不同参数高效超超临界机组经济性分析及建议

本文根据目前大量已投运二次再热机组运行经验,结合某660MW项目高效一次再热和二次再热不同的高效超超临界参数,结合对应的汽机热平衡图参数,通过对THA、80%THA、60%THA三个运行负荷进行了相关的机组经济性参数的计算和对比,通过分析提出了在选择一次再热或二次再热参数上的一些建议和结论。

“双碳”目标下清洁高效灵活煤电技术现状及煤电前景展望

阐述了“双碳”战略对煤电目前总体影响以及面临的发展问题;对煤电机组清洁排放、节能减碳、供热提效、灵活运行的现状和关键技术进行了梳理分析,展望了煤电发展前景,得出了基于我国资源禀赋及能源战略安全来积极看待煤电发展的结论,应重视清洁高效灵活煤电技术的研发与应用,与各种新能源的优势互补,动态协同发展,以推动新型电力系统稳健发展。

煤电清洁高效发展政策与实践

文章在对煤电行业节能减排、污染物排放限值等政策和标准总结的基础上,从发电技术发展及供电煤耗变化、污染物治理技术发展与污染物排放变化和机组结构发展与单机容量变化等三个方面介绍了煤电清洁高效发展实践,重点对不同阶段烟气二氧化硫(SO2)排放限值要求及脱硫技术发展历程进行了阐述。

先进超超临界空冷汽轮发电机组高位布置技术及工程应用

提高燃煤发电机组效率是实现节能降碳的直接手段,700℃超超临界发电的工程应用受制于高温合金材料价格成本阻碍,有必要探索新布置、新结构、缩短高温蒸汽管道以降低工程造价。本文以锦界电厂三期为例,介绍了超超临界空冷汽轮发电机组高位布置技术取得的工程化创新实践。该工程实践表明,锦界电厂三期作为世界首例高位布置示范工程,主厂房采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构,可有效降低整体重心、提高抗震性能,通过技术攻关有效保障主厂房结构、高温蒸汽管道和汽轮发电机组的安全性;与常规布置(运转层12.6~17 m标高)相比,高位布置(运转层65 m标高)主蒸汽、再热蒸汽管道分别可节省材料约34.2%、20.9%,空冷岛排汽管道可节省的材料达93%,还可以较设计值节省供电煤耗4.5~5.1 g/(kW·h),整体技术经济性显著提高;此外,项目投产后的运行监测数据显示,主厂房结构实时在线监测系统各参数均在安全阈值范围内,厂房结构、关键设备均处于安全状态。研究建议,加快发展清洁高效燃煤发电技术,统筹协调我国富煤缺水“三北”地区清洁高效先进空冷煤电机组应用高位布置技术,为未来700℃超超临界煤电机组建设节约高温蒸汽管道提供实践经验。

清洁高效超超临界二次再热燃煤发电机组优化设计和应用

为促进节能减排,提高机组的经济效益和社会效益,华能瑞金电厂二期扩建工程(2×1000 MW超超临界二次再热机组)采用清洁高效二次再热超超临界燃煤发电技术,高效节能带变频发电及回热一体化背压抽汽回热小汽轮机(简称BEST小机)技术,以及五高六低一除氧的12级回热系统,同步建设烟气脱硫和脱硝设施,机组参数从常规的31 MPa/600℃/620℃/620℃提升至31 MPa/605℃/622℃/620℃,结合BEST小机技术,使得机组效率达到49.25%。基于烟气协同治理技术路线,有效降低了氮氧化物、烟尘、二氧化硫、PM_(2.5)等污染物排放浓度,其中脱硫效率高于99.4%,SO_(2)质量浓度小于20 mg/m~3(O_(2)=6%);脱硝效率高于90%,NO_(x)值小于28 mg/m~3(O_(2)=6%)。

