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1、发电臧碳技术一一煤炭清洁利用技术目录1 .电力是实现碳中和关键行业 22 .电源灵活性偏低制约低碳转型23 .全国碳市场实施条件已具备34 .煤粉工业锅炉低氮燃烧技术44.1. 氮氧化物危害及其组成44.2. 氮氧化物生成机理44.3. 3. 了解氮氧化物减排手段54. 4.技术指标55. 5.应用案例56. 6.未来五年推广前景及节能减排潜力65.超（超）临界燃煤发电技术65. 1.基本特征65. 2.技术现状65. 3.专栏75. 3. 1.案例 175. 3. 2.案例 285. 3. 3.案例 387. 4.开展趋势88. 火电灵活性改造及深度调峰技术96. 1.基本特征96.2. 技
2、术现状96.2.1. 纯凝机组深度调峰改造96. 2. 2.热电联产机组深度调峰改造107.循环流化床技术107. 1.基本特征107.2.技术现状117. 3.专栏案例：四川白马1X600MW循环流化床机组示范工程117. 4.开展趋势12第1页共12页 通过对机组热力设备的寿命评估，找出制约机组平安运行的因素，针对出现的 问题做出相应改造方案。通过各项技术集成应用，国内局部电厂已到达较好水平，例如辽宁华能丹 东电厂锅炉最低稳燃负荷到达额定出力的20%,华能陕西秦岭电厂、华能铜川 照金电厂、华能南通电厂等锅炉最低稳燃负荷也分别到达20%、25%、25%。 6. 2. 2.热电联产机组深度调峰
3、改造针对热电联产机组的灵活性提升路线主要包括：热水蓄热调峰技术，固体 电蓄热锅炉调峰技术，电极锅炉调峰技术，切除低压缸技术，余热回收供热技 术，主、再蒸汽减温减压供热技术和高温热泵供热技术等。热水蓄热调峰实现了 “热电解耦”，在保证供热的条件下，一般可以将热 电机组的最小出力降到30%50%额定功率。增加的调峰能力与热负荷大小、 热水蓄热罐的容量有关。固体电蓄热锅炉一般设计为每天热电解耦时间（7小时） 进行蓄热，可24小时连续放热或14小时快速放热，该技术的最大优势在于可 利用固体蓄热电锅炉在热电解耦时间内，将电厂的上网电量减为零，使电厂的 深度调峰能力到达最大，但在转换效率上将有5%的能量损
4、失。电极式锅炉+热 水蓄热调峰原理同固体电蓄热锅炉，理论上也可以实现电厂的上网电量减为 零，使电厂的深度调峰能力到达最大。在现有的调峰辅助服务政策下，电极式 锅炉必须配置一定容量的储热设施，才能享受调峰辅助服务电价。切除低压缸 技术能够有效降低冷源损失，提升机组热效率，提高机组供热能力和深度调 峰。以最大供热工况为比照基准，相同锅炉蒸发量下，可使机组供热蒸汽流量 增加；相同供热蒸汽流量下，可使机组发电功率降低。对供热质量有较好保 障，但深度调峰幅度有限，增加约15%的调峰能力。7.循环流化床技术7. 1.基本特征循环流化床利用气固两相流化床工艺，在较高的流速条件下实现湍流流化 床状态并将大局部
5、逸出的细粒料形成循环重返床内的一种燃用固体燃料的燃烧 方式。由于采用较高的运行气速，炉内流化状态呈湍流床（底部）至快速床（上部 炉膛），气/固之间滑移速度增大、湍动混合加剧，并且由于高温灰的循环倍率 （循环灰流量/给煤量）到达2040倍，使全炉膛尤其是上部稀相区的床层密度较 第10页共12页之鼓泡床有显著增加，因此循环床燃烧具有下述特点：一是床内物料横向传递 相对迅速，给煤点可相对减少；二是炉膛上下床温均匀，燃烧反响强化，细粒 燃料因循环而在炉内停留时间增加，故可获得较高的飞灰燃尽率；三是循环灰 将炉底密相区燃料燃烧产生的热量带到炉膛上部，炉膛上部水冷壁及悬吊受热 面传热系数及温压增加，因而吸
