电站锅炉燃料输送系统升级DOC.docx
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电站锅炉燃料输送系统升级
任何燃煤机组的一个重要部分是它的燃煤供给系统（FDS）。
美国机械工程师协会成立了一个新的关于能源、环境、损耗的小组，它对三种类型500-MW的墙式、四角切式和旋风燃烧锅炉的燃料输送系统升级有一个潜在的调查。
该委员会产生了一系列建议升级,用一个简单的不超过两年的回报。
ByRobertE.Sommerlad，顾问；DonaldB.pearson复审委员会煤炭用户组；GrantEGrothen，伯恩斯；StevenMcCaffrey,Greenbank能源解决方案公司.
美国机械工程师学会的研究委员会在能源、环境、在（RCEEW）40多年前成立,专注于工业和市政固体废物。
燃料输送系统小组委员会最近扩大工程师们的研究委员会形成最初的特许,包括所有的燃料,这些燃料的包括能源和环境方面。
第一个项目由这个委员会,2011年9月开始,对一个潜在升级的燃煤电厂的各个系统可行性和经济分析。
委员会的工作成果的总结到目前为止。
识别工厂种类
小组委员会的第一步是分析燃油供给系统（FDS），它对识别工厂的类别有利。
最近发表的
（“预测美国煤电厂退休。
”2011年5月网站可用的电力档案）指出,美国燃
煤舰队由1105单位总铭牌容量342千瓦组成。
大多数的工厂都是在20-80年之间；在过去的
作为一个群体,50岁及以上的单位构成约53gw总运力的20%和40%的燃煤发电机组,其中许多可能是由于正常的商业决策或退休的成本均要求对新的空气质量控制系统（AQCSs）。
下一个年龄组,30-to45-years-olds单位,代表216千瓦和63%的当前燃煤舰队。
这些建于1960年代,更可能邀请投资工厂升级（图1）
30到45年龄组锅炉的单位主要是墙式、四角切式、旋风式，配置平均容量因素从61.8%到73.3%不等,如图2所示。
2011年美国，这个锅炉年龄段组，大约有226个墙式锅炉，143个四角切向燃烧锅炉，大约15个旋风燃烧锅炉运行。
这些单位——基本负载燃煤工厂的支柱——将承担的负担通常是确保高标准的电网性能、可用性和可靠性在未来得到满足。
虽然这些单位大部分高档空气质量控制系统,他们需要升级遵守最大可实现的控制技术,但成本的无法预测会对在长期的单位发电成本竞争力产生不利影响。
所需的额外空气质量控制系统升级环境合规将添加额外的复杂性对于工厂现在竭力维护单位可用性和容量的因素。
任何燃煤机组的一个重要部分是它的燃油供给系统,如图3所示。
小组委员会的分析的目的,
给煤燃料输送系统包括送粉器、磨煤机（工厂）,分类器,煤炭管道和燃烧器。
这些系统是至关
重要的,有效的和可靠的工厂操作,由于研磨煤的性质，还需要大量的沉积物。
识别可能的燃料系统升级
近年来,监测设备的提高导致了燃料输送系统设备显著的性能改进,也提高了工厂的可用性
和可靠性。
这些测流设备一直在加强控制的燃料（如馈线煤和煤粉流煤管道）和气流（包括初和二级空气,粉碎机预热空气,煤管空气,风室的空气,和个人燃烧器空气,二、三级）。
在正确检测系统中,煤和空气的数量发送到单个燃烧器低的氮氧化物至关重要,可以测量和监控和作,确良好的燃烧。
请注意,旋风锅炉利用不同的燃料输送系统,由送粉器,破碎机,旋风燃烧器。
这些差异将会解决本文中的工程经济学部分。
升级燃料输送系统改善工厂操作经济学有很多,通常是网站和特定的锅炉（表1）.每个燃料输送系统组件升级都有好处,其中大部分可以量化。
