寸范圍和四個大于600兆瓦。這些鍋 爐已經(jīng)成

10、功地轉(zhuǎn)化為燃燒煤炭，通常與改裝過熱空氣端口安裝幫助燃燒優(yōu)化減少氮氧化物作 品。委員會決定包括旋風(fēng)燃燒單元作為一個單獨的案例研究。然而,燃料輸送系統(tǒng)邊界擴展超出 了單個氣旋送粉器以外的煤炭輸送機，給給料破碎機，通常距鍋爐有一些距離。認為破碎機, 比其他任何設(shè)備在控制粒子人小和升級后的給料機提供了一個更加統(tǒng)一的流煤破碎機，破碎 機整體性能提高。案例研究1：反對墻式鍋爐候選人反對墻式鍋爐，自然循環(huán)鍋爐最初是專為東部煤炭和現(xiàn)在復(fù)審委員會煤炭燃燒。它有 一個改造可控硅和原始的靜電除塵器;參加計劃改造濕式洗滌器。擬議的升級包括f燃煤供 給系統(tǒng)組件替換原來的輸送器,改造動態(tài)分類器在垂直軸上，磨煤機煤管流量計

11、量裝置，燃燒 器現(xiàn)代化、改造耀目，氣流計量設(shè)備和改造鍋爐控制系統(tǒng)（bcs）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。下而將描述的幾個 建議升級和總結(jié)在表2中。送粉器最初，人約40歲的體積輸送器被替換為新的重量送粉器與改進的計量。他們也提 供一些增加產(chǎn)能，因為復(fù)審委員會，其熱值較低，需耍更多的材料吞吐量比原來的東部煙煤。六 個新輸送器都估計在75000美元x 2（安裝費川上900000美元。福利被包括在動態(tài)分類器 （dcs）,如下。善煤機.動態(tài)分類器是用來增加煤細度在給定的煤炭吞吐屋。這樣做，動態(tài)分類器還減少粗磨,50目材料，這是一個主要原因：動態(tài)分類器的功能是他們還可以提高粉碎機能力（取決 于直流速度），細度在更高的速度，以

12、較低的速度和吞吐量。通常，這是很少或沒冇完成壓降增 加。因為是一個不穩(wěn)定的煤炭，沒有需要煤的細度的增加，但需要增加粉碎機吞吐量超過原東磨 煤炭設(shè)計條件。直流成本估if 6x2x300000美元（安裝費用）=3600000美元，承認300000美 元在通常小于設(shè)備成本的兩倍。開關(guān)從東部到復(fù)審委員會煤炭及英相關(guān)的低發(fā)熱值意味著大量的復(fù)審委員會煤炭通過燃煤 供給系統(tǒng)和立軸米爾斯需要產(chǎn)生相同的熱輸入。在這種煤炭里，熱輸入鍋爐的減少是山于煤 炭吞吐最的限制。因此，動態(tài)分類器的能力，特別是當(dāng)個或多個濟煤機的服務(wù)所需的維護工 作，是至關(guān)重耍的。一個保守的使用的鍋爐容量損失了50%的價值。減少燃燒估計在滿載兩

13、 天的恢復(fù)操作。苴他好處包括負載響應(yīng)，煤炭丁燥，經(jīng)常不振動，但應(yīng)適度減少氮氧化物和燃燒 的碳(ubc)o 5%容暈復(fù)蘇8760000美元的儲蓄和兩天的滿載運行在0.05美元/千瓦時為 960000美元，總共節(jié)省9720000美元。煤管道 委員會認為煤管流量計由于煤流測量町能不準(zhǔn)確。單個流米允許比較煤流z間的 管道,以確保更平等和一致的煤流燃燒器，將確保良好的空氣燃料在每個燃燒器配給。冇一些討論替代煤炭管道的基礎(chǔ)上增加壓降或風(fēng)扇限制。這是覺得煤灰管道很少更換，所以 這個選項被丟棄?？傊?，升級研究包括煤管流修改,500000美元，和受訓(xùn)氣流修改,200000美元, 總計700000美元。作為一個激

