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煤电行业清洁高效发展的路径思考

2017-6-16 17:14:57 来源:中国矿业报社 作者: 张立宽

前不久,国家发改委、国家能源局印发《能源生产和消费革命战略 (2016~2030)》,从煤炭集中使用、推进煤炭清洁利用、促进煤炭绿色生产三个方面规划了煤炭行业清洁高效生产利用。对于煤电行业来说,推进煤炭清洁利用成为当前和今后一段时期最重要的目标任务。

煤电行业推进煤炭清洁利用主要体现在:不断提高煤电机组效率,降低供电煤耗,全面推广世界一流水平的能效标准;加快现役煤电机组升级改造,新建大型机组采用超超临界等最先进的发电技术,建设高效、超低排放煤电机组,推动实现燃煤电厂主要污染物排放基本达到燃气电厂排放水平,建立世界最清洁的煤电体系。

众所周知,煤炭是一种高碳能源,也是我国的基础和支柱能源,目前依然在我国能源消费中占六成以上,以煤为主的能源结构在较长时期内难以改变。据统计,燃煤电厂耗煤量约占煤炭总耗量的一半,未来还会更高。我国CO2、SO2、NOx 和烟尘排放量均居世界第一,其中由燃煤电厂排放的相应占到总量的50%、38%、43%和 17%。因此,如果不对煤炭燃烧过程进行烟尘高效净化,必然造成大气污染。笔者认为,对于燃煤电厂来说,提高电厂发电效率首先就要降低电厂的供电煤耗。据中国工程院院士林宗虎介绍,这方面的主要措施和技术路径有以下几种:

(1)采用超临界和超超临界煤电机组。一般煤电机组发电效率约40%,超临界机组为42%,超超临界机组可达45%~50%,全球超临界及以上的机组有600多台,我国已有150 多台。比如,华能集团在江西建成投产我国首座超超临界二次再热发电厂;华电集团拥有世界首套百万千瓦级超超临界空冷机组宁夏灵武发电有限公司,华电句容发电厂一期建成2×100万千瓦超超临界燃煤机组,是目前国内单机等级最高、效率最优的发电机组;大唐集团旗下的托克托电厂五期工程2台国产66万千瓦超超临界机组全部投产,一跃成为世界在役最大火力发电厂;国电北仑电厂三期扩建工程第2台百万千瓦超超临界机组已经正式投入商业运行。

(2)采用整体燃气化的燃气轮机-蒸汽轮机联合循环发电机组(Combined Cycle Power Plant,简称CCPP),发电效率可以达到58%~60%,一些大型机组甚至可以超过60%。因为燃气轮机为旋转持续做功,可以利用热值比较低的燃料气体,同时,还具有开、停机快,运行负荷调节幅度大、速度快等特点,提高了发电效率,又能很好地满足煤气动态平衡的需要,减少放散。以一个安装有两台燃气轮机的联合循环电厂为例,假设年运行时间4000小时,相比M701F4机组,M701F5机组年发电量将增加3.6亿千瓦时、机组热耗降低约180千焦/千瓦时、每千瓦时电的氮氧化物排放量减少约3%,M701J机组年发电量将增加13.6亿千瓦时、机组热耗降低约240千焦/千瓦时、每千瓦时电的氮氧化物排放量减少约4%,这将为用户带来极为可观的经济效益。德国杜塞尔多夫Lausward热电联产联合循环电厂,选用西门子SGT5-8000H重型燃机作为“引擎”,其高达61.5%的发电净效率、603.8兆瓦的发电装机以及300兆瓦的供热规模均为世界同级电厂之最。

(3)大力发展煤炭多联产技术。煤在气化和净化后可用于生产电、油、氨肥及其他化工产品,可提高10%~20%的煤炭利用率。日前,历经20年科技攻关,西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室的“煤炭超临界水气化制氢发电多联产技术”以1.5亿元完成科技成果转化,正式迈向产业化。与传统燃煤发电和煤气化制氢技术相比,该项新技术的发电和制氢效率显著提升,大型化后的一次投资和运行成本则显著降低,创新技术引领产业变革,彻底告别“一把火烧煤”时代。