一个例子是一个动态分类器的改造,提高了煤的细度和几乎消除了煤的细度和几乎消除了粗煤颗粒（>50网）粗粒子是污染的主要原因和沉积炉和锅炉的对流部分。
他们也阻碍底的氮氧化物燃烧器性能好。
提高粉煤灰的细度也会降低燃烧的碳,从而提高燃烧和锅炉效率。
额外的假设
小组委员会的成员决定,三种类型的锅炉,代表35到50岁电站工厂,将选择:
反向墙、切向和旋风燃烧锅炉。
小组还决定：
尽管工厂本身是无名的，但它将代表锅炉系统升级的基础分析。
这个年份的锅炉之间共享的一个共同因素是,他们通常用来燃烧东部或伊利诺斯州东部盆地煤和已经或正在考虑转换到亚烟煤的复审委员会煤炭减排。
大多数锅炉燃烧器修改其操作,和新修改会被认为比减排性能更加改进。
在关注燃料输送系统时进一步认为,空气污染改型不会是燃料输送系统升级的一部分。
也认为任何燃料输送系统升级不会对其原始设计等级增加热输入,就没有增加排放,避免新来源审查的必要性。
此外,个别污染物排放量将会低于100吨/年，从而不会引发严重恶化过程的预防。
假设反对墙和旋风燃烧锅炉选择性催化还原（SCR）系统安装氮氧化物控制,但切圆燃烧锅炉的设计因其固有的低排放的特点，不需要安装一个可控硅。
进一步分析认为，这次研究的工厂生产能力因素是80%（7008小时/年）。
在目前天然气价格较低的环境中,这个能力因素是80%，高于许多单位目前的操作。
低灵敏度分析是使用一系列的执行能力的因素。
该委员会认为,能力因素可能会使天然气价格上涨缓慢但稳步上升。
确定升级、利益和成本
对于每个案例研究,燃料输送系统组件被确定和提出了升级。
接下来,讨论了升级的潜在益处和评估。
提出升级的名单是讨论小组委员会成员的来源,虽然总是达成共识,但是反映了集体成员的专业知识和多样化的经验。
对于每个案例研究,升级中定义的范围是足够详细的,这样可以准备可靠的估算成本。
幸运的是,不同的供应商和咨询工程师小组委员会上的安排提供估了计为每个升级已安装的成本被认为是基于经验的。
评估产生的储蓄升级也在几次小组会议中达成共识。
当独自升级一个经济效益组件是困难的也是不可能的,因为一些升级取决于其他升级。
另外,有难以量化的升级之间的交互。
储蓄积累并不总是仅仅是经济学评价的总和在锅炉控制系统中使用神经网络产生锅炉性能改善,但大部分的燃烧器修改都需要神经网络系统。
三个案例研究
每个案例研究小组相信500兆瓦锅炉必须是锅炉设计类的代表。
选择的案例研究在很大程度上是根据目前锅炉类型构成的光谱。
电站锅炉工厂,如图4所示。
在考虑的~500兆瓦机组35到45年的年龄范围中,垂直和墙式锅炉基本上上很少被淘汰,如果有的话,应该也是500兆瓦锅炉大小。
旋风锅炉为评估本研究提供一个有趣的机会。
旋风锅炉在1980年代失去了有利时具有高的发射器和不服从燃烧的修改。
据说,他们也不会顺从复审委员会煤炭的燃烧。
今天大约有60个旋风燃烧炉还在操作,其中10个是在400-600兆瓦尺寸范围和四个大于600兆瓦。
这些锅炉已经成功地转化为燃烧煤炭,通常与改装过热空气端口安装帮助燃烧优化减少氮氧化物作品。
委员会决定包括旋风燃烧单元作为一个单独的案例研究。
然而,燃料输送系统边界扩展超出了单个气旋送粉器以外的煤炭输送机,给给料破碎机，通常距锅炉有一些距离。
认为破碎机,比其他任何设备在控制粒子大小和升级后的给料机提供了一个更加统一的流煤破碎机，破碎机整体性能提高。
案例研究1:
反对墙式锅炉
候选人反对墙式锅炉，自然循环锅炉最初是专为东部煤炭和现在复审委员会煤炭燃烧。
它有一个改造可控硅和原始的静电除尘器;参加计划改造湿式洗涤器。