14、進的效率改進的先驅(qū)，測量煤和空氣都是至關(guān)重要的，也覺得動態(tài)分類器將解決 一個潛在的壓降問題，進一步澄清和壓降問題，在鍋爐控制系統(tǒng)部分如下所示。燃燒器現(xiàn)代化現(xiàn)有低的氮氧化物燃燒器(lnbs)是笫三代，笫四代升級計劃，氣流設(shè)備。 過度燃燒空氣也包括在內(nèi)。氮氧化物與這些新燃燒技術(shù)和光纖放人器將減少約10%(10、0. 02 磅/ 10(ibtu),但它們主要是為了通過由可控硅整流器來降低氨消費。緩沖控制器不會下降， 一氧化碳一直保持100 ppmo改造動態(tài)分類器和低的氮氧化物燃燒器會減少結(jié)渣和污染，提高煙氣流向可控硅和空氣加熱 器，提供更好的燃燒，提高鍋爐的性能。由于新設(shè)計的改進，通常底的氮氧化物燃

15、燒器的升級 是每六到八年。成本佔計為燃燒器75000美元x24燃燒器x2(安裝費用)=3600000美元;耀h 50000 x 8 x 8 + 25000美元(安裝費用上600000美元；電氣安裝(成本)1000000美元;200000美元川丁燃燒器管理(比如新掃描儀和柜)總共5400000美元。唯一的直接好處是 些氮氧化物減少，減少了氮氣的使用費用為210000美元。其他改善捉成了燃燒鍋爐性能, 下一節(jié)所示。 鍋爐控制系統(tǒng). 通過燃燒&麥克唐奈團隊細節(jié)分析，各種升級檢查和評論的審查和修 改成本是理所當(dāng)然的?？紤]對原始鍋爐控制系統(tǒng)的升級，它是給人一個新的鍋爐控制系統(tǒng)的 感覺并只給捉供冇

16、利和一個純凈的神經(jīng)系統(tǒng)一樣。當(dāng)它熄滅時，燃燒&麥克唐奈團隊僅僅通 過個價值300000美元的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來修復(fù)鍋爐控制系統(tǒng)的升級。這適用于粉燃煤鍋爐（案 例研究1和2）,提供意想不到的好處。在這里用兩種有用的規(guī)則方式，第一，10%多余的空氣等于0.5%鍋爐效率或10%多余的 空氣等于22%的風(fēng)機功率，使用這些拇指規(guī)則，在多余的空氣方面不同的是6.7%變化，它 會使結(jié)果在鍋爐效率方血接近0.34%的改進和在風(fēng)機15%的改進。由于鍋爐效率的改進可以估測節(jié)約500mw,人約每年節(jié)約600000美元。假設(shè)2x 4000 馬力風(fēng)機，8000馬力x0.7457千瓦/馬力xo.05美元/千瓦時x7008

17、小吋/年x0.15=大約。在 風(fēng)機方面每年節(jié)約314000美元。改進氮氧化物從0.17磅氮氧化物/1000000熱屋到0.15磅氮氧化物/1000000熱量將可以 減少大量氮的消耗。假設(shè)10500熱量/t瓦時熱率，無水氮是每噸400美元，選擇性催化還 原出口 0.04磅/1000000熱量的氮氧化物在80%的能力因素，何:年節(jié)省的試劑費用大約 85000美元。項冃管理和工程服務(wù).工程服務(wù)包括調(diào)試費用，它是大約占15%再加上其他10%項h管理 費用，這些占2725000美元。因此，全部的安裝費人約是13625000美元和全部節(jié)省費用人約是10925000美元一個 簡單的15月回報，如表2所示需耍

18、注意的是,83%的成本肖省是一個假定的復(fù)蘇單元減免 5%單位轉(zhuǎn)換時取自煙煤是酋方煙煤到東部煤炭。案例研究2:切向火鍋爐500兆瓦切向火鍋爐使用用分析的方式是一個簡單的爐與5個燃燒器和5個幣煤機，100兆 瓦熱量的磨煤機。許多這樣大小和年限的鍋爐沒有選擇性催化還原，但是它們經(jīng)常有比其他 設(shè)計的鍋爐底的氮氧化物和燃燒的碳。小組委員會的共識是，燃燒器修改適合在無論是否增 加了選擇性催化還原的條件下。第一個改進是分離燃燒器水平進一步增加氮氧化物的排放。動態(tài)分類器的好處對于恢 復(fù)成木能力的運用，但需要改善結(jié)渣和污染可能不是一樣偉人。燃燒器的修改將盂要改變桶 和添加單獨的過熱空氣。減少氮氧化物可能較少,但

