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王凡:创新是燃煤电厂的唯一出路

来源:中国能源研究会 | 发布时间:2017-06-01

近年来,我国环境污染形势严峻,雾霾频发。随着社会对环境问题的高度关注,国家对大气污染物排放控制更加严格,推进煤电超低排放和节能改造势在必行,作为耗煤大户的燃煤电厂面临着巨大的环保压力。在5月25-26日举行的2017清洁燃煤发电中国国际论坛上,中国能源研究会副秘书长、节能减排中心主任王凡做了题为“创新是燃煤电厂唯一出路”的主旨演讲,对我国燃煤电厂的现状、面临的挑战及未来的技术发展等做出了详实地讲解与分析。

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中国能源研究会节能减排中心主任 王凡

燃煤发电在我国能源结构中占比很大,至今以煤为燃料的火电装机超过70%,燃煤发电占比高达65%,而核电发电占比只有3%,风电加光伏占比只有4%。全国燃煤装机容量约10亿千瓦,年消耗煤炭接近20亿吨。燃煤发电为我国经济社会发展和人民生活提供了最基础最坚实的电力保障,同时也消耗了大量资源,给环境带来巨大压力。

燃煤发电面临越来越严峻的挑战,也在于公众对环境污染和空气质量的关注已经上升到社会热点,化石能源消耗和碳排放问题也成为大国博弈的焦点,环境问题和排放问题促使我国能源结构调整要加速进行,加之国内经济结构转型调整带来的用电量增速放缓和机组利用小时下降,电力市场化改革持续推进引发的更为激烈的市场竞争,都给燃煤发电和燃煤电厂的生产和经营带来巨大的压力。

出于生存环境的要求,我国最终要通过调整发电结构来降低火电的比重,但是调整需要时间,面临压力和挑战,燃煤电厂只有依靠精益管理和技术创新,不断提高效率,降低排放,才能在越来越严峻的外部环境下求生存、谋发展。

创新是燃煤电厂的唯一出路

随着传统火电技术日益成熟,节能减排的难度越来越大,只有依靠创新,才是燃煤电厂的唯一出路。

一、  推动高效发电技术工程化试点

我国目前的火电厂供电煤耗315克,根据国家要求,到2020年,全国新建机组平均供电煤耗不超过300克标煤,现役机组平均供电煤耗不超过310克标煤,而上海外三电厂可以达到每千瓦时276克标煤,创造了奇迹。上海申能外高桥第三发电厂原厂长、现上海申能电力科技有限公司总经理冯伟忠教授设计的双轴高低位布置二次再热超超临界高效发电机组,将汽轮机高压缸与中低压缸分开,按高低位不同布置,省去了大量昂贵的高温高压管道,减少了温差和压降损失,使用 600度的材料和设备,达到700度的发电效率。在国际上受到广泛关注。由于采取了高低位布置和其它独特的创新技术,平山二期示范机组的设计效率将达到 49.8%,对应供电煤耗为246.66克标准煤/千瓦时,二氧化碳排放量为 635公斤/毛兆瓦时。预计2019年投入运营。西门子火电部首席执行官罗兰˙菲舍尔博士表示,此技术是改革高污染行业为低排放绿色产业的唯一机遇,是引领世界煤电继续发展的技术。如果能实践到工程当中,它将使中国成为世界火力发电技术的权威。

、推广上海外三厂为代表的创新技术

上海外三厂原厂长、现上海申能电力科技有限公司总经理冯伟忠教授的系列创新技术从2006年起在上海外三厂陆续成功运用。外三厂创新技术的精髓:一是注重发电设备的保效,临炉加热防止产生氧化皮。二是在广义回热理论基础上,用好用活回热技术,不但把回热技术用于加热锅炉补给水、加热锅炉进风,还用于加热煤粉等其它介质,最大限度节约能源。三是系统考虑和解决提效和减排,尤其是高效低耗的脱硫脱硝技术, 推动了电厂生产系统和过程的革命。 四是小汽机集中变频。这些系列创新技术的综合利用,实现了燃煤电厂宽负荷安全高效清洁运行。

由于外三的技术在业内存在争议,很多年得不到推广应用。我们通过在华润徐州铜山电厂进行示范,在2台百万机组上同时推广应用外三厂7项创新技术,改造后每千瓦时供电煤耗下降 10克标准煤以上,用实事证明外三技术可以复制能够推广。