“双碳”战略下煤炭及选煤行业的应对建议

为明确“双碳”战略下煤炭行业形势及发展方向,探索煤炭企业尤其是选煤企业的应对方法,从我国的能源资源禀赋、能源安全及绿色能源的现状等方面进行了相应分析和论述。分析认为:煤炭在全球一次能源消费中占比相对稳定;我国“富煤、缺油、少气”,石油、天然气对外依存度高,安全风险高,而水电、核电、风电、太阳能、地热能等绿色能源则受自然灾害的影响严重,且目前储能技术发展程度不足;此外,中国经济的高质量发展也需要煤炭作保障。因此,煤炭仍将是我国能源的“稳定器”和“压舱石”,而煤炭清洁、低碳的发展路径可概括为绿色智能开采—智能清洁加工—清洁高效利用。从企业层面讲,煤炭企业要增强危机意识,积极谋划企业战略定位、产业结构以及经营模式,如使产品向化工、碳基新材料等方向转变,形成专业优势和产业互补优势,同时也应认真对待碳治理工作,重视并开展碳交易,以对冲排放成本。从行业层面讲,选煤为煤炭的清洁高效利用提供了保障,可助力企业减少政策风险和环保成本,提高企业产品质量及市场竞争力,仍将大有可为,同时,选煤行业应重视企业的转型发展,如由生产型向经营型转变,也要增强技术创新、大力发展第三方服务等等,以更好地应对“双碳”战略下日益激烈的市场竞争。煤炭消费产生的CO_(2)占我国总碳排放量的70%左右,要实现“3060”目标,减煤减碳是大趋势,文章对煤炭行业形势的分析以及对煤炭及选煤行业的应对建议将有助于煤炭行业高质量发展。

“双碳”目标下化工原料煤分选加工方案建议

为助力实现“双碳”战略目标,结合我国煤炭消费和能源结构变化趋势,系统分析阐述了现代煤化工发展的必要性,并基于化工原料煤的质量要求,提出了化工原料煤分选加工的方案建议:低灰煤优先采用筛选,中高灰分煤优先采用干法分选,难选中高灰分煤干法分选无法满足要求的,应按可选性选用高效湿法选煤工艺设备;生产加工化工原料煤应重点关注产品粒度、灰分,严控产品水分,禁止掺入煤泥;生产非冶金用煤企业,应积极论证生产化工原料煤的可行性。这些分选加工的方案建议可进一步帮助拓宽化工原料煤的供应渠道,有助于进一步发挥煤炭资源优势和煤化工制品固碳特性,降低油、气进口依赖度;同时也有利于提高煤炭行业整体原煤入选比例,促进煤炭清洁高效利用。

动力煤绿色低碳分选工艺评价研究

提高动力煤入选率是煤炭清洁开发利用的重要课题,围绕动力煤计价指标发热量,在深度分析了某一原煤粒度组成、高密度可选性、可见矸泥化比、矸石分布特征等数据基础上,确立了动力煤选煤厂的主要功能为深度排矸;干法选煤技术以超高密度分选,回收更多有价值的可燃体,从根本上解决湿法选煤带来的煤泥问题的优势,成为未来存量动力煤选煤厂技改和新增动力煤选煤厂的优选工艺技术。通过研究认为,采用“双效率”评价模式,能够更准确地反映动力煤选煤厂的综合运行效果,逐步转变“动力煤洗选工艺炼焦煤化”的倾向,用分选工艺适度化、精煤产率最大化、煤泥减量化、分选粒级最佳化、工艺流程短平化,实现动力煤绿色低碳分选。

