一、基本情況

　　隨著我國能源緊缺和環境污染問題的日益突出，國家對大氣污染物排放控制提出了更為嚴格的要求，必須進一步降低污染大戶如燃煤發電、石化、鋼鐵、水泥等行業的排放強度，提高排放標準。國家能源科技“十二五”規劃中提出要建成國際一流的火力發電節能減排和污染控制技術研發中心，研發掌握具有自主知識產權的火力發電節能減排和污染控制及資源化關鍵技術，降低現役火電廠能耗水平，使火電排放的污染物得到資源化循環利用，提高火電廠清潔生產水平。

　　高效細粉分離器研制及示范項目，是中國華電集團科學技術研究總院多相流分離技術中心承擔的北京市重大科技專項和華電集團重大科技項目。項目主要針對我國日益快速增長的能源消耗和日趨嚴峻的環保壓力，以及燃煤電廠能耗偏高及污染排放超標等現狀，利用科研總院彭維明教授所掌握的先進分離技術及專利，研發能源行業急需升級改造的關鍵分離技術設備，解決燃煤發電制粉系統分離器高耗低效的現狀，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換效率，實現節能減排和環境保護。

　　課題承擔單位——中國華電集團科學技術研究總院隸屬于中國華電集團公司，是集團公司為了進一步適應世界能源產業發展趨勢，貫徹落實中央關于引進海外高層次人才“千人計劃”的重大決策，實施科技強企戰略，有效整合集團公司內部技術資源，建設高水平創新團隊，提升集團公司自主創新能力和核心競爭力，推進集團公司做強做優，努力建設具有國際競爭力的世界一流能源集團的需要而組建的綜合性能源科學技術研究單位。科研總院依托國家“千人計劃”專家彭維明教授積累的雄厚技術基礎，組建了多相流分離技術研究團隊，建立了高性能CFD計算中心和多相流分離技術實驗室，為能源、環保等行業研發、提供先進技術，促進節能減排和污染排放控制。

　　在華電集團、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的華電科研總院多相流分離技術團隊，于2013年5月~9月實施了鹿華熱電#2鍋爐A、D制粉系統細粉分離器改造項目示范工程。

　　經河北省電力科學研究院對改造前、后制粉系統性能及鍋爐效率的對比測試表明，示范項目改造后的細粉分離器各項性能指標均顯著優于國內行業水平，細粉分離器改造后對制粉系統性能、鍋爐熱效率和污染物控制等方面均產生了顯著提升，本項目取得了圓滿成功。

　　二、項目背景

　　目前我國電廠入爐煤質普遍呈逐年下滑趨勢，熱值降低、灰分升高、煤質難燃盡成為制約鍋爐效率和電廠效益提升的重點難題。電廠實際煤質嚴重偏離設計煤種，導致制粉系統運行不正常，制粉系統出力下降、制粉單耗大幅增加、煤粉細度整體偏粗、煤粉均勻性下降等問題日漸凸顯。針對制粉系統分離器存在的性能不足和運行安全性等關鍵問題，科研總院多相流分離技術研發中心，基于彭維明教授的具有國際領先水平的核心分離技術，提出了從細粉分離器到粗粉分離器，再到雙進雙出磨煤機分離器的整套循序改進方案。

　　中儲式制粉系統中的細粉分離器通常采用旋風分離技術。旋風分離器廣泛應用于電力、石油、化工、鋼鐵、水泥等國家重要行業和領域。自上世紀六十年代到本世紀初，作為一種傳統的技術和設備，旋風分離器性能的提升走到了一個瓶頸期，在機理研究和技術革新方面進展緩慢，成為制約工藝裝備水平和困擾國際研究領域的重大難題。彭維明教授一直致力于探索旋風分離技術的深層物理機制，通過持之以恒的研究從旋風分離器流場中的漩渦破碎、斷裂以及漩渦不穩定性方面，揭示了科學界和工業界長期為之困擾的分離效率瓶頸無法突破的深層次原因，在國際領域和行業內實現了核心技術的突破。自2003年至現在，相關技術成果已經應用于挪威、法國、葡萄牙、美國、荷蘭等歐美油氣行業。

　　河北鹿華熱電有限公司是國內具有代表性的、采用中儲式制粉系統的燃煤電廠，裝機容量2×33萬千瓦，燃用無煙煤、貧煤等難燃煤種，每臺機組配備4套鋼球磨煤機制粉系統。國內中儲式制粉系統存在煤粉細度偏高、排粉機葉輪磨損嚴重、煙氣NOx含量偏高等問題，由于相關領域技術水平的限制使得上述問題難以徹底克服。在上級有關單位和領導的支持下，鹿華熱電以其改造提升設備性能，促進節能降耗的堅定決心，以及用先進技術帶動企業進步的遠見卓識，與科研總院迅速達成了制粉系統細粉分離器改造優化的合作協議。

　　三、項目實施

　　本項目在鹿華熱電#2機組制粉系統A、D細粉分離器上進行了改造示范。為保證工作的可靠性，項目依次開展改造前A、D制粉系統性能試驗及鍋爐性能測試、2A細粉分離器改造及改造后性能測試、2D細粉分離器改造及改造后性能測試、改造后鍋爐性能測試工作。示范項目總體實施過程如下：

