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産業資訊 | 清潔高效技術,把煤炭變成潔淨能源

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“以煤為主是符合我國資源禀賦條件、不可變化的事實,其他替代能源隻能是輔助能源,而不能成為主力。”日前接受本報記者采訪時,中國工程院院士、清華大學教授倪維鬥再次呼籲,重視煤炭清潔高效利用。依托先進的節能環保技術,讓煤炭燃燒更清潔,更加環境友好。

外表一團黑,燃燒一團灰——傳統觀念中,煤炭與清潔很難劃上等号。然而,随着清潔利用技術越來越普及,煤炭高排放、高污染形象正在得到扭轉,甚至一些領域,燃煤排放指标可比肩天然氣。近日,來自科研院所、煤炭行業、環保企業的業内人士,從不同角度向記者展示了部分新技術。

  “燃煤機組超低排放關鍵技術研發及應用”項目

  ——獲國家技術發明一等獎

  “我國煤炭資源雖分布較廣,但總體質量并不高,其複雜多樣性是清潔利用過程中必須解決的問題。此前引入國外清潔利用技術,一個軟件包就要花上百萬美元,買回來還可能出現‘水土不服’的情況,适應性較差。”項目牽頭人、浙江大學能源工程學院院長高翔感慨。

  記者了解到,在不少發電企業,高灰份煤、高硫煤等劣質煤使用量大,導緻燃燒特性及污染物排放非常複雜,相關環保裝置須符合中國“煤情”要求。另一方面,我國燃煤電廠經常面臨負荷變化頻繁的運行環境,對清潔利用裝置的運行适應性和可靠性相應提出更高要求。從成本角度來說,煤炭清潔利用技術和裝備既需高效又要低廉。

  對此,“燃煤機組超低排放關鍵技術研發及應用”項目以超低排放新工藝為基礎,形成了一套多污染物高效協同脫除集成系統。同時,還研發出多功能的脫硝系列技術,及細顆粒物高效脫除技術,分别解決燃煤機組脫硫效率低、顆粒物排放高等難題。

  “隻需短短幾十秒,煙氣就可‘跑完’整套系統,二氧化硫、氮氧化物、顆粒物等污染物随之濾掉。與國家标準相比,三者排放分别低于标準83%、5%、67%,甚至優于天然氣發電排放的限值要求。”高翔介紹。更重要的是,該系統不會增加機組負擔,設備投資和運維成本勻攤後,每度電成本僅增加1分錢左右。

  目前,該項目已在全國10餘省市、不同等級的燃煤機組及中小熱電機組中規模化應用,累計裝機容量超過1億千瓦。

  “煤炭漿體化+懸浮流化床”技術

  ——為城鎮集中供熱提供新模式

  在 國家能源局印發的《煤炭清潔高效利用行動計劃(2015-2020)》中,“水煤漿技術”先後4次被點名提及,其推廣應用也在近年漸成趨勢。據不完全統計,我國煤炭漿體化用量已突破3000萬噸/年,目前多用于煤化工、工業鍋爐等領域。

  而在清華大學與青島特利爾環保股份有限公司(下稱“特利爾”)的合作下,煤炭漿體化技術另辟蹊徑,通過與懸浮流化床鍋爐相結合,為城鎮集中供暖提供了新路徑。“水煤漿鍋爐的燃料不是煤炭,而是水煤漿,由65%的煤、34%的水和1%的添加劑構成。燃料混合後進入懸浮流化床,幾乎可達100%燃燒,既省去前端的煤場、輸送帶建設,後端也不會産生煤渣,免去除渣等工序。”特利爾董事長李瑞國告訴記者。

  該技術的最大特色是無需額外加裝淨化裝置,通過自身低溫燃燒過程,爐内便可完成脫硫脫硝環節,有效抑制氮氧化物生成。統計顯示,該裝置爐内脫硫效率可達98%,煤含硫量在0.6%以下,二氧化硫原始排放控制在35毫克/标準立方米以内,遠低于現行燃煤鍋爐排放标準。