中国燃煤高效清洁发电技术现状与展望

为应对气候变化的挑战,保障中国能源安全,亟需构建新型电力系统,而煤炭也逐渐从主体能源向基础能源和调峰能源转变。本文阐述了中国燃煤发电技术现状,梳理了洁净煤发电技术中超超临界发电、循环流化床燃烧、碳汇及碳捕集、利用与封存(CCUS)的技术优势;分析了适应"双碳"目标的燃煤电厂灵活性技术和基于煤电机组的多种生物质燃料掺烧技术;探讨了基于煤电机组的耦合超临界CO_(2)布雷顿循环或太阳能热发电技术的可行性;展望了燃煤高效清洁发电的3个发展阶段。分析表明:燃煤发电灵活性调峰改造和CO_(2)处理技术是未来清洁低碳燃煤发电的重要发展方向,燃煤机组与新能源耦合发电系统可同时实现能源梯级利用、降低发电煤耗和CO_(2)排放,促进新能源消纳,助力燃煤发电产业升级。

煤炭清洁发电技术进展与前景

近年来,我国大气复合污染问题日益突出,燃煤是造成大气污染的主要原因之一,我国电力行业耗煤量约占全国耗煤总量的一半,实现燃煤电厂烟气污染物高效控制是重中之重。本文介绍了我国煤炭清洁发电实现超低排放的最新进展及未来发展前景。通过理论研究、技术研发及集成应用,形成了符合我国国情的燃煤烟气污染物超低排放技术路线,建立了超低排放清洁环保岛,实现了污染物排放优于天然气机组排放标准限值,为我国大气污染防治特别是高用能密度区域的污染物减排提供了一条重要出路。研究综述了近年来我国超低排放技术的示范应用情况,通过费效分析表明超低排放可实现污染物大幅度减排,具有良好的环境、经济和社会效益。未来,我国燃煤电厂还将进一步发展烟气污染物深度脱除技术及二氧化碳捕集技术,最终实现燃煤烟气污染物的近零排放,为建设全世界最清洁的燃煤电厂奠定坚实的技术基础。

700℃超超临界燃煤发电技术研究现状

700℃超超临界燃煤发电技术(700℃技术)能够大幅提高机组的发电效率,实现节能减排及温室气体的控制排放,具有十分重要的战略意义。本文提出并分析了发展700℃技术需要解决的关键问题,包括高温合金材料研制、锅炉和汽轮机关键高温部件的加工制造、高温阀门制造、高温材料及关键部件的实炉验证、700℃超超临界示范电站的设计、建造及运行等。目前,国内700℃技术的研发正在按照计划稳步进行,在镍基高温材料研制、关键部件的生产制造、主机方案研究、关键部件验证试验平台的建设等方面均已取得阶段性进展,通过研发掌握700℃技术,将大大推动我国的材料工业、电力工业及装备制造工业的发展。

大功率较薄煤层采煤机关键技术研究

针对国内对较薄煤层高效开采的迫切需求,而国内外又没有合适采煤机机型的现状,开发了一款MG2X250/1200-WD型大功率较薄煤层采煤机,并重点对采煤机的关键技术难点进行研究。通过采用温度场分析与结构优化相结合的方法,合理布置了摇臂冷却水路等,解决了高功率密度摇臂齿轮传动系统温升过高的问题。通过对摇臂行星机构关键零件行星架的仿真分析与结构优化,使行星架的最大应力降低了20%以上,可靠性大幅提高。应用多体动力学软件ADAMS对行走轮和销齿啮合参数进行仿真分析,进而对齿形进行优化;同时通过严格控制温度、时间和气相碳势等工艺参数,增加了行走轮的渗碳层深度,提高了行走轮接触疲劳强度。通过对导向滑靴受力求解及分析对其进行结构优化,并对7种不同的耐磨材料试样进行了磨损试验,找出最优的耐磨材料。通过上述研究,有效解决了大功率较薄煤层高效开采采煤机的关键技术难点,大幅提高了该型采煤机的整机可靠性。开发的MG2X250/1200-WD型采煤机,在机面高度最低为890 mm的情况下,装机功率达到1 200kW,为国内外最大,具备较薄煤层高效开采的能力。