　　(1) 2013年5月8日，集團公司副總經理鄧建玲主持召開“高效多相流分離技術研發及應用”專題推進會。

　　(2) 2013年5月中旬~7月上旬，科研總院多相流分離技術中心進行鹿華熱電#2鍋爐現場測繪、分離器設計、CFD數值計算及設計優化。

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

　　(4) 2013年7月中旬~8月上旬，A制粉系統細粉分離器改造、改造后性能測試。

　　(5) 2013年8月中旬~9月中旬，D制粉系統細粉分離器改造及改造后性能測試、改造后鍋爐效率試驗。

　　細粉分離器實施改造前，科研總院多相流分離技術中心首先采用高性能計算平臺，進行了改造前細粉分離器內部流場的CFD計算，獲得了流體的流動和渦旋特性，預測了其對煤粉的分離效果，發現了其在結構、形狀、尺寸及流場等方面的設計不足之處。在對原系統進行分析的基礎上，進行了新型高效分離器的理論設計和數值分析，通過優化分離器結構和內部流場，獲得了最終的優化設計方案。扎實而全面的理論和數值分析，為項目的成功打下了堅實的基礎。

　　研制設計的高性能細粉分離器為匹配電廠現有制粉系統設備（磨煤機、排粉機、粗粉分離器等）的出力，采取了相對保守的設計，對舊細粉分離器局部進行改造的技術方案，整個項目自2013年5月10日起，從改造前現場測繪、高效細粉分離器設計及制造、改造前現場測試、現場改造與安裝，到9月中旬完成改造后現場測試，共歷時四個月。僅就單臺細粉分離器的改造安裝而言，兩周以內即完成施工。

　　四、項目效果

　　為檢驗項目實施效果，項目實施前華電科研總院委托河北省電力科學研究院，對改造前、后的#2鍋爐制粉系統性能指標、鍋爐熱效率、污染物排放情況進行詳細對比測試，并出具正式的測試報告。

　　測試結果表明，細粉分離器改造后主要性能指標獲得顯著提升，由此對制粉系統性能、鍋爐熱效率和污染物排放等方面均產生了明顯的積極影響。主要如下：

　　制粉系統方面:

　　(1) 2A、2D制粉系統，在設計流量運行工況下，細粉分離器效率由改造前的84%左右，大幅提高十一個百分點，達到95%以上，且在很寬的運行工況范圍內，仍然保持很高效率；

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

　　(3) 改造后制粉系統單耗約降低2.14 kWh/噸煤，減少供電煤耗0.23 g/kWh，按2012年燃用180萬噸煤計算，單臺機組改造兩臺細粉分離器的情況下，制粉系統年減少廠用電量96萬kWh，相應年增加上網電量收益40萬元；

　　(4) 細粉分離器改造后乏氣帶粉量僅為改造前的1/3，且煤粉更細，將顯著緩解乏氣帶粉對制粉系統相關設備的磨損，預計可使設備維修、葉輪更換方面的投入大幅減少；

　　(5) 乏氣帶粉量的大幅減少，既降低了排粉風機故障率，也降低了排粉風機蝸殼和出入口系統管道及擋板的沖刷磨損造成的漏粉發生，全面提高了制粉系統和鍋爐的安全可靠性，尤其為冬季供熱期間長期高負荷穩定運行奠定了基礎。

　　鍋爐性能及污染物排放方面:

　　(1) 改造后的A、D制粉系統與未經改造的B、C制粉系統分別運行時，27萬負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個百分點；

　　(2) 根據鍋爐熱效率以及各相關參數的變化，改造后共計降低機組供電煤耗1.87 g/kWh，單臺機組每年節約煤耗252萬元以上（機組按年利用小時數5500計算，且考慮一臺機組供熱量折算電量、標煤按市場價630元/噸）；

　　(3) 改造后三次風帶粉量大幅減少，同樣負荷下爐膛下部燃燒區域的給粉量相應增加，穩定了鍋爐燃燒，特別是低負荷時鍋爐燃燒明顯穩定；

　　(4) 改造后NOx排放明顯減少，比改造前降低200 mg/Nm3。

　　項目投資回報：

　　兩臺分離器改造后，項目每年可為電廠創造292萬元的綜合效益，按項目科研投資495萬元計，投資回報率接近60%（本技術產業化后，成本可以大幅下降，投資回報率還將進一步提高）。

　　細粉分離器改造后還取得了氮氧化物減排的效果，社會效益非常顯著。

　　五、存在的不足與改進措施

　　高效細粉分離器示范項目雖然取得了顯著的效果，科研總院技術團隊回顧項目執行過程，認為仍存在待改進之處，需要進一步提高細粉分離器制造工藝、安裝質量標準和嚴格測試條件。細粉分離器改造后三次風帶粉量大幅下降，需要技術人員和運行人員對改進后系統特性進一步熟悉和調整優化燃燒，從而挖掘更多的成果。

　　六、致謝與展望

　　本項目的有效實施，是北京市科委、華電集團公司、華電國際、華電河北分公司對節能環保產業高度重視和大力投入的結果，亦是鹿華熱電積極響應集團號召、支持科研成果應用轉化、以先進技術帶動企業進步的遠見卓識的成果。本項目也得到了河北電力科學研究院的支持和幫助。在此，一并表示衷心感謝！

　　本項目的完成或許是一小步工作的結束，卻以喜人的成效揭開了更大的序幕。為踐行集團公司“可持續創造價值”理念，科研總院將繼續秉承華電集團“自強求變，厚德求進”的精神，在上級領導的支持下，與各兄弟單位攜手并進，全力、快速推進新技術的推廣應用和持續改進，為創造更大的社會價值和經濟價值而努力！