褐煤發(fā)電技術(shù)專家評審會現(xiàn)場

　　2013年8月20日，中國電力工程顧問集團(tuán)東北電力設(shè)計院（以下簡稱“東北院”）聯(lián)合上海機(jī)易電站設(shè)備有限公司和電力規(guī)劃設(shè)計總院研發(fā)的重大科研課題—“煤中取水高效褐煤發(fā)電工程技術(shù)研究”在京通過專家評審。由中國工程院院士秦裕琨、國家級設(shè)計大師湯蘊(yùn)琳、原東北電科院院長張經(jīng)武等多位國內(nèi)熱能動力領(lǐng)域權(quán)威專家組成的評審委員會給出的評審結(jié)論指出：“該技術(shù)創(chuàng)新性地提出了采用爐煙干燥、乏氣水回收、風(fēng)扇磨倉儲式制粉系統(tǒng)的高效褐煤發(fā)電技術(shù)方案，全部工藝在鍋爐島內(nèi)完成，流程簡潔清晰，國際首創(chuàng)，擁有整體自主知識產(chǎn)權(quán)。”

　　在三年多時間的艱苦攻關(guān)中，東北院與多家科研機(jī)構(gòu)密切配合，依托在褐煤發(fā)電領(lǐng)域積累的技術(shù)和經(jīng)驗，經(jīng)過大量計算、多項試驗和深入論證，成功提出了采用爐煙干燥、煤中水分回收、風(fēng)扇磨倉儲制粉系統(tǒng)集成的高效褐煤發(fā)電技術(shù)方案，在世界范圍內(nèi)的褐煤發(fā)電領(lǐng)域取得重大突破。

　　源起—褐煤高效利用意義重大

　　截至1995年底，我國已探明褐煤保有儲量1303億噸，占全國煤炭儲量的13%左右，在我國煤炭資源中占有重要地位。其中以內(nèi)蒙古東北部地區(qū)最多，約占全國褐煤保有儲量的3/4。

　　我國褐煤資源儲量大、埋藏淺、開采成本低。由于褐煤水分高、熱值低、易風(fēng)化和自燃的特點，褐煤的大規(guī)模開發(fā)利用和作為原料轉(zhuǎn)化利用都受到較大限制。對褐煤的高效開發(fā)利用的關(guān)鍵在于對褐煤進(jìn)行提質(zhì)加工。褐煤在脫水、成型和熱分解等過程中，煤的組成和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，能夠轉(zhuǎn)化成具有近似煙煤性質(zhì)的提質(zhì)煤，水分顯著降低，發(fā)熱量大幅度提高，利于發(fā)電、造氣、化工等使用。

　　東北院以“技術(shù)報國、創(chuàng)新興企”為發(fā)展理念，多年來一直從事褐煤電站的設(shè)計和研究工作，近年來開展的褐煤干燥提質(zhì)研究工作，已經(jīng)取得了多項成果和專利。經(jīng)過對褐煤發(fā)電技術(shù)的長期深入研究和對褐煤干燥技術(shù)的分析比較，針對我國“富煤缺水”地區(qū)燃褐煤電廠，于2010年提出了“基于爐煙干燥及水回收風(fēng)扇磨倉儲式制粉系統(tǒng)的高效褐煤發(fā)電技術(shù)”的初步方案。

　　在東北院科研人員的設(shè)想中，通過風(fēng)扇磨煤機(jī)系統(tǒng)同倉儲式制粉系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，提高褐煤的能量密度和鍋爐效率，冷卻干燥乏氣回收水分和相應(yīng)的汽化潛熱，實現(xiàn)煤中取水，將褐煤預(yù)干燥及水回收技術(shù)與常規(guī)火力發(fā)電技術(shù)相耦合，創(chuàng)造出一種高效、清潔的褐煤發(fā)電系統(tǒng)。為實現(xiàn)這一設(shè)想，東北院與上海機(jī)易電站設(shè)備有限公司合作，共同踏上了技術(shù)攻關(guān)之路。

　　研發(fā)—多方合力攻克技術(shù)難關(guān)

　　在長期的褐煤電站設(shè)計實踐中，東北院在風(fēng)扇磨煤機(jī)、褐煤干燥等技術(shù)應(yīng)用方面積累了豐富經(jīng)驗，在華能九臺電廠，東北院設(shè)計完成了亞洲最大的褐煤塔式爐，印證了在褐煤發(fā)電領(lǐng)域的技術(shù)實力。