拟议的升级包括F燃煤供给系统组件替换原来的输送器,改造动态分类器在垂直轴上,磨煤机煤管流量计量装置,燃烧器现代化、改造耀目,气流计量设备和改造锅炉控制系统（BCS）神经网络。
下面将描述的几个建议升级和总结在表2中。
送粉器.最初,大约40岁的体积输送器被替换为新的重量送粉器与改进的计量。
他们也提供一些增加产能,因为复审委员会,其热值较低,需要更多的材料吞吐量比原来的东部烟煤。
六个新输送器都估计在75000美元×2（安装费用）=900000美元。
福利被包括在动态分类器（DCs）,如下。
磨煤机.动态分类器是用来增加煤细度在给定的煤炭吞吐量。
这样做,动态分类器还减少粗磨,50目材料,这是一个主要原因：
动态分类器的功能是他们还可以提高粉碎机能力（取决于直流速度）,细度在更高的速度,以较低的速度和吞吐量。
通常,这是很少或没有完成压降增加。
因为是一个不稳定的煤炭,没有需要煤的细度的增加,但需要增加粉碎机吞吐量超过原东磨煤炭设计条件。
直流成本估计6×2×300000美元（安装费用）=3600000美元,承认300000美元在通常小于设备成本的两倍。
开关从东部到复审委员会煤炭及其相关的低发热值意味着大量的复审委员会煤炭通过燃煤供给系统和立轴米尔斯需要产生相同的热输入。
在这种煤炭里,热输入锅炉的减少是由于煤炭吞吐量的限制。
因此,动态分类器的能力,特别是当一个或多个磨煤机的服务所需的维护工作,是至关重要的。
一个保守的使用的锅炉容量损失了50%的价值。
减少燃烧估计在满载两天的恢复操作。
其他好处包括负载响应,煤炭干燥,经常不振动,但应适度减少氮氧化物和燃烧的碳（UBC）。
5%容量复苏8760000美元的储蓄和两天的满载运行在0.05美元/千瓦时为960000美元,总共节省9720000美元。
煤管道.委员会认为煤管流量计由于煤流测量可能不准确。
单个流米允许比较煤流之间的管道,以确保更平等和一致的煤流燃烧器,将确保良好的空气燃料在每个燃烧器配给。
有一些讨论替代煤炭管道的基础上增加压降或风扇限制。
这是觉得煤炭管道很少更换,所以这个选项被丢弃。
总之,升级研究包括煤管流修改,500000美元,和受训气流修改,200000美元,总计700000美元。
作为一个激进的效率改进的先驱，测量煤和空气都是至关重要的，也觉得动态分类器将解决一个潜在的压降问题,进一步澄清和压降问题,在锅炉控制系统部分如下所示。
燃烧器现代化.现有低的氮氧化物燃烧器（LNBs）是第三代,第四代升级计划,气流设备。
过度燃烧空气也包括在内。
氮氧化物与这些新燃烧技术和光纤放大器将减少约10%（10~0.02磅/106Btu）,但它们主要是为了通过由可控硅整流器来降低氨消费。
缓冲控制器不会下降,一氧化碳一直保持<100ppm。
改造动态分类器和低的氮氧化物燃烧器会减少结渣和污染,提高烟气流向可控硅和空气加热器,提供更好的燃烧,提高锅炉的性能。
由于新设计的改进，通常底的氮氧化物燃烧器的升级是每六到八年。
成本估计为燃烧器75000美元×24燃烧器×2（安装费用）=3600000美元;耀目50000×8×8+25000美元（安装费用）=600000美元;电气安装（成本）1000000美元;200000美元用于燃烧器管理（比如新扫描仪和柜）总共5400000美元。
唯一的直接好处是一些氮氧化物减少，减少了氮气的使用费用为210000美元。
其他改善提高了燃烧锅炉性能,下一节所示。
锅炉控制系统.通过燃烧&麦克唐奈团队细节分析，各种升级检查和评论的审查和修改成本是理所当然的。
考虑对原始锅炉控制系统的升级，它是给人一个新的锅炉控制系统的感觉并且给提供有利和一个纯净的神经系统一样。
