行業(yè)觀察|新建燃煤火電機(jī)組二氧化碳深度減排的主要技術(shù)路線

北極星環(huán)保網(wǎng)訊:“超超臨界燃煤機(jī)組+生物質(zhì)混燒+區(qū)域供熱+二氧化碳捕集+燃?xì)廨啓C(jī)，這些復(fù)雜的概念結(jié)合到一起，將成為未來(lái)解決新建燃煤火電機(jī)組二氧化碳深度減排的主要技術(shù)路線。”在近日由中國(guó)動(dòng)力工程學(xué)會(huì)主辦、中國(guó)電力科技網(wǎng)承辦、安徽安慶皖江發(fā)電有限責(zé)任公司協(xié)辦的超超臨界機(jī)組技術(shù)交流2017年會(huì)上，中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)公司副總工程師龍輝的觀點(diǎn)引發(fā)了與會(huì)人員的廣泛共鳴。

燃煤耦合生物質(zhì)有利于減少化石能源消耗

12月19日，國(guó)家發(fā)展改革委印發(fā)《全國(guó)碳排放權(quán)交易市場(chǎng)建設(shè)方案(發(fā)電行業(yè))》，首批納入全國(guó)碳市場(chǎng)的重點(diǎn)排放單位幾乎涵蓋了我國(guó)約1700家火力發(fā)電企業(yè)。其納入全國(guó)碳市場(chǎng)的二氧化碳排放總量超過(guò)30億噸，占全國(guó)碳排放量的1/3。

據(jù)了解，2005年，歐盟碳市場(chǎng)交易體系開(kāi)始運(yùn)行，如今，這一交易體系已經(jīng)涵蓋歐洲11000家發(fā)電廠、工廠以及絕大多數(shù)的航空公司，覆蓋歐洲45%的溫室氣體排放量，成為世界上最大的碳排放交易市場(chǎng)。歐洲的電廠開(kāi)展了各種方式的二氧化碳深度減排工作。

近年來(lái)，燃煤鍋爐摻燒生物質(zhì)技術(shù)在歐美國(guó)家已成為二氧化碳深度減排的重要選項(xiàng)之一。國(guó)外的技術(shù)發(fā)展表明，大型燃煤鍋爐可實(shí)現(xiàn)在較大比例范圍內(nèi)自由摻燒生物質(zhì)燃料，用于給鍋爐提供熱量。英國(guó)、荷蘭、丹麥等歐洲國(guó)家在燃煤火電機(jī)組生物質(zhì)混燒技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位，很多大型燃煤火電機(jī)組實(shí)現(xiàn)了“煤改生物質(zhì)”燃燒。

相關(guān)專家表示，我國(guó)可作為能源利用的生物質(zhì)資源總量約4.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤/年，而目前我國(guó)生物質(zhì)能利用量?jī)H約3500萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤/年，利用率不足10%，利用方式包括生物質(zhì)發(fā)電等多種方案。假設(shè)中國(guó)每年有50%的生物質(zhì)能資源用于發(fā)電，那么每年可發(fā)電量約7200億千瓦時(shí)，僅此一項(xiàng)即可使我國(guó)非化石能源發(fā)電量占比提升約12個(gè)百分點(diǎn)(按2016年全國(guó)發(fā)電量計(jì)算)。若按全年發(fā)電利用小時(shí)數(shù)為4000小時(shí)，則折算生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)容量可達(dá)約1.8億千瓦，是當(dāng)前裝機(jī)規(guī)模(截至2016年底，約1214萬(wàn)千瓦)的近15倍。因此，基于我國(guó)豐富的生物質(zhì)能資源量及龐大的煤電總規(guī)模，在“十三五”期間及中長(zhǎng)期時(shí)間內(nèi)，我國(guó)燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電將具有非常廣闊的發(fā)展空間。

“燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電相比純燒生物質(zhì)發(fā)電具有效率高、投資省、減少新增占地等多方面的優(yōu)勢(shì)。燃煤機(jī)組通過(guò)摻燒生物質(zhì)，能夠有效利用廢棄的生物質(zhì)資源，減少機(jī)組燃煤消耗量，有利于燃煤機(jī)組實(shí)現(xiàn)碳減排，還可以解決農(nóng)民散燒廢棄秸稈帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，并為農(nóng)民增收。”電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院副總工程師姜士宏說(shuō)。

據(jù)了解，國(guó)外已有大量電廠摻燒不同比例的生物質(zhì)或純燒生物質(zhì)，我國(guó)也已有大量的純燒生物質(zhì)電廠及少數(shù)摻燒生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目。結(jié)合具體的燃料供應(yīng)、資金、運(yùn)行維護(hù)習(xí)慣，以及我國(guó)電廠的情況，與會(huì)專家首推摻燒生物質(zhì)技術(shù)路線。電廠采用摻燒生物質(zhì)方案，其生物質(zhì)摻燒比例較為靈活，從而在生物質(zhì)收購(gòu)中增強(qiáng)議價(jià)能力;生物質(zhì)燃料預(yù)處理相對(duì)獨(dú)立，也可減少對(duì)原有系統(tǒng)的影響，縮短停機(jī)時(shí)間;電廠的改造范圍較小，可節(jié)省生物質(zhì)改造的費(fèi)用，便于項(xiàng)目投資、建設(shè)和運(yùn)行管理。

