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倪维斗院士:中国煤炭清洁高效发电之路

2014-10-27 11:21来源:中国电力报关键词:燃煤发电煤炭清洁利用电力行业收藏点赞

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煤气化多联产技术具有如下诸多优点:1)联合生产多种产品,效率提高有助于缓解能源总量要求,采用高硫煤拓展了煤炭资源的利用;2)有助于缓解液体燃料短缺,可以大规模地生产甲醇、二甲醚、F-T合成油和氢等替代燃料,缓解石油进口压力;3)可彻底解决燃煤污染问题,消除常规燃煤污染物排放,重金属等痕量污染物脱除更经济;4)有助于解决快速城市化引起的小城镇和农村洁净能源问题:为具有天然气管道的城镇提供城市煤气,煤制DME可以作为LPG的补充或替代物,很可能是小城镇尤其是住宅高度分散的农村地区的最终能源解决方案;5)满足未来减排CO2的需要,煤气化系统可以以较小的成本捕捉CO2。煤气化多联产技术在煤炭清洁高效利用方面电化共轨有很大潜力,是重要方向。

改造落后产能

目前我国300MW以下容量燃煤机组还高达1.7亿千瓦左右,这些机组的供电煤耗较高,严重影响我国平均发电煤耗水平,是节能减排工作的重大阻碍。300MW等级的亚临界机组大约有2.5亿千瓦,其中相当部分(特别是2000年以前投产的机组)供电煤耗也比全国平均供电煤耗高十几、甚至几十克每千瓦时。这些机组有的承担供热功能,有的是燃烧劣质煤的循环流化床机组,而且大部分机组的服役期限还不够长。如果对其全部淘汰,将会造成巨大经济损失,但继续照常运行又对我国的整体节能减排工作造成较大影响,对其进行高效化改造目前来看是一个比较好的选择。

汽轮机通流改造在国内已经广泛应用,是比较成熟的技术。如北京全三维公司和全四维公司开展的300MW亚临界汽轮机组经过高效化通流改造后,供电煤耗可降低10g/kW.h以上。对于300MW以下供热机组,如果能将其改造成为背压机组,虽然其发电效率不高,但乏汽的热能可全部利用进行供热,经济上分析是个不错的选择。其它如汽封改造、空预器改造、电除尘改造、烟气余热利用、变频改造等,技术相对成熟,条件具备的应广泛采用。但也需综合考虑机组的整体性能,以及生命周期的总体经济性,对症下药,不要跟风,眉毛胡子一把抓。

在线检测与性能诊断

我国燃煤发电比例占总发电量的近80%,是世界上煤电比例最大的国家,美国仅为45%,日本为27%。这种特有的电源结构必然导致我国燃煤机组因承担电网主要调峰功能,而长期、频繁处于负荷调整变化状态。同时,由于我国煤质/煤种地域差别较大,煤质情况复杂,入炉煤种受煤炭市场影响和成本压力而长期处于波动状态。另外,冷端系统受环境变化影响较大,尤其是北方干旱地区采用空冷冷却的机组,受大风等影响机组难以维持稳定运行。

负荷变化、煤质波动、环境变化等因素,使得我国机组难以维持稳定运行,对机组的运行优化也带来很大困难,引起机组整体运行煤耗偏高。因此,发展精细化的全工况在线性能监测技术,包括煤质监测、风量监测、燃烧监测、氧量监测、排放监测、热力系统部件级性能监测、全厂性能实时监测,为机组在全工况范围内安全、高效率运行提供基础数据,是我国燃煤机组高效化运行的必然出路。

目前国内外存在一些风量监测、煤粉监测等技术,有些已经得到较多的应用,如煤量在线监测、风量在线监测等,但总体还不是特别成熟。清华大学研发的在线监测与诊断技术、“炉温3D测控技术”和煤质的激光诱导击穿光谱测量技术(LIBS技术)可分别实现电厂系统部件级的性能在线监测、炉膛火焰的三维温度分布情况实时监测与煤质快速离线分析。在线监测与诊断技术主要基于机理性精确模型,通过建立各部件级动/静态高精度数学模型,利用数据协调技术和主导因素法,实现对各部件的性能渐变和异常进行检测,并为各部件提供健康应达值。LIBS技术对煤质进行快速离线分析的效果(含碳量、热值等关键参数)接近国家煤质分析标准,与美国TSI公司达成协议,正在合作生产煤质分析仪器。“炉温3D测控技术”可监测炉内燃烧火焰辐射能信号,并正在开发燃烧颗粒物浓度空间三维分布的检测分析,这将进一步提高三维温度场检测的精度,为今后实现煤粉在炉内燃尽过程的三维可视化检测奠定了良好基础。

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