　　然而，要實現(xiàn)高效褐煤發(fā)電系統(tǒng)的集成創(chuàng)新，則需要進(jìn)行大量的理論推導(dǎo)、數(shù)據(jù)建模、實地試驗等諸多工作。為此，東北院邀請了清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、東北電力大學(xué)、東北電科院、哈爾濱鍋爐廠、國家消防工程技術(shù)研究中心共同參與專題研究、試驗等工作，一些國內(nèi)相關(guān)行業(yè)知名專家也給予了支持和幫助。

　　多家單位的密切配合攻克了一個又一個技術(shù)難題，項目不斷取得進(jìn)展。在2012年3月19日召開的“基于爐煙干燥及水回收風(fēng)扇磨倉儲式制粉系統(tǒng)的高效褐煤發(fā)電技術(shù)研究”專家評審會上，來自清華、浙大、哈工大的岑可法、岳光溪、秦裕坤三位院士及湯蘊(yùn)琳設(shè)計大師等專家組成的評審委員會一致認(rèn)為“該方案技術(shù)可行”，從技術(shù)層面上對方案予以肯定。專家們還建議東北院及相關(guān)合作方繼續(xù)開展工程技術(shù)研究，對全系統(tǒng)進(jìn)行安全和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，為示范工程的開展做好準(zhǔn)備。

　　2012年8月，東北院、電力規(guī)劃設(shè)計總院和上海機(jī)易電站設(shè)備有限公司三方簽訂合作協(xié)議，共同開展“基于爐煙干燥及水回收風(fēng)扇磨倉儲式制粉系統(tǒng)的褐煤發(fā)電工程技術(shù)”研發(fā)工作，哈爾濱鍋爐廠作為鍋爐研發(fā)單位也參與到工程技術(shù)研發(fā)工作中。

　　突破—煤中取水實現(xiàn)高效發(fā)電

　　“煤中取水高效褐煤發(fā)電技術(shù)”是將煤的干燥系統(tǒng)、研磨系統(tǒng)，煤粉的分離系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)和含塵含水煙氣冷凝回收系統(tǒng)經(jīng)巧妙組合為一體的集成創(chuàng)新技術(shù)，而上述各系統(tǒng)和設(shè)備均是國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的成熟產(chǎn)品和技術(shù)。應(yīng)用這一技術(shù)的600兆瓦超臨界機(jī)組每小時能回收水約140噸，可實現(xiàn)電廠的零補(bǔ)水，年回收煤中水154萬噸以上，相當(dāng)于一個中等城市的用水量。

　　煤中取水高效褐煤發(fā)電技術(shù)的工作原理是將抽取自鍋爐爐膛上部的高溫爐煙與取自鍋爐尾部的低溫爐煙混合成為干燥劑，經(jīng)由膜式內(nèi)冷高溫爐煙管道輸送至下行干燥管中與原煤混合，將原煤中的部分水分快速變成蒸氣，然后進(jìn)入風(fēng)扇磨煤機(jī)磨制煤粉并將煤粉中部分剩余水分變成蒸氣依次完成干燥；煤粉由煤粉收集器分離后落入粉倉，由給粉機(jī)送入爐膛燃燒。煤粉收集器排出的蒸氣進(jìn)入“節(jié)能水回收裝置”，降溫后成為凝結(jié)水，該凝結(jié)水的水質(zhì)相當(dāng)于蒸餾水，進(jìn)入水處理系統(tǒng)實現(xiàn)回收利用。

　　煤中取水高效褐煤發(fā)電技術(shù)依托傳統(tǒng)、成熟的制粉系統(tǒng)，集成創(chuàng)新后彰顯諸多亮點。與傳統(tǒng)褐煤電廠相比，該技術(shù)將帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。

　　指標(biāo)—煤耗污染物排放顯著降低

　　高效褐煤發(fā)電技術(shù)不僅實現(xiàn)了褐煤中所含水分的回收利用，同時還實現(xiàn)了褐煤高效燃燒，成功解決了燃褐煤發(fā)電機(jī)組能耗高、廠用電率大、供電煤耗高、污染物排放量大等難題。

　　高效褐煤發(fā)電技術(shù)能夠適應(yīng)目前各種容量、各種參數(shù)的燃煤機(jī)組，均可實現(xiàn)大幅度降低煤耗和以煤制水的目標(biāo)。該技術(shù)由于大幅度提高燃料的能量密度，使大型鍋爐體積和造價大幅度降低，特別適用于百萬等級燃褐煤機(jī)組，將成為我國褐煤產(chǎn)地廣泛應(yīng)用超高參數(shù)、高效率機(jī)組的首選技術(shù)。同時，該技術(shù)主要應(yīng)用在鍋爐燃燒側(cè)和制粉系統(tǒng)，與目前國內(nèi)外超高參數(shù)、二次再熱等新技術(shù)完全融合，可一并使用。

