煤炭洁净高效燃烧技术

2005/5/17 16:20:43

　　火力发电占据中国总发电量的81％，2000年煤的总产量的40％用于发电。至今，中国只有极少数电站有脱硫装置，大部分电站对NO_X的排放未加控制。我国发展洁净煤发电技术已经十分迫切。
　　当今，洁净煤发电技术最主要有四种，即常规燃煤电站加脱硫装置加脱硝装置（PC+FGD+de+NO_X），循环流化床（CFB），整体煤气化联合循环（IGCC）和增压流化床联合循环（PFBC-CC）。在未来的几十年内，在不同的地区和国家，这些技术会有较大的发展空间。
　　1．循环流化床（CFBC）
　　循环流化床（CFB）燃烧技术是先进燃煤技术中最成熟的技术之一，在清洁燃煤发电、劣质燃料资源利用方面具有极大优势。其燃烧效率高，脱硫率可达到98％，NO_X、CO的排放量低，作为脱硫主要产物的CaSO₄，还可以用作建筑材料和盐碱地的改造。固体颗粒（燃料、灰渣、石灰石，砂粒等）在炉膛内以一种特殊的气固流动方式（流态化）运动，即高速气流（介于固定床和气流床之间）和所携带的稠密悬浮颗粒与煤充分接触燃烧，离开炉膛的颗粒又被分离并送回炉膛循环燃烧。
　　我国是当今世界燃煤工业锅炉生产和使用最多的国家，在用工业锅炉装机总量为50多万台，90万兆瓦左右，循环流化床占3%－5％。我国循环流化床燃烧技术目前主要用于洁净火力发电、热电联产、劣质燃料利用及城市集中供热等方面。在相当长的一段时间内，循环流化床锅炉是非常实用的可迅速产业化的煤洁净燃烧利用技术。
　　我国从20世纪80年代开始研制循环流化床燃烧技术和锅炉产品，至今已有300台以上35－75吨/小时的小型CFBC锅炉电站在全国投入运行。“九五”期间，国家安排了125MWe（410吨/小时）级的循流化床锅炉技术的研究工作。目前正在进行130吨/小时、220吨/小时、410吨/小时容量级循环流化床锅炉的示范，其中130吨/小时级循环流化床锅炉已开发成功，并已有近十台投入运行，标志着我国循环流化床大型化迈出实质性的一步，并且占领了国内市场。此容量等级的开发模式已与国际接轨，同时锅炉自控水平有了很大提高，多个用户可直接采用DCS自动控制系统，为今后大容量循环流化床锅炉技术开发奠定了坚实基础。我国通过引进设备和技术运行了多台220吨/小时和410吨/小时级循环流化床锅炉，如四川内江高坝电厂全套引进的1台（100MWe410吨/小时，9.8兆帕，540℃）和分包生产的13台220吨/小时级锅炉也已投入运行。300兆瓦CFBC示范电站正在招标。
　　2．增压流化床（PFBC）
　　我国从1981年开始研究和发展增压流化床（PFBC）技术，中国东南大学热能工程研究所在1984年建成了1兆瓦的实验室规模的试验装置。在此基础上，“九五”期间，徐州贾汪发电厂15兆瓦的PFBC-CC中试电站被列为国家重点科技攻关计划项目，于1998年建成，2000年完成全部调试和试运行，2001年4月取得成功。这使我国成为世界上少数几个掌握此项发电技术的国家之一。
　　我国现正计划建设一二座100兆瓦等级的PFBC-CC商业性试验电站，徐州贾汪和大连台山两个电厂正在开展P2000机组的可行性研究，并计划建造P200型PFBC-CC电站。前期的准备工作正在进行之中。大型商业化PFBC机组的高温烟气净化技术及设备、大功率高初温燃气轮机技术、控制技术等也处于实验室研究开发阶段。
　　对第二代PFBC发电技术，早在10年之前我国就开始着手某些实验室规模的试验，如部门气化、低热值煤气燃烧室和陶瓷过滤器试验。今后除继续进行实验室规模的研究外，将对贾汪电厂第一代PFBC-CC中试电站进行改建，实施第二代PFBC中试规模的试验。
　　3．整体煤气化联合循环（IGCC）
　　我国IGCC发电技术的研究开发工作经历了约20年，一些单项技术如气化炉、空分设备、煤气脱硫、余热锅炉等都有了一定的技术基础。通过“九五”科技攻关，我国在IGCC可行性和关键技术方面取得了许多重大研究成果。其中包括：在IGCC发电系统总体特性及运行、自控技术方面完成了IGCC发电机组运行技术、热力系统及其特性、发电系统自动控制技术的研究及发电系统经济性分析；在气化炉工程化方面完成了煤气化喷嘴和测温技术的研究开发和气化岛系统工艺及设备的优选；在高温煤气除尘脱硫技术研究与开发方面完成了高温煤气除尘工艺及设备的研究开发、高温煤气脱硫剂研制及脱硫、再生工艺的研究开发和煤气净化工艺及设备优选的研究；在燃气轮机方面完成了我国燃气轮机发展战略和IGCC电站燃气轮机选型原则和技术规范的研究；在余热锅炉和汽轮机方面完成了余热锅炉和汽轮机组合的蒸汽系统优化设计和汽轮机通流部分优化设计的研究。
　　与此同时，国内研究单位与国外机构开展了多项IGCC技术的国际合作。“八五”期间与美国德士古（Texaco）公司等合作，完成了水煤浆加压气化200兆瓦和400兆瓦等级的IGCC预可行性研究；与荷兰Shell公司合作完成了中国IGCC示范电站预可行性研究。“九五”期间与英国Mitsuibabcock公司合作，于2001年6月完成了一套500兆瓦空气部分煤气化联合循环发电技术（ABGC）的系统设计和优化。
　　在这些研究成果和国际合作为发展IGCC技术打下了良好基础上。我国计划在烟台建设第一座300－400兆瓦IGCC示范电站，预计2005年建成投运，它将是世界上容量最大的燃煤IGCC电站之一。其示范期为2－3年，发电效率大于43%（LHV），采用氧气气流床工艺和成熟的湿法煤气净化工艺，脱硫效率将达到98％以上。示范电站的主要设备将从国外进口，部分设备由国内制造。可以乐观地认为，2005年后IGCC将逐渐广泛应用于我国电力工业。

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