中國潔凈煤技術現狀
長距離、大數量的運輸,還可以修建輸漿管道。而且,建設一座年產100萬噸水煤漿的生產廠約需投資1億元左右,其附加值比原煤高出一倍。
(4)水煤漿添加脫硫劑后,大氣中的二氧化硫大大減少。水煤漿燃燒效率達99%,達到了燃油的同等水平,而污染程度比燃油還低,其環保效益也顯而易見。水煤漿的燃燒溫度比燃油和燃煤粉低約100-2000C可大大減少SO2的析出和NOX的生成,減少污染物的排放。據有關資料顯示,由萬盛承擔的工業鍋爐改燒水煤漿示范工程已經取得了成功經驗,燃燒效率提高至95以上、鍋爐效率提高至82以上、煙氣排放符合北京市環保要求。
6)國外發展情況。
歐美等發達國家水煤漿技術已進入商業化階段。美國建成440km、運量約5Mt/a的輸煤管線,供2×750MW機組;意大利50萬t/a制漿廠供電站燃燒;日本50萬t/a水煤漿廠,經11km管道運輸供600MW機組;俄羅斯建成5Mt/a的制漿廠,經250km管道運輸供6×200MW瓦的電站使用。
5、潔凈煤發電技術
受我國能源結構的影響,電力工業在煤炭消費中占有及其重要的地位。近年來,發電及供熱用煤占到我國煤炭總產量的40左右。隨著國民經濟的發展,這一比例還將進一步提高,根據目前我國的國情,在未來相當長的時間內,仍將是以燃煤發電為主的電源結構。隨著現代技術的發展,提高常規燃煤電站效率將會付出越來越大的代價,污染物排放的處理費用隨著環保標準的日益嚴格也將大大增加,電力行業正面臨著發展與環境兩方面的挑戰。在新的世紀,電力發展必須依靠科技進步來實現與環境的協調發展,潔凈煤發電技術具有對環境污染小、發電效率高、占地少等優越性。潔凈煤發電技術是指"潔凈煤技術"中與發電相關的技術項目。它的重點是為了提高發電機組的效率和控制因燃煤炭而引起的污染物的排放。
1)潔凈煤發電技術的分類。
(1)整體煤炭氣化燃氣-蒸汽聯合循環發電(IGCC)。
IGCC發電技術是煤氣化和蒸汽聯合循環的結合,是當今國際正在興起的一種先進的潔凈煤(CCT)發電技術,具有高效、低污染、節水、綜合利用好等優點。它的原理是:煤經過氣化和凈化后,除去煤氣中99以上的硫化氫和接近100的粉塵,將固體燃料轉化成燃氣輪機能燃用的清潔氣體燃料,以驅動燃氣輪機發電,再使燃氣發電與蒸汽發電聯合起來。
煤氣化聯合循環發電(IGCC)是目前世界發達國家大力開發的一項高效、低污染清潔煤發電技術,它不僅能滿足日趨嚴格的環保要求,而且發電效率可達45%以上,二氧化硫排放可達到10毫克/標準立方米左右,極有可能成為21世紀主要的潔凈煤發電方式之一。IGCC技術是目前已進入商業化運行的潔凈煤發電技術中,發電效率和環保最好的技術。現在,全世界已建、在建和擬建的IGCC電站近30套,最大的為美國44萬千瓦機組,計劃或可研中最大容量為德國90萬千瓦機組和前蘇聯100萬千瓦機組。由于IGCC有煤清潔燃燒發電特點,我國把它列入21世紀CCT計劃中。
它的主要優點是:
①熱效率高,目前已達43~46,計劃2010年可達到50;
②環保性能好。脫硫率98~99以上,NOx排放等同于天然氣,CO2排放也減少;
③燃料適應性強,對高硫煤有獨特的適應性;
④可用于對燃油聯合循環機組及老燃煤電廠改造,達到提高效率、改善環保、延長壽命的多重目的。
我國IGCC發電技術的研究開發工作經歷了約二十年,一些單項技術如氣化爐、空分設備、煤氣脫硫、余熱鍋爐等有一定的技術基礎。“八五”期間與美國德士古(Texaco)公司等合作,完成了水煤漿加壓氣化200MW和400MW等級的IGCC預可行性研究。國外發展情況。目前IGCC發電技術正處于第二代技術的成熟階段,燃氣輪機初溫達到1288℃,單機容量可望超過400MW。
世界在建、擬建的IGCC電站24座,總容量8400MW,最大單機300MW。荷蘭的BAGGENUM電站(單機253MW)已于1994年投入運行,美國IGCC示范工程取得重大進展,WabashRiver電廠煤氣化電廠改造項目,系統供電能力262MW,設計供電效率38%,脫硫效率>98%。項目于1998年11月完成商業化示范運行。美國WABASHRIVER電站(單機265MW)及TAMPA電站(單機260MW)、西班牙的PUERTOLLANO電站(單機300MW),已于1997年前相繼投入試驗或試生產。
(2)循環流化床燃燒(CFBC)技術。
循環流化床燃燒(CFBC)技術系指小顆粒的煤與空氣在爐膛內處于沸騰狀態下,即高速氣流與所攜帶的稠密懸浮煤顆粒充分接觸燃燒的技術。