　　可見，該技術(shù)可使發(fā)電和供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗大幅度降低，600兆瓦超臨界機(jī)組主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)可超過1000兆瓦超超臨界煙煤機(jī)組水平，達(dá)到國際領(lǐng)先水平。鍋爐效率可由原來的92%提高到95%以上，全年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤6.6萬噸，鍋爐體積同時減少10%-15%。鍋爐可參照煙煤標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，鍋爐體積和造價大幅度降低，磨煤機(jī)同樣減少了設(shè)計和制造的難度，使建設(shè)高水分褐煤1000兆瓦等級電站成為可能。

　　同時，應(yīng)用該項技術(shù)還可明顯減少發(fā)電過程中的主要污染物的產(chǎn)生量。據(jù)初步估算，單臺600兆瓦機(jī)組每年可少排SO2約70噸、煙塵約20噸、NO2約70噸、CO2約32萬噸，環(huán)保效益十分顯著。

　　前景—技術(shù)應(yīng)用將改變能源利用格局

　　我國是一個干旱缺水的國家，北方大部分地區(qū)缺水嚴(yán)重，其中內(nèi)蒙古地區(qū)更是典型的富煤缺水區(qū)域。水資源的匱乏，極大地制約了燃煤發(fā)電廠的布局，限制了煤炭資源的優(yōu)化利用，制約了煤電基地的建設(shè)。采用“基于爐煙干燥及水回收風(fēng)扇磨倉儲式制粉系統(tǒng)的高效褐煤發(fā)電技術(shù)”，可保證空冷機(jī)組在正常工況時無需外部補(bǔ)水，為燃用褐煤的火電項目在選址時拓寬了條件，使電廠布局?jǐn)[脫依賴大型河流、水庫及城市的困局，有利于優(yōu)化電源布局，同時使接入電網(wǎng)更順暢方便，有利于解決輸電走廊用地緊張局面，改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

　　目前全國已建和在建的燃褐煤大型火力發(fā)電廠的總裝容量不超過1500萬千瓦，僅占全國火力發(fā)電總裝機(jī)容量的3%～5%左右，與我國褐煤總儲量的占比很不相稱。褐煤高參數(shù)、大容量1000兆瓦超超臨界機(jī)組研究仍然是一個空白點。推廣“基于爐煙干燥及水回收風(fēng)扇磨倉儲式制粉系統(tǒng)的高效褐煤發(fā)電技術(shù)”以提高燃褐煤電站熱經(jīng)濟(jì)性，對充分利用我國的劣質(zhì)煤資源，緩解優(yōu)質(zhì)煤資源緊張局面，優(yōu)化煤炭能源產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)，具有重大意義。

　　同時，該技術(shù)可降低褐煤發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗，降低單位發(fā)電量產(chǎn)生的污染物，電廠建設(shè)可遠(yuǎn)離城市，有利于改善區(qū)域環(huán)境質(zhì)量。對于中等規(guī)模的地級城市，百萬千瓦超超臨界褐煤機(jī)組的建設(shè)，有利于從源頭控制污染物的產(chǎn)生，進(jìn)一步降低污染物的排放，可使當(dāng)?shù)氐腉DP能耗降低0.2%～0.5%左右。

　　該技術(shù)不僅完全適用于內(nèi)蒙和東北地區(qū)褐煤，也完全適合我國云南地區(qū)、印尼等東南亞地區(qū)和土耳其、希臘、塞爾維亞等東歐地區(qū)的高水分褐煤，具有廣泛的應(yīng)用前景。

　　該技術(shù)研究成果的指標(biāo)數(shù)據(jù)如下表：

　　編號

　　名稱

　　單位

　　電廠1

　　電廠2

　　1

　　發(fā)電機(jī)功率

　　MW

　　600

　　600

　　2

　　原煤水分

　　39.5

　　32.8

　　3

　　“煤中取水”量

　　t/h

　　144.20

　　89.62

　　4

　　鍋爐計算效率

　　95.28

　　95.31

　　5

　　機(jī)組發(fā)電煤耗

　　g/kW·h

　　284.98

　　284.46

　　6

　　發(fā)電廠熱效率

　　43.328

　　43.181