行业观察 | 我国燃煤清洁高效发电技术发展展望

近十几年来，我国的燃煤清洁高效发电技术迅猛发展。我国的超超临界发电技术已经达到世界先进水平，某些领域已达到世界领先水平；我国的超临界CFB锅炉技术已经达到国际领先水平，并且研发形成了完整的CFB锅炉设计和制造技术体系；我国的燃煤火电机组的超低排放已对大气环境改善起到了促进作用。我国的燃煤火电机组综合节水技术也已达到世界领先水平。同时我们也应看到，最近15年里，欧美和北美煤炭消费总量占比从全球的一半降至四分之一，原因是天然气和可再生能源占比不断增加。

（来源：微信公众号“中国电业”  ID：zgdyzzs  作者：龙辉）

2008年，美国的燃煤火电机组装机容量为3.13亿千瓦，经过不断淘汰老旧燃煤火电机组，2018年美国燃煤火电机组容量为2.59亿千瓦，而我国的燃煤火电机组容量已升至10亿千瓦以上。

英国承诺在2025年前逐步关闭国内全部12座燃煤电厂，法国计划到2021年关闭所有燃煤电厂，荷兰承诺到2030年将温室气体排放量在现有水平上削减55%。要完成这一目标，目前荷兰国内仍在工作的5座燃煤电厂必须全面关闭。西班牙计划到2020年完全关闭燃煤电厂，丹麦和奥地利也在转向摆脱煤炭依赖。德国计划在2038年前关闭所有的燃煤电站。加拿大决定到2030年关闭其燃煤电厂。

我国与美国、欧洲总的碳排放总量差距正在不断加大。我国实施的超低排放指标要求已经达到比国外最低标准还要低的水平，进一步提高的空间将受各方面的制约。随着环保要求越来越严格，国外发达国家对非常规污染物SO3、汞及其化合物已制定相应的标准限值，国内正开展相关研究工作。

今后10年，我国的燃煤清洁高效发电技术发展之路该怎么走?会怎么走?

我国燃煤清洁高效发电技术开启新纪元

随着中国经济的快速发展，全社会用电量快速增长，电力工业因此得到快速发展，电网规模、电源装机总量和发电量均居世界首位。

截至2018年底，全国发电装机容量达到19亿千瓦，其中燃煤火电机组容量超过10亿千瓦。2018年平均供电煤耗已降至308克标煤/千瓦时，达到世界先进水平。

（一）超超临界煤粉发电技术。为进一步降低能耗和减少污染物排放，改善环境，中国常规火电技术飞速向更高参数的超超临界的技术方向发展。截至2018年末，中国已投入运行的600℃、1000兆瓦超超临界机组达105台。

(二)燃煤电厂深度节水技术。“十三五”期间，我国的能源布局向中西部煤炭基地发展，建设千万千瓦等级现代化大型煤电外送基地。而中西部地区水资源普遍匮乏，山西、内蒙古和陕西的水资源总量分别仅占全国水资源总量的0.4%、1.6%和1.7%，新疆的水资源总量也仅占全国的3.1%。此外，北方大部分地区水资源开发利用程度相当高，开发利用潜力非常有限。北方地区水资源缺乏已经成为制约经济社会可持续发展的重要因素。因此，开发节水技术、做好节水措施、降低单位发电量的耗水量是大规模建设坑口电站和保障火电厂高效运行的必要条件。

针对北方缺水地区，可采用空冷技术以大幅度降低火力发电机组的消耗水量，此外通过循环冷却水、工业用水、生活污水的循环再利用也可大大降低燃煤机组的耗水量。根据节水技术本身的成熟程度、国产化程度以及适应性，在空冷电厂应用干除灰、干除渣技术、辅机空冷技术，使耗水指标降低。在采取了以上节水技术或措施的基础上，火电机组的水量流失主要体现在石灰石—石膏湿法烟气脱硫系统中烟气携带走的水蒸气，这部分水蒸气量占湿法脱硫系统用水的80%以上。因此，烟气中的水蒸气回收成为北方缺水地区燃煤火电机组节水技术的新突破口。

（三）循环流化床锅炉发电技术。2014年4月，世界第一台600兆瓦超临界循环流化床锅炉在我国四川白马电厂投运，标志着我国大容量、超临界循环流化床锅炉发电技术已经达到国际领先水平。

（四）先进燃煤发电污染控制技术。中国燃煤电站已经针对SO2、NOX、烟尘执行了世界上最严格的超低排放要求。新建电厂已经基本全部实施烟气超低排放，并对其它在运机组实施改造，到2020年底具备条件的30万千瓦以上机组将全部实施超低排放。

与国外技术水平相比差距依然显著

尽管我国在燃煤清洁高效发电技术发展取得了巨大进步。但我们也应看到，在我们取得进步的时候，发达国家也在不断取得进步，并且已经转向针对燃煤火电机组减少碳排放方面的技术发展和针对燃煤电厂排放的有害物质可能对生命健康直接有影响要素的控制。