“在超超臨界技術(shù)不斷發(fā)展的情況下，未來(lái)十年，我國(guó)超超臨界燃煤機(jī)組參數(shù)將進(jìn)一步提高并實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用，部分大型燃煤火電機(jī)組將實(shí)現(xiàn)區(qū)域供熱，大型燃煤鍋爐生物質(zhì)混燒技術(shù)將完成示范項(xiàng)目并完成推廣應(yīng)用。同時(shí)燃煤電廠部分煙氣二氧化碳捕捉、貯存裝置將會(huì)開(kāi)展工程示范應(yīng)用。超超臨界機(jī)組將在未來(lái)發(fā)揮更大作用，成為‘一帶一路’倡議中的重要能源組成部分。”清華大學(xué)教授毛健雄表示。

從2006年至今，我國(guó)已投運(yùn)的100萬(wàn)千瓦超超臨界機(jī)組已近百臺(tái)，我國(guó)已成為世界超超臨界煤粉爐機(jī)組容量最大和臺(tái)數(shù)最多的國(guó)家。當(dāng)前，我國(guó)超超臨界發(fā)電技術(shù)已進(jìn)入更加注重自主創(chuàng)新、更加智能優(yōu)化控制、更加清潔低碳環(huán)保的新階段。

面對(duì)煤電行業(yè)當(dāng)前遇到的新問(wèn)題，中國(guó)電力科技網(wǎng)主任魏毓璞在接受《中國(guó)電力報(bào)》記者采訪時(shí)表示，迎接這種挑戰(zhàn)，煤電行業(yè)只能走更高效、更清潔、更靈活道路，這也是超超臨界技術(shù)今后的發(fā)展方向。

大型燃煤機(jī)組區(qū)域供熱將成趨勢(shì)

據(jù)了解，黨的十八大以來(lái)，我國(guó)火電機(jī)組結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化，超臨界、超超臨界機(jī)組比例明顯提高，單機(jī)30萬(wàn)千瓦及以上機(jī)組比重上升到78.6%;單機(jī)60萬(wàn)千瓦及以上機(jī)組比重明顯提升，達(dá)到41%。燃煤發(fā)電技術(shù)不斷創(chuàng)新，達(dá)到世界領(lǐng)先水平。60萬(wàn)千瓦級(jí)、百萬(wàn)千瓦級(jí)超超臨界二次再熱機(jī)組和世界首臺(tái)60萬(wàn)千瓦級(jí)超臨界CFB(循環(huán)流化床)機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行。超超臨界機(jī)組投運(yùn)十多年來(lái)，通過(guò)引進(jìn)、消化和吸收，實(shí)現(xiàn)了工程設(shè)計(jì)、制造、建設(shè)技術(shù)的重大突破，我國(guó)超超臨界機(jī)組無(wú)論容量、參數(shù)、效率、煤耗和超低排放改造均達(dá)到世界領(lǐng)先和先進(jìn)水平，成為世界上蒸汽參數(shù)最高和供電煤耗最低的國(guó)家。

“我國(guó)600攝氏度等級(jí)超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組技術(shù)水平已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，部分技術(shù)甚至達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。但我國(guó)在系統(tǒng)整體優(yōu)化和汽輪機(jī)本體制造方面仍與國(guó)際水平存在一定差異，需要補(bǔ)齊短板，與國(guó)際同行不斷交流，實(shí)現(xiàn)600攝氏度等級(jí)超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組技術(shù)水平的新提高。”龍輝表示，國(guó)外公司設(shè)計(jì)的100萬(wàn)千瓦機(jī)組普遍帶區(qū)域供熱。“大型燃煤火電機(jī)組帶區(qū)域供熱將是未來(lái)新建燃煤發(fā)電技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。”

在《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中明確提出，“全面掌握擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超超臨界機(jī)組設(shè)計(jì)、制造技術(shù);以高溫材料為重點(diǎn)，加快攻關(guān)700攝氏度超超臨界發(fā)電技術(shù);研究開(kāi)展中間參數(shù)等級(jí)示范，實(shí)現(xiàn)發(fā)電效率突破50%。推進(jìn)自主產(chǎn)權(quán)的60萬(wàn)千瓦級(jí)超超臨界CFB發(fā)電技術(shù)示范。”

中國(guó)華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院副院長(zhǎng)肖平表示，我國(guó)應(yīng)在700攝氏度等級(jí)高效超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組技術(shù)方面開(kāi)展更加深入的研究，在該領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)我國(guó)技術(shù)水平新的突破。而受制于汽輪機(jī)部分高鎳基材料研發(fā)難度的困擾和性價(jià)比問(wèn)題，預(yù)計(jì)700攝氏度超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組的投運(yùn)時(shí)間將推遲到2026年左右。

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