(4)推进碳捕集与封存(CCS)技术的实施与应用。CCS是指将大型发电厂、钢铁厂、化工厂等排放的CO或CO2捕获并分离,用各种方法封存于地下深处以避免其排放到大气中的一种技术。据了解,我国已把碳捕集与封存(CCS)技术作为前沿技术列入国家中长期科技发展规划。目前,部分示范项目的二氧化碳捕集、利用与封存能力已达到百万吨规模。具体到煤电行业,燃煤电厂排出的烟气中含有大量的温室气体CO2,每燃用1千克煤将排出2.66 千克 CO2。当前我国的CCS捕集和利用技术已在燃煤电厂锅炉中试用,并取得不少成果和进展。例如,在 CO2 捕集技术中已研发过多种物理吸收法和化学吸收法。此外还研发过便于CO2从烟气中分离的膜分离法和富氧燃烧法,但均尚需提高捕集率。今年3月,中国延长油田碳捕集与封存一体化项目已经开工建设,这是亚洲第一个商业碳捕集和储存项目。该项目将于2018年开始运营,每年将从全国煤炭中心陕西省的一家煤炭天然气厂捕集41万吨碳。

(5)加强煤炭前端治理。相对于煤炭的后端治理,处于最前端的煤炭洗选可以初步解决燃料的清洁化的问题,而且前端治理成本最低,能大幅度消减后端污染物排放的负荷,比如可以大幅度降低硫分、灰分。选煤脱硫的成本较之后端烟气脱硫的成本要低很多,通过煤炭清洁化洗选加工,对燃煤电厂锅炉的节能减排具有重要作用。据统计,每洗选1亿吨原煤可除灰1300万吨、硫35万吨,减少CO2 排放49万吨,排除煤矸石1800多万吨,可提高锅炉燃煤效率10%~15%。

(6)着力防范化解煤电产能过剩风险。由国家实行“上大关小”的强制性退出机制,我国自实施关停10万千瓦效率不高的中小型机组,发展超临界压力高效大型机组后,全国平均发电煤耗将从2005年370 克/千瓦时下降到2017年310克/千瓦时,比当前国际先进水平煤耗更低。日前,国家能源局发布《2020年煤电规划建设风险预警的通知》指出,全国32个省级电网区域(含蒙东、蒙西)中,有25个区域的预警状态为预警程度最严峻的红色,风险预警结果为红色和橙色的省份,要暂缓核准、暂缓新开工建设自用煤电项目,并在国家指导下,合理安排在建煤电项目的建设投产时序。针对煤电过剩问题,华北电力大学煤控课题组进行了多年的深入研究。2017 年 5 月 18 日,课题组发布最新研究报告《“十三五”电力行业控煤政策研究》认为,煤电行业2016年~2030年的发展空间峰值约为 8.6亿千瓦~9.6 亿千瓦。具体来看,低速发展情景下,我国煤电发展空间预计在2016 年达峰,峰值约为8.6亿千瓦,维持4~5年平台期后逐步下降。高速发展情景下,我国煤电发展空间预计在2020年达峰,峰值约为9.6亿千瓦,随后进入10年左右的平台期。

综上所述,笔者认为,国家将煤炭清洁高效开发和利用作为能源转型的立足点和首要任务,为我国燃煤电厂转变发展方式、实现清洁高效发展提供了难得的机遇,也是大势所趋、人心所向。当前,煤电行业推进清洁高效发展的技术路径和办法措施已经渐趋成熟,能不能抓住机遇,顺势而为,迎难而上,考验着企业领导者智慧和魄力。相信煤电行业一定能紧紧抓住并利用好这一战略机遇期,因地制宜地选择可靠的发展路径与方法,实现煤电行业绿色科学、清洁高效发展。□(作者系资深媒体人,能源观察员,中国煤炭交易数据中心高级分析师、评论员。)

编辑:宫莉

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