6、热效果增大，炉膛底部密相区可不设或少设埋 管受热面，免除或很大程度上减少了埋管磨损问题；四是在同样条件下(Ca/S 2),可获得较高的脱硫效率(290%)。7. 2.技术现状我国循环流化床燃烧技术、装备研发及运行控制技术已经到达国际领先水 平。循环流化床锅炉技术是在鼓泡床锅炉的基础上开展出来的较为先进的技 术，在这之前，旧锅炉的改造和新锅炉的研发为此提供了数据和丰富的经验。 近10年来，循环流化床锅炉作为一种高效、清洁的燃烧技术得到了迅速开展， 并在世界范围内得到广泛的应用。循环流化床的主要特点是燃料适应性广、过 剩空气系数小、受热面积相对较小、燃烧效率高、降负荷比大、负荷跟踪能力 好、有害污
7、染物排放量低。循环流化床锅炉的智能化设计依赖于充分了解燃烧 室内物理化学流体动力学，在燃烧动力学特性方面，流化床中煤的燃烧一般与 温度、颗粒尺寸和氧向颗粒外表的转移速率有关。7. 3.专栏案例：四川白马1 X600MW循环流化床机组示范工程四川白马600MW超临界循环流化床示范电站是我国自主创新研发的、在 燃煤发电领域拥有完全自主知识产权的、世界容量最大的全国首台600MW超 临界循环流化床示范电站，蒸汽参数到达25.4MPa/571/569,机组效率达 到43.2%,总投资30.85亿元。机组通过炉内直接脱硫脱硝技术，具有更高的环 保性能，可以有效利用国内大量低热值煤炭，大幅提高资源综合利用
8、水平，能 有效减少环境污染。配套的诸如冷渣器设备、紧急补水系统、一次风机等辅机 设备也同步研发制造，填补了我国电站装备制造业的多项空白。工程的实施标 志着我国大型CFB洁净煤发电技术上了一个新的台阶，走在了世界的前列，在 特大型CFB锅炉的设计、制造、安装、调试、检修、运行等方面的技术到达世 界领先水平。第11页共12页7.4.开展趋势(1)向超临界、大型化方向转变。随着锅炉尺寸和容量的增大，锅炉的总体 运行参数不断提高，蒸汽参数由亚临界逐渐提高到超临界。循环流化床锅炉适 用于流化燃烧技术和超临界蒸汽参数的组合。深度脱硫与脱硝。随着现代工业的开展，空气污染已成为世界各国越来 越重要的考虑因素。
9、锅炉燃烧过程中产生的大量污染空气中，主要是含氧氮化 物和二氧化硫。二氧化硫是酸雨和其他形式大气污染的主要成分之一，循环流 化床脱硫是一种新的脱硫方法，该技术具有除尘效率高、烟气洁净、循环费用 低等优点。提升防磨损技术。在循环流化床锅炉运行过程中，由于燃料的高速运动 和燃烧造成的高温摩擦对锅炉本体造成了极其严重和不可逆转的永久性损伤。 这一缺陷大大缩短了锅炉设备的使用寿命，增加了生产本钱。因此，探索降低 材料磨损的技术，开发更多的耐磨炉料是今后循环流化床锅炉技术的新开展方 向。(4)实现能源综合性利用。煤炭为不可再生能源，因此，循环流化床锅炉如 何能实现资源利用最大利用率是当前主要的问题。对于循
10、环流化床锅炉燃料燃 烧产生的大量灰份还没有完善的处理方法，这些技术有广阔的开展前景。第12页共12页1 .电力是实现碳中和关键行业国家能源局总经济师郭智表示，我国清洁能源产业开发利用规模稳居世界 第一。截至2020年底，我国可再生能源发电装机达9.34亿千瓦，占总装机比 重的24.4%。清洁能源对我国减污降碳贡献不断增大。仅2020年，我国清洁能 源开发利用规模就到达6.8亿吨标煤，相当于替代了 10亿吨煤炭，减少二氧化 碳、二氧化硫、氮氧化物排放量分别为17.9亿吨、86.4万吨和79.8万吨。专家普遍认为，电力行业是碳排放的重点领域，也是实现碳达峰、碳中和 目标的主要“责任人”。电力工业碳