  “通過不斷改進,鍋爐目前所需煤種不再局限于應用之初的精選煤,普通煙煤、褐煤均可使用,大大降低使用門檻,同時卻不會加重排放。”李瑞國以較早推行的濟南市領秀城小區為例介紹,相比傳統鍋爐,新型水煤漿鍋爐在同等供暖條件下,每個采暖季可節約标煤7530噸,減排二氧化碳2萬多噸、二氧化硫600多噸。節能率達20%的同時,環保運行成本降低70%左右。

  節能環保型煤泥循環流化床

  ——從源頭減排的低成本路線

  同樣緻力于清潔利用技術探索的,還有煤企自身。即便是有21年曆史的“老資格”東灘礦電廠也不例外。

  “國内首台100%燃用煤泥75噸/小時循環流化床鍋爐就在我們這兒投運,當時技術可謂國際領先。”兖礦集團東灘礦電廠廠長張明華坦言,随着時間推移、設備老化及相關标準提高,鍋爐各項性能、環保指标均難以滿足現行要求。為此,一場“藍天工程”拉開帷幕,首先是對電廠3号鍋爐的改造。

  工程選用了中國工程院院士嶽光溪牽頭研發的“基于流态重構的節能環保超低排放型循環流化床鍋爐”技術。改造後,燃料100%采用低熱值煤泥,并加入自主生産的脫硫劑,按精确配比加入爐内,經充分循環反應,使二氧化硫、氮氧化物達到超低排放的最佳循環流化燃燒狀态,由此把污染物原始排放濃度降至最低。脫硫效率超過95%,脫硝效率達70%以上。

  “通過傳統鍋爐,二氧化硫、當氧化物隻能控制在200毫克/立方米左右,循環流化床技術可将這些數值降到幾十毫克,達到超低排放标準。同時,還可協同處理三氧化硫、汞及其化合物。”嶽光溪表示。

  而在熱效率、煤耗均達大型高效火電機組的同時,該技術環保成本僅為0.03元/千瓦時,完全實現大型機組環保績效水平,發電成本随之降低0.02元/千瓦時。“這标志着我廠已形成以源頭控制為主,煙氣淨化為輔的低成本清潔煤技術路線,構建了涵蓋煤炭坑口、爐口、煙口的全過程煤炭清潔利用技術體系。”張明華笑稱,“由于是新技術,大家一開始還有點排斥,現在都争着來3号鍋爐。”

  集多種燃料為一體化的高效鍋爐技術

  ——“以廢治廢”突破中小鍋爐治理難題

  在大氣污染防治中,中小型燃煤鍋爐因受燃燒效率低、環保設備不健全、管理水平落後等制約,成為“重災區”之一。除直接拆除外,能否實現中小鍋爐清潔化改造?一項名為“高效粉體工業鍋爐微排放一體化系統”的技術,或可給出參考。

  這項由西安交通大學與福建永恒能源管理有限公司聯合研發的系統技術,集潔淨煤粉、生物質粉、污泥粉、燃氣等多種燃料為一體,專用于中小型工業鍋爐。“也就是說,一套系統可選用多用燃料,不會因某一類燃料的缺失而影響運行,更具安全保障。而且,該系統吃的是‘粗糧’,可根據各地煤質情況進行調整,不受煤質限制。”負責人趙绐淇介紹,系統綜合能效可達85%以上,節電量在25%-30%,同時利用系統水循環,可實現工業廢水無外排。

  在排放方面,該系統自帶除塵、脫硫一體淨化塔,燃煤産生的粉煤灰可直接進入塔内,其中的堿性物質“變廢為寶”,可作為脫硫劑參與減排。“這樣一來,既不用外加脫硫劑,也無需增設脫硫設備,真正實現了‘以廢治廢’。脫硫後的産物包括粉煤灰、硫酸鈣及其他鹽類混合物,我們通過渣漿泵将其送至全自動陶瓷漿體脫水機,真空脫水處理至15%含水量,避免揚塵生産。脫水後的物質還可作為城市海綿磚配料,不會産生二次固廢污染。”趙绐淇解釋。

  根據統計,系統脫硫效率可達99%,二氧化硫排放濃度不超過20毫克/立方米,低于國家要求的燃氣鍋爐排放标準。

  來源:中國能源報