19、氮氧化物排放可能會低。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將捉 供類似的改進。下而將描述的兒個建議升級和總結(jié)在表3o輸送器.升級是同樣的，在案例研究1但有7l個新的輸送器，安裝花費750000美元。 成本包含在動態(tài)分類器。磨煤機升級之詢的費用計算在案例研究1,或3000000美元。計算的好處同樣遵循 案例研究1中使用的方法。節(jié)省5%的能力“復(fù)蘇” 8760000美元,兩天的滿載是960000 美元，總共節(jié)省9368000美元。煤管道案例研究1,單位升級選擇煤管流和主氣流測量總計584000美元。燃燒器現(xiàn)代化現(xiàn)代化包括一些桶更換和添單獨的過熱空氣港口,這將需要一些 鍋爐壓力部分修改。單獨的過熱空氣被估計為4800000。好

20、處是一些聲稱氮氧化物和燃燒 的碳減排,但沒冇明顯的儲蓄被佔計。鍋爐控制系統(tǒng) 相同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)升級，沒有新的鍋爐控制系統(tǒng)估計花費300000 美元類似的儲蓄預(yù)測案例研究1:鍋爐效率,600000美元,314000美元和風(fēng)扇降低電力成本, 沒有氮氣儲蓄，因為沒有選擇性催化還原?？倎子嫻?jié)省914000美元。項目管理和工程服務(wù)一個-致的包括25%的升級成本,相當(dāng)于2359000美元。升級的總成木是11793000美元，總存款10630000美元。投資約為13個月的損益兩平 點，如表3所示。和z前一樣,82%的儲蓄是歸因于收復(fù)5%的機組容量損失作為初始的一部 分燃料是從一個東部煙煤轉(zhuǎn)化為一個熱量較低的煙煤

21、。案例研究3：旋風(fēng)鍋爐旋風(fēng)鍋爐追究他的案例研究最初被設(shè)計成火伊利諾斯州盆地?zé)熋?，但現(xiàn)在燃燒粉河盆 地煤。已經(jīng)加裝過熱空氣、選擇性催化還原、丁燥的燃料氣體洗滌器，織物過濾器，誘導(dǎo)通風(fēng) 的粉絲，各種鍋爐和汽輪機的修改，新的氧氣分析儀下面描述和總結(jié)在表4。燃料制備系統(tǒng). 給料壓碎機包含在燃料輸送系統(tǒng)邊界，因為該設(shè)備是個需要煤分級燃 燒的重要部分。一般認為，一些修改了給料壓碎機吋切換到煤炭，這將包括粉塵控制和其他安 全問題。同樣會被包含在所行的煤炭傳送帶，但煤炭輸送機給料壓碎機導(dǎo)氣旋不是燃料輸送 系統(tǒng)的一部分。在燃料輸送系統(tǒng)升級的一部分小，一些升級將使給料壓碎機改善煤磨的給定或增加吞吐量, 并r這些成

22、木是被估算的。在對旋風(fēng)修改的討論中，同意12個氣旋，供料器，和先前被修改的 燃燒辭。但升級減少燃燒的碳，在某些情況下是20%至30%,將是必需的。升級包括一個新的 posimetric送粉器，細燃籠式破碎機，電動機升級為1200000美元。氣旋現(xiàn)代化氣旋升級了新的分裂二次空氣的阻尼器和阻尼器致動器。好處包括氮氧化物和燃燒的碳推進 燃燒（允許低過剩空氣操作）;使煙氣在爐對流段分布，可控硅，空氣加熱器，減少結(jié)渣。升級被佔 計為2800000美元。山于氣旋渣積累和停機時間鍋爐除渣，它的好處是減少操作在較低負荷 與單個氣旋被迫離開的服務(wù)。通常需要長時間冷卻旋風(fēng)爐除渣和維護工作。通過減少對旋風(fēng)清洗被迫屮斷，儲蓄的估計是基于一個額外的一年七天的操作。修改成本計算為3360000美元。它指出，如果氣旋本身使用壽命終了和被替換，有很多升級，應(yīng)該納入替代氣旋進一步加強煤 炭燃燒。然而，如果氣旋不是被取代,，這些壓力升級并不會是一部分只是為了捉高燃煤功率。 因此新的颶風(fēng)或熱帶風(fēng)暴的成木壓力部分升級沒有通過這個研究來解決。還不包括使用氧化 鐵添加劑改善熔液流動。鍋爐控制系統(tǒng).