在华润电力的带动和示范下、先后有神华集团、大唐集团、华电集团四家电力集团与上海申能科技签订了战略合作协议,四家电力集团煤电装机容量超过三亿千瓦,约占全国煤电装机容量的三分之一,从而带动了电力行业学习外三,创新革命。

外三系列创新技术的集合运用,解决了灵活性改造要求下,燃煤机组在宽负荷范围内调节运行的安全性、经济性和环保性等问题。相关技术已在申能上海外高桥三电厂、华润铜山电厂和神华安庆电厂成功应用,并取得显著成效。外三厂 2台  1000MW机组,综合降低煤耗 5.58克标准煤/千瓦小时, SCR脱硝装置投入率近100%。催化剂保持高效运行超过 50000小时。应用于华润铜山电力公司5、6号机组,80%负荷考核工况下,供电煤耗下降 10 克标准煤/千瓦时以上。 弹性回热及疏水优化技术应用于安庆皖江发电公司 3号机, 65%负荷考核工况下,机组供电煤耗下降3.3克标准煤/千瓦时。

高温亚临界机组改造技术,也是冯伟忠教授的专利。高温亚临界”机组改造技术是保持机组压力在亚临界水平 (约 17MPa), 把机组主蒸汽和再热蒸汽温度均提高到 600水平。该技术路线可大幅提高机组效率,对于现役亚临界机组改造,可使汽轮机的热耗水平优于目前的超临界机组,且性价比最高,具有极为重要的推广意义;对于新建CFB亚临界机组也有重要应用价值。我国目前仍有约 3 亿千瓦装机容量的亚临界机组,仅300MW等级亚临界机组就有约880台之多。对于目前国内亚临界机组改造,按照额定负荷下,煤粉锅炉效率 93%,厂用电率 5%的典型水平,兼顾到汽轮机改造各方面条件的限制,汽机热耗按照7500kJ/kWh考虑,则供电煤耗仅为292.5g/kWh。

三、新材料研制将给电力行业发展带来机遇

国家支持由华能清能院牵头,正在研究 700摄氏度材料,一旦突破,火电机组的效率将由目前最高46%提高到接近50%。

四、电力生产方式创新

电力生产方式的创新也很重要,如热电联产、分布式能源、煤炭热解发电新工艺、发电与循环经济相结合等。

我国热电联产装机容量在火电装机容量中占比30%,国家政策鼓励热电联产。2015年4月18日发布的《热电联产管理办法》要求,力争北方大中型以上城市热电联产集中供热率达到60%以上,20万人口以上县城热电联产全覆盖。

煤炭热解发电是将煤炭进行热解,生成煤焦油、煤气、半焦,半焦再去发电,实现煤的分级利用。不但把煤炭当燃料,还把煤炭当原料,提高资源利用率,创造更高的经济价值。若把国家现有的40亿吨煤都这样处理,可产生两亿到三亿吨的原油,可大大缓解国家石油的压力,解决能源安全问题。

以广西贺州华润循环经济产业示范区为例,华润通过电厂、水泥厂、啤酒厂之间变废为宝的循环利用和协同生产方式,每年节约标煤29万吨、节水78万吨、废水处理复用263万吨、减少氮氧化物排放4250吨,减少二氧化碳排放73万吨、二氧化硫6万吨,产生循环经济效益约1.94亿元。

我国工业燃煤锅炉一年消耗7亿多吨煤,将普通工业锅炉改为解耦燃烧炉,实现清洁生产,利用背压发电建成热电中心,约10%的能源可转换成发电煤耗低于200克标准煤的电力,企业能源利用率提高到85%以上。

推广燃煤电厂系列创新技术,有力推动了能源生产革命。其意义不仅仅是实现了燃煤火电厂的提效和减排,还在于使人们看到燃煤火电厂也能做到和天然气电厂一样清洁排放。国家环保部部长陈吉宁在两会期间新闻发布会上说过:煤炭的清洁利用技术已经取得了巨大进步,我们对煤炭的认识也应有所改变。煤炭清洁利用其实可以比天然气更环保。

创新一直在路上!要创造创新的环境和条件,建立创新机制及推广创新技术的商业模式。我们要通过不懈努力,大力推广火电创新技术、推动火电厂节能减排的技术革命,促进能源生产革命,实现中国的能源梦!