目前世界上最先进的一次再热超超临界燃煤发电机组——德国RDK8电厂，2014年投运。我国设计的1000兆瓦超超临界机组与之主要差距：一是我国最新投运的河北某1000兆瓦超超临界机组供电效率为46.78%，与之差距在0.6%左右，我们分析该机组设计背压较低，在系统优化和汽轮机制造方面也有一定优势。二是RDK8机组实现区域供热，并且目前德国所有的大型（超）超临界机组均已实现了区域供热。

目前国内1000兆瓦超超临界机组均未实现区域供热。荷兰鹿特丹的MPP3电厂是目前世界上最新建成的高效和CO2深度减排示范电厂。1100兆瓦超超临界机组采取超超临界参数+生物质耦合燃烧+区域供热+预留CO2捕集的CO2深度减排技术路线。机组净效率>46%。MPP3电厂耦合燃烧30%左右的生物质，采取区域供热。我国设计的1000兆瓦超超临界机组与之主要差距：除超超临界参数+区域供热外，实现30%生物质直燃耦合燃烧，目前国内1000兆瓦超超临界机组均未有生物质直接耦合燃烧。

目前世界上最大的生物质直接耦合燃烧生物质的机组——英国Drax电厂100%直接耦合生物质发电技术改造项目。英国政府承诺到2020年全国能源的15%来源于可再生能源。英国商务、能源与工业战略署与英国环境、食品与农村事务部联合通过5个阶段的碳预算，前3个碳预算在2009年已建立法律，即在2020年之前与1990年相比减少碳排放37%。第四个碳预算在2011年立法，目标是到2025年减少碳排放50%。第5个碳预算工作与2016年6月启动，预计到2030年减少57%。

在此背景下，英国开展了一系列的减碳行动。英国近年来在大型燃煤火电机组开展的生物质耦合燃烧技术发展表明：英国是目前世界上燃煤火电机组生物质混烧技术发展领先的国家，实现了四代技术的跨越，大型燃煤锅炉可实现自由比例的生物质燃料（0~100%）给锅炉提供热量。部分电厂实现了“煤改生物质”燃烧，不再烧煤。

韩国、美国已经在借鉴英国耦合生物质燃烧改造项目的经验，开展了多台500兆瓦~660兆瓦燃煤电厂耦合生物质燃烧改造项目。我国在这方面目前还没有一台锅炉真正意义实现生物质颗粒直接耦合燃烧，与国际水平相差巨大。

未来能源发展将更加多元化

我们对中国未来能源的发展的判断是：中国不可能像西方一些国家那样去煤化，中国也不可能像德国那样去核化，而只能是能源发展多元化。为此我们提出我国电能发展平衡和能源发展平衡2个概念。

在目前条件下新的能源技术没有全面发展的条件下，我们国家有一段时间将是以电能发展平衡为主，就是火电机组在减少，核电，太阳能，生物质能还在不断增加。将来电能发展平衡被打破，变成能源发展平衡阶段，氢能会在未来的能源发展中占据更为重要的地位。

2018年“煤炭清洁高效利用”已被正式列入我国“科技创新——2030重大项目”，将700摄氏度超超临界发电技术研发列入“煤炭清洁高效利用”项目中，但我国在高温材料、焊接技术等方面距世界先进水平还有差距，其中高温材料的研发是制约700摄氏度超超临界机组发展的主要问题，未来仍然需要在镍基合金等耐高温材料的性能测试及焊接技术、高温涂层技术、蒸汽冷却技术等方面继续开展研究。

2017年12月18日，国家发展改革委发出《全国碳排放交易市场建设方案》的通知，相信随着我国碳减排制度体系建设和碳排放交易市场建设的日益完善，以及支持和鼓励燃煤耦合生物质发电政策的不断落实，燃煤耦合生物质发电正在迎来良好的发展机遇。

因此未来在保证一定比例的燃煤火电机组的前提下，国内必将走大型燃煤锅炉直接耦合生物质燃烧之路来降低CO2排放。

目前，国内生物质发电的主流技术主要是小型锅炉直燃发电，2017年底，已有近300座生物质直燃电厂发电。这些生物质电厂燃尽率低、结渣严重，经济性差，是对生物质资源的巨大浪费。

我国北方严重缺水地区燃煤火电机组深度节水技术路线将更加成熟。以高效超超临界空冷机组+辅机空冷+其它辅助系统节水技术+烟气取水的技术路线成为今后一段时间内中国特有的严重缺水地区燃煤火电机组深度节水技术路线。

国外发达国家对非常规污染物SO3、汞及其化合物已制定相应的标准限值。随着我国环保排放标准的进一步发展，我们预测我国燃煤火电机组污染物控制将由面控制向点控制发展。部分燃煤火电机组烟气脱除SO3技术实现工程应用及规模化发展，解决困扰部分燃烧中、高硫煤火电机组的有色烟羽问题及空气预热器堵塞问题，实现节能和减排的双赢。