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清洁高效技术,把煤炭变成洁净能源

来源:中国能源报   发布时间:2018-06-07   点击率:213

“以煤为主是符合我国资源禀赋条件、不可变化的事实,其他替代能源只能是辅助能源,而不能成为主力。”中国工程院院士、清华大学教授倪维斗再次呼吁,重视煤炭清洁高效利用。依托先进的节能环保技术,让煤炭燃烧更清洁,更加环境友好。

外表一团黑,燃烧一团灰——传统观念中,煤炭与清洁很难划上等号。然而,随着清洁利用技术越来越普及,煤炭高排放、高污染形象正在得到扭转,甚至一些领域,燃煤排放指标可比肩天然气。近日,来自科研院所、煤炭行业、环保企业的业内人士,从不同角度向记者展示了部分新技术。

“燃煤机组超低排放关键技术研发及应用”项目——获国家技术发明一等奖

“我国煤炭资源虽分布较广,但总体质量并不高,其复杂多样性是清洁利用过程中必须解决的问题。此前引入国外清洁利用技术,一个软件包就要花上百万美元,买回来还可能出现‘水土不服’的情况,适应性较差。”项目牵头人、浙江大学能源工程学院院长高翔感慨。

在不少发电企业,高灰份煤、高硫煤等劣质煤使用量大,导致燃烧特性及污染物排放非常复杂,相关环保装置须符合中国“煤情”要求。另一方面,我国燃煤电厂经常面临负荷变化频繁的运行环境,对清洁利用装置的运行适应性和可靠性相应提出更高要求。从成本角度来说,煤炭清洁利用技术和装备既需高效又要低廉。

对此,“燃煤机组超低排放关键技术研发及应用”项目以超低排放新工艺为基础,形成了一套多污染物高效协同脱除集成系统。同时,还研发出多功能的脱硝系列技术,及细颗粒物高效脱除技术,分别解决燃煤机组脱硫效率低、颗粒物排放高等难题。

“只需短短几十秒,烟气就可‘跑完’整套系统,二氧化硫、氮氧化物、颗粒物等污染物随之滤掉。与国家标准相比,三者排放分别低于标准83%、5%、67%,甚至优于天然气发电排放的限值要求。”高翔介绍。更重要的是,该系统不会增加机组负担,设备投资和运维成本匀摊后,每度电成本仅增加1分钱左右。

目前,该项目已在全国10余省市、不同等级的燃煤机组及中小热电机组中规模化应用,累计装机容量超过1亿千瓦。

“煤炭浆体化+悬浮流化床”技术——为城镇集中供热提供新模式

在国家能源局印发的《煤炭清洁高效利用行动计划(2015-2020)》中,“水煤浆技术”先后4次被点名提及,其推广应用也在近年渐成趋势。据不完全统计,我国煤炭浆体化用量已突破3000万吨/年,目前多用于煤化工、工业锅炉等领域。

而在清华大学与青岛特利尔环保股份有限公司(下称“特利尔”)的合作下,煤炭浆体化技术另辟蹊径,通过与悬浮流化床锅炉相结合,为城镇集中供暖提供了新路径。“水煤浆锅炉的燃料不是煤炭,而是水煤浆,由65%的煤、34%的水和1%的添加剂构成。燃料混合后进入悬浮流化床,几乎可达100%燃烧,既省去前端的煤场、输送带建设,后端也不会产生煤渣,免去除渣等工序。”特利尔董事长李瑞国说。

该技术的最大特色是无需额外加装净化装置,通过自身低温燃烧过程,炉内便可完成脱硫脱硝环节,有效抑制氮氧化物生成。统计显示,该装置炉内脱硫效率可达98%,煤含硫量在0.6%以下,二氧化硫原始排放控制在35毫克/标准立方米以内,远低于现行燃煤锅炉排放标准。