循環流化床鍋爐脫硫是一種爐內燃燒脫硫工藝,以石灰石為脫硫吸收劑,燃煤和石灰石自鍋爐燃燒室下部送入,一次風從布風板下部送入,二次風從燃燒室中部送入。石灰石受熱分解為氧化鈣和二氧化碳。氣流使燃煤、石灰顆粒在燃燒室內強烈擾動形成流化床,燃煤煙氣中的SO2與氧化鈣接觸發生化學反應被脫除。為了提高吸收劑的利用率,將未反應的氧化鈣、脫硫產物及飛灰送回燃燒室參與循環利用。鈣硫比達到2~2.5左右時,脫硫率可達90以上。
流化床燃燒方式的特點是:
①清潔燃燒,脫硫率可達80~95,NOx排放可減少50;
②燃料適應性強,特別適合中、低硫煤;
③燃燒效率高,可達95~99;
④負荷適應性好。負荷調節范圍30~100。
循環流化床(CFBC)鍋爐煤種適應性廣,是當前世界上煤炭潔凈燃燒的首選爐型,具有氮氧化物排放低、燃料適應性廣、燃燒效率高、脫硫率可達到98%、排出灰渣易于綜合利用、負荷調節范圍大等突出的高效低污染優點,是重要的潔凈燃燒技術。我國的CFBC技術開發工作始于八十年代中期,由中科院工程熱物理所、清華大學、浙江大學和哈爾濱工業大學等單位組織開發研制的循環流化床鍋爐分別于九十年代相繼投入運行,最大容量達到了75t/h。
主要技術類型有:百葉窗式、熱旋風筒式、平面流分離器式等。目前國內已具備設計、制造75t/h及以下的小型CFBC鍋爐的能力,但在工藝及輔機配套、連續運行時間、負荷、磨損、漏煙、脫硫等技術方面還有待完善。已投入運行的CFBC鍋爐大部分未實施石灰石脫硫,燃燒室運行溫度大多高于900℃。國家經貿委組織的75t/h循環流化床鍋爐完善化示范工程,先后完成兩種完善化爐型的設計、制造、安裝和試驗,于1996年初陸續投入運行。
四川內江電廠引進了芬蘭奧斯龍公司100MW循環流化床鍋爐已于1996年6月投產。50MW(220t/h)循環流化床鍋爐納入“八五”科技攻關,完成了設計和制造,1996年開始安裝調試,目前項目工作尚未結束。國內已基本具備設計、制造50MWCFBC鍋爐的能力。
1997年,通過鑒定或工程驗收的有:清華大學、四川鍋爐廠承擔的四川湔江水泥廠75t/h循環流化床鍋爐完善化工程;中科院工程熱物理所分別與杭州鍋爐廠、濟南鍋爐廠、無錫鍋爐廠聯合承擔的75t/h循環流化床鍋爐完善化或研究制造。在循環流化床燃燒技術大型化方面取得突破的“甘肅窯街煤電公司130噸/小時循環流化床鍋爐示范項目”,目前已順利通過驗收。
清華大學開發的循環流化床等潔凈煤技術能有效地解決燃煤造成的環境污染問題。循環流化床鍋爐具有在800~900℃條件下穩定運行,能燒劣質煤并能高效脫硫三大優點。燃煤電廠采用這種設備,既能節約優質煤,又能減少二氧化硫和氮氧化物排放,還能降低發電成本,具有良好的環保效益和經濟效益,非常適合我國國情。
清華大學實驗室開發的130噸/小時循環流化床鍋爐2001年初在秦皇島北山發電廠成功應用;220噸/小時循環流化床鍋爐已在山東威海熱電廠進行建設并已投入運營;425噸/小時循環流化床鍋爐的研發也被列入了科技部“十五”攻關計劃。我國在循環流化床鍋爐科技開發方面已取得了良好的成果,但是,由于缺乏資金,國產流化床鍋爐的進一步開發困難重重。
國外:CFBC技術在發達國家得到大力開發,技術成熟,正向大型化發展。目前單機容量最大的CFBC鍋爐(250MW,蒸發量700噸/時)電站已在法國投入運行,鍋爐效率90.5%,脫硫率93%,Nox排放低于250mg/Nm3按技術特點分為以下幾個技術流派:以Lurgi公司為代表的帶有外置換熱床采用熱旋風分離器的循環床;以德國B&W公司為代表的塔式布置中溫旋風分離循環床技術;美國福斯特惠勒公司發展的汽冷旋風筒分離器帶有INTREX副床的循環床技術等。鍋爐容量等級有50t/h、100t/h、400t/h,最大單機容量CFBC鍋爐(250MW,蒸發量900t/h)電站已在法國投入運行,ABB-CE也在設計1500t/h的CFBC鍋爐。目前全世界12MW以上的CFBC鍋爐運行約300臺,其中40%在美國,40%在歐洲,20%在亞洲。最長運行時間達到9萬小時,最長連續運行時數為13個月,負荷率一般可達90%以上。
(3)增壓流化床燃氣-蒸汽聯合循環發電(PFBC-CC)。

責任編輯:電力交易小郭
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