当它熄灭时，燃烧&麦克唐奈团队仅仅通过一个价值300000美元的神经网络来修复锅炉控制系统的升级。
这适用于粉燃煤锅炉（案例研究1和2）,提供意想不到的好处。
在这里用两种有用的规则方式，第一，10%多余的空气等于0.5%锅炉效率或10%多余的空气等于22%的风机功率，使用这些拇指规则，在多余的空气方面不同的是6.7%变化，它会使结果在锅炉效率方面接近0.34%的改进和在风机15%的改进。
由于锅炉效率的改进可以估测节约500MW,大约每年节约600000美元。
假设2x4000马力风机，8000马力x0.7457千瓦/马力x0.05美元/千瓦时x7008小时/年x0.15=大约。
在风机方面每年节约314000美元。
改进氮氧化物从0.17磅氮氧化物/1000000热量到0.15磅氮氧化物/1000000热量将可以减少大量氮的消耗。
假设10500热量/千瓦时热率，无水氮是每吨400美元，选择性催化还原出口0.04磅/1000000热量的氮氧化物在80%的能力因素，每年节省的试剂费用大约85000美元。
项目管理和工程服务.工程服务包括调试费用，它是大约占15%再加上其他10%项目管理费用，这些占2725000美元。
因此，全部的安装费大约是13625000美元和全部节省费用大约是10925000美元——一个简单的15月回报，如表2所示需要注意的是,83%的成本节省是一个假定的复苏单元减免5%单位转换时取自烟煤是西方烟煤到东部煤炭。
案例研究2:
切向火锅炉
500兆瓦切向火锅炉使用用分析的方式是一个简单的炉与5个燃烧器和5个磨煤机，100兆瓦热量的磨煤机。
许多这样大小和年限的锅炉没有选择性催化还原，但是它们经常有比其他设计的锅炉底的氮氧化物和燃烧的碳。
小组委员会的共识是,燃烧器修改适合在无论是否增加了选择性催化还原的条件下。
第一个改进是分离燃烧器水平进一步增加氮氧化物的排放。
动态分类器的好处对于恢复成本能力的运用,但需要改善结渣和污染可能不是一样伟大。
燃烧器的修改将需要改变桶和添加单独的过热空气。
减少氮氧化物可能较少,但氮氧化物排放可能会低。
神经网络将提供类似的改进。
下面将描述的几个建议升级和总结在表3。
输送器.升级是同样的,在案例研究1但有五个新的输送器,安装花费750000美元。
成本包含在动态分类器。
磨煤机.升级之前的费用计算在案例研究1,或3000000美元。
计算的好处同样遵循案例研究1中使用的方法。
节省5%的能力“复苏”8760000美元,两天的满载是960000美元,总共节省9368000美元。
煤管道.案例研究1,单位升级选择煤管流和主气流测量总计584000美元。
燃烧器现代化.现代化包括一些桶更换和添单独的过热空气港口,这将需要一些锅炉压力部分修改。
单独的过热空气被估计为4800000。
好处是一些声称氮氧化物和燃烧的碳减排,但没有明显的储蓄被估计。
锅炉控制系统.相同的神经网络升级,没有新的锅炉控制系统估计花费300000美元类似的储蓄预测案例研究1:
锅炉效率,600000美元,314000美元和风扇降低电力成本,没有氮气储蓄,因为没有选择性催化还原。
总估计节省914000美元。
项目管理和工程服务.一个一致的包括25%的升级成本,相当于2359000美元。
升级的总成本是11793000美元,总存款10630000美元。
投资约为13个月的损益两平点,如表3所示。
和之前一样,82%的储蓄是归因于收复5%的机组容量损失作为初始的一部分燃料是从一个东部烟煤转化为一个热量较低的烟煤。
案例研究3：
旋风锅炉
旋风锅炉追究他的案例研究最初被设计成火伊利诺斯州盆地烟煤,但现在燃烧粉河盆地煤。