电网发展、清洁电源接入与地区能源效率

鉴于我国已经建成全球规模最大的超高压和特高压电网,彻底弥补了电力跨区配置的电网基础设施短板,并且为清洁电源并入电网和跨区消纳提供了完善的基础设施,不仅克服我国电力负荷中心和能源基地的区域布局不协调,而且有益于缓解日益严峻的能源利用率低下和环境污染问题。本文利用1991—2012年全国29个省市面板数据实证研究了清洁电源并网对地区全要素能源效率的影响。为保证实证结果稳健性分别在线性和非线性实证框架下采用系统广义矩估计(SYS-GMM)和面板平滑转换模型(PSTR)两种方法估计了清洁电源接入高压、超高压和特高压电网的地区全要素能源效率异质性效应。实证结果显示:(1)我国电网基础设施对地区全要素能源效率具有明显的增进效应,特别是超高压电网在促进全要素能源效率提升上表现的最为突出,在特高压骨干网架尚未形成的情况下起到了支柱性作用。(2)高压、超高压、特高压与清洁电源交互项的估计系数始终位于负数区间,反映清洁电源并网的能源效率绩效并不明显,受限于并网规模和机制缺陷,还没有发挥出全要素能源效率提升作用。(3)随着人均GDP的不断提高,各等级电网对地区能源效率的益处越来越明显,并且存在着门槛效应。(4)特高压电网对地区能源效率的积极作用主要表现在东部沿海高收入省份,这些省份作为电力消费负荷中心,大规模接入清洁电源对能源效率改善裨益明显。接下来,需要根据地区的能源禀赋结构选择清洁电源的并网模式,完善的电网基础设施、合理的电源结构还需要配置以高效的清洁电源并网机制才能不断增进地区全要素能源效率。

能源可持续发展综合评价指标的建立与研究

针对13种可能的洁净煤高效发电技术路线,分析对比各技术路线的发电效率、经济性、污染物排放等指标,并建立了能源可持续发展综合指标(energy sustainable development compositive index,ESDCI)。分析不同的指标权重对ESDCI的影响;并基于我国2030,2050年能源利用的不同情景,分析、预测不同发电技术的ESDCI变化趋势。研究结果指出:2030,2050年超超临界燃煤发电机组(ultra-supercritical pulverized coal power plant,USCPC)是电力工业最主要的高效洁净利用技术;如果采用二氧化碳捕集技术(carbon capture and storage,CCS)技术,多联产+CCS、USCPC+CCS以及整体煤气化联合循环发电系统(integrated gasification combined cycle,IGCC)+CCS是较好的选择。研究成果为确定我国煤炭高效洁净化利用的技术途径提供了参考。

煤矿井下高浓度胶结充填开采技术

为有效控制煤层开采引起的地表移动,进一步提高煤炭资源采出率,结合煤矿充填开采现状,提出煤矿高浓度胶结充填开采方法。运用相似模拟方法,从上覆岩层的移动形式、超前支承压力的影响范围、工作面周期来压强度及合理支架工作阻力等多个方面,研究了高浓度胶结充填开采工作面的矿压显现规律。以此矿压显现规律为依据,设计出与之相适应的充填开采液压支架和隔离支架,使之能够在形成较大充填空间的同时,减小工作面充填前顶板下沉量。同时阐述了高浓度胶结充填工作面布置形式及充填基本工艺,实现采煤和充填材料凝固平行作业,有效提高了工作面充填效率。

基于煤干燥技术与乏汽GGH的燃煤电站清洁高效协同系统

低温省煤器与气-气换热器(GGH)分别具备良好的节能与环保效果,但二者无法同时布置。对此,本文提出燃煤电站清洁高效协同系统,该系统应用煤干燥技术,在燃煤电站的锅炉尾部布置低温省煤器,在干燥装置尾部布置GGH,以同时达到节能与环保效果。针对所提出的清洁高效协同系统,以典型超超临界1 000 MW一次再热机组为案例,以传统低温省煤器系统与GGH系统作为参比系统,进行了热力学分析与经济性分析。结果表明:新清洁高效协同系统能增加发电量14.7 MW,回收水分13.9 kg/s,增加收益2 624万元/a,节能效果与经济效益显著;能够提升最终排烟温度到80℃以上,有效提升烟气浮升力与污染物稀释能力,同时降低CO_2排放量54 134 t/a。