“通过不断改进,锅炉目前所需煤种不再局限于应用之初的精选煤,普通烟煤、褐煤均可使用,大大降低使用门槛,同时却不会加重排放。”李瑞国以较早推行的济南市领秀城小区为例介绍,相比传统锅炉,新型水煤浆锅炉在同等供暖条件下,每个采暖季可节约标煤7530吨,减排二氧化碳2万多吨、二氧化硫600多吨。节能率达20%的同时,环保运行成本降低70%左右。

节能环保型煤泥循环流化床——从源头减排的低成本路线

同样致力于清洁利用技术探索的,还有煤企自身。即便是有21年历史的“老资格”东滩矿电厂也不例外。

“国内首台100%燃用煤泥75吨/小时循环流化床锅炉就在我们这儿投运,当时技术可谓国际领先。”兖矿集团东滩矿电厂厂长张明华坦言,随着时间推移、设备老化及相关标准提高,锅炉各项性能、环保指标均难以满足现行要求。为此,一场“蓝天工程”拉开帷幕,首先是对电厂3号锅炉的改造。

工程选用了中国工程院院士岳光溪牵头研发的“基于流态重构的节能环保超低排放型循环流化床锅炉”技术。改造后,燃料100%采用低热值煤泥,并加入自主生产的脱硫剂,按精确配比加入炉内,经充分循环反应,使二氧化硫、氮氧化物达到超低排放的最佳循环流化燃烧状态,由此把污染物原始排放浓度降至最低。脱硫效率超过95%,脱硝效率达70%以上。

“通过传统锅炉,二氧化硫、当氧化物只能控制在200毫克/立方米左右,循环流化床技术可将这些数值降到几十毫克,达到超低排放标准。同时,还可协同处理三氧化硫、汞及其化合物。”岳光溪表示。

而在热效率、煤耗均达大型高效火电机组的同时,该技术环保成本仅为0.03元/千瓦时,完全实现大型机组环保绩效水平,发电成本随之降低0.02元/千瓦时。“这标志着我厂已形成以源头控制为主,烟气净化为辅的低成本清洁煤技术路线,构建了涵盖煤炭坑口、炉口、烟口的全过程煤炭清洁利用技术体系。”张明华笑称,“由于是新技术,大家一开始还有点排斥,现在都争着来3号锅炉。

集多种燃料为一体化的高效锅炉技术——“以废治废”突破中小锅炉治理难题

在大气污染防治中,中小型燃煤锅炉因受燃烧效率低、环保设备不健全、管理水平落后等制约,成为“重灾区”之一。除直接拆除外,能否实现中小锅炉清洁化改造?一项名为“高效粉体工业锅炉微排放一体化系统”的技术,或可给出参考。

这项由西安交通大学与福建永恒能源管理有限公司联合研发的系统技术,集洁净煤粉、生物质粉、污泥粉、燃气等多种燃料为一体,专用于中小型工业锅炉。“也就是说,一套系统可选用多用燃料,不会因某一类燃料的缺失而影响运行,更具安全保障。而且,该系统吃的是‘粗粮’,可根据各地煤质情况进行调整,不受煤质限制。”负责人赵绐淇介绍,系统综合能效可达85%以上,节电量在25%-30%,同时利用系统水循环,可实现工业废水无外排。

在排放方面,该系统自带除尘、脱硫一体净化塔,燃煤产生的粉煤灰可直接进入塔内,其中的碱性物质“变废为宝”,可作为脱硫剂参与减排。“这样一来,既不用外加脱硫剂,也无需增设脱硫设备,真正实现了‘以废治废’。脱硫后的产物包括粉煤灰、硫酸钙及其他盐类混合物,我们通过渣浆泵将其送至全自动陶瓷浆体脱水机,真空脱水处理至15%含水量,避免扬尘生产。脱水后的物质还可作为城市海绵砖配料,不会产生二次固废污染。”赵绐淇解释。

根据统计,系统脱硫效率可达99%,二氧化硫排放浓度不超过20毫克/立方米,低于国家要求的燃气锅炉排放标准。

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