已经加装过热空气、选择性催化还原、干燥的燃料气体洗涤器,织物过滤器,诱导通风的粉丝,各种锅炉和汽轮机的修改,新的氧气分析仪下面描述和总结在表4。
燃料制备系统.给料压碎机包含在燃料输送系统边界,因为该设备是一个需要煤分级燃烧的重要部分。
一般认为,一些修改了给料压碎机时切换到煤炭,这将包括粉尘控制和其他安全问题。
同样会被包含在所有的煤炭传送带,但煤炭输送机给料压碎机导气旋不是燃料输送系统的一部分。
在燃料输送系统升级的一部分中,一些升级将使给料压碎机改善煤磨的给定或增加吞吐量,并且这些成本是被估算的。
在对旋风修改的讨论中,同意12个气旋,供料器，和先前被修改的燃烧器。
但升级减少燃烧的碳,在某些情况下是20%至30%,将是必需的。
升级包括一个新的posimetric送粉器,细磨笼式破碎机,电动机升级为1200000美元。
气旋现代化
气旋升级了新的分裂二次空气的阻尼器和阻尼器致动器。
好处包括氮氧化物和燃烧的碳推进燃烧（允许低过剩空气操作）;使烟气在炉对流段分布,可控硅,空气加热器,减少结渣。
升级被估计为2800000美元。
由于气旋渣积累和停机时间锅炉除渣，它的好处是减少操作在较低负荷与单个气旋被迫离开的服务。
通常需要长时间冷却旋风炉除渣和维护工作。
通过减少对旋风清洗被迫中断，储蓄的估计是基于一个额外的一年七天的操作。
修改成本计算为3360000美元。
它指出,如果气旋本身使用寿命终了和被替换,有很多升级,应该纳入替代气旋进一步加强煤炭燃烧。
然而,如果气旋不是被取代,，这些压力升级并不会是一部分只是为了提高燃煤功率。
因此新的飓风或热带风暴的成本压力部分升级没有通过这个研究来解决。
还不包括使用氧化铁添加剂改善熔渣流动。
锅炉控制系统.只有升级锅炉控制系统是必需的——没有锅炉控制系统和神经网络添加。
这个升级提供储蓄类似案例研究1所示,除了没有明显氨储蓄。
节省了相关（298000美元）和风机运行效率（157000美元）,总计455000美元。
项目管理和工程服务.一致的25%的升级成本包括在内,这是1120000美元.
升级总成本估计为5600000美元,总储蓄3815000美元,和18个月的盈亏平衡,如表4所示。
再一次,请注意,88%的成本节约是归因于能力恢复失落的一代因减免或被迫中断引起的对流传递出渣。
能力的影响因素.正如早起案例研究估计都是基于80%的能力因素。
虽然这项研究是,增加使用天然气减少燃煤电厂平均利用率在2012年在美国许多地区。
然而天然气价格的上涨使一些公用事业至少增加燃煤发电成本选项在2013年初。
表5显示了分析结果的能力因素,假设投资成本与能力因素保持不变甚至在60%的范围内,每个项目的损益两平点不到两年。
该委员会征求意见的结果分析和建议额外的研究。
请将您的评论和建议给小组委员会主席罗伯特Sommerlad。
---罗伯特E.Sommerlad（rsommerl@）是一个顾问委员会主席。
DonaldB。
皮尔森是复审委员会的秘书组煤炭用户。
格兰特E.Grothen是校长,&McDonnell燃烧。
史蒂文•麦与Greenbank能源解决方案公司委员会的其他成员罗伯特追逐,Terrasource全球;作为请愿Jurko,兄弟。
菲佛公司;大卫J。
Stopek,顾问,Sargent&LundyLLC;草木犀浆绿色,CPSEnergy;理查德•他EPRL;托尼·利卡塔利卡塔工程咨询和椅子RCEEW;和托德·梅里克,副总裁Promecon美国。
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