我国煤炭高效洁净利用新技术

煤炭的高效洁净利用是实现节能减排的有效途径,基于此,对我国目前煤炭高效洁净利用3项新技术(高效煤粉工业锅炉技术、水煤浆制备和应用新技术、活性焦干法烟气净化技术)的技术原理、创新点、技术优点及推广情况进行了介绍。结合当前实际,指出高效煤粉工业锅炉技术的发展方向是通过对清洁煤粉制备技术、煤粉物流配送技术、锅炉煤粉燃烧及净化技术以及商业化运营模式的深入系统化研究,最终建立高效煤粉工业锅炉技术体系。利用矿井水制备气化水煤浆并实现长距离管道运输,是气化水煤浆的发展方向。活性焦干法烟气净化技术适用于水资源缺乏地区,今后的发展方向是提高活性焦性能,降低工艺成本,提高脱硝能力,简化工艺流程,实现脱除和再生在一个装置内完成。

干法分选设备在淮北矿业集团的应用

随原煤矸石量的不断增加,提出采用先进的干法分选设备对矿区原煤进行选前排矸处理,以有效缓解生产和环保等压力,降低洗选加工成本,提高设备自动化水平。以淮北矿区原煤为研究对象,详细剖析了FGX复合式干选机、ZM矿物高效分离机和TDS智能干选机三种先进干法分选设备在淮北矿业集团原煤排矸的实际效果,并对比分析了三种设备的技术优势及存在问题。现场工业应用和中试结果表明,FGX复合式干选机最佳分选粒级是50~6 mm,且适用于选前预排矸或降灰幅度不大的动力煤分选;TDS智能干选机入料范围为300~25 mm,可用于替代手选;ZM矿物高效分离机入料范围为100~0 mm,可用于发热量提高幅度不超过6.28 MJ/kg动力煤分选,且对块煤的分选效率要高于末煤。

中国清洁煤炭能源战略思考

根据中国能源资源的国情,阐述煤炭能源的高效清洁利用仍然是我国能源研究领域的重中之重。以矿物加工工程和化学工程学科为基础,论述我国清洁煤炭能源的特点以及煤炭的加工和转化技术,指出高效煤炭加工利用的新技术、新工艺必须纳入新能源规划的考虑范围之内。传统的煤加工与煤转化理论和技术面临着严峻的挑战。煤基多联产是符合我国国情的煤炭清洁高效利用新技术系统,是最经济有效的方法。建设大型坑口电站是当前资源配置最优化、最经济、最洁净能源的战略。二段干法选煤的灰分<8%,硫分<5%,该技术既可用于新建电厂也适用于老厂改造。

辅机统调动力源系统在某660 MW机组的应用

以高转速变转速汽轮机和变频发电机为主组成的统调动力源系统,统一调节最佳运行频率比较一致的主要辅机设备,在减小系统节流损失提高传动效率的同时,系统更为集中、简单,便于维护。某660 MW机组采用变频驱动锅炉风机的统调动力源系统,通过性能试验掌握了系统运行特性,得到了不同负荷下最佳运行方式。THA、75%THA和50%THA工况最佳频率分别为47 Hz、41 Hz和41 Hz。在频率41～50 Hz范围内,统调动力源系统最优频率运行下机组供电煤耗较改造前风机工频运行状态下略有下降或基本持平,较变频运行状态略有增加,但厂用电率显著降低,机组净供电能力明显提升。随着运行频率降低,引风机、一次风机和送风机的运行效率有不同程度的提高。三大风机总耗功随运行频率呈近似线性关系:运行频率自50 Hz降低至最佳点,THA、75%THA和50%THA工况下总耗功分别降低了308 kW、816 kW和868 kW。