11、排放量占我国碳排放总量比例较高。控制 电力行业碳排放量是推动我国碳排放尽早达峰的重要措施。在中电联行业开展与环境资源部电力行业应对气候变化中心主任潘荔看 来，实现“碳达峰、碳中和”目标，意味着我国将完成全球最高碳排放强度的 降幅，用全球历史上最短时间实现从碳达峰到碳中和。“电力行业是我国实现 碳达峰、碳中和目标的关键行业，不仅自己要达峰，而且还要支撑全社会尽早 达峰，助力全社会低碳转型。”“电力在整个碳排放过程中起到了非常重要的作用，但是每个国家的资源 禀赋不一样，碳减排技术路线也不一样。”国网能源研究院副总工程师马莉提 醒，比方欧盟是多管齐下，既依靠扩大清洁能源的规模，也通过各行各业提高 能
12、效来实现。日本那么特别重视开展氢能等新兴的清洁能源来摆脱能源困境。“从技术路线来看，国际社会对碳减排的普遍共识是发电侧减碳脱碳，加 上提高消费侧的电气化和高效化。目前我国的发电侧清洁化、低碳化，消费侧 电气化、高效化路径还需进一步细化，包括时间表、路线图、减碳空间等。” 马莉进一步表示。2 .电源灵活性偏低制约低碳转型众所周知，保障供电平安是电力系统低碳转型过程中面临的最大挑战。从 1978年到2020年，我国发电量增长了 25倍。虽然目前我国拥有全世界规模最 大的电力系统，但整个电力系统的调节性、灵活性电源只有6%左右，远低于美 英韩30%-40%左右的水平。第2页共12页“电源灵活性偏低是
13、我国低碳转型面临的关键问题。在目前的电力结构 下，煤电既发挥着灵活性作用，又是减排的压力所在。”中电联环保与应对气 候变化处处长张晶杰表示。中电联专职副理事长王志轩直言，我国煤电机组平均运行年龄约为12年， 煤电承当着托底保供和重要负荷中心支撑性电源的作用，在促进新能源开展的 同时，要发挥煤电灵活调节的主力电源作用，现在大规模淘汰煤电还为时尚 早。“兴旺国家关停的煤电平均运行年龄在50岁以上，即便按照煤电机组运行 30年计算，还有10多年的服役期。煤电灵活性改造也不要仅局限于锅炉、气 机，可以和储能相结合，也可以和制氢相结合。”IEA数据显示，我国运行年龄为20年以下的年轻煤电机组占比高达85
14、%, 而美国、欧盟只有10%、20%左右。这意味着，我国煤电与兴旺国家在低碳转 型中面临着巨大差异，需要更有针对性的措施。3 .全国碳市场实施条件已具备目前，发电行业的碳市场相关规那么已明确，年排放2.6万吨二氧化碳当量 及以上、年消耗1万吨标煤以上的企业将被纳入重点排放单位。2019年、2020 年发布的碳市场配额分配对相关技术给予了正向激励：燃气机组不要求强制履 约，燃煤机组设计了 “履约天花板”，即配额履约缺口上限值为企业碳排放量 的 20%o张晶杰表示，目前全国碳市场整体机制已基本到位。为完善全国碳市场的 基础设施建设，全国碳排放权注册登记系统和交易系统的建设方案还将进一步 修订完善，
15、目前碳市场建设正按时间倒排推动相关工作。“对于2021年配额目标的设计，要考虑各行业的整体开展水平，合理分配 不同行业的控排指标。碳市场配额发放不宜过紧，要给相关企业一定生存空 间，逐步淘汰碳排放过高的企业。”张晶杰表示，配额发放后，对于碳市场来 说，下一步就需要在生态目标下，考虑行业的整体技术水平和所处开展阶段进 行政策设计，然后合理分配不同行业的空白指标。“建议进一步加强电力市场 和碳市场机制联动，扩大碳市场的覆盖范围，争取纳入更多行业和非二氧化碳 温室气体。”第3页共12页4 .煤粉工业锅炉低氮燃烧技术4.1. 氮氧化物危害及其组成氮氧化物(NO)将引起呼吸道疾病和产生硝酸形成的酸雨污染大气。燃煤锅 炉排放的氮氧化物主要由约95%的NO和5%的NO?所组成。4. 2.氮氧化物生成机理氮氧化物按生成机理分为燃料型、热力型、快速型NOx。燃料型NO*是燃料本身固有的氮元素发生氧化反响而生成，占锅炉氮氧 化物排放量的70%90%左右；25% 30 %CHi灰什:支入 COM。图1燃料型NOx生成机理图(2)热力型NOx是燃烧用空气中的氮在高温下被氧化生成，占锅炉氮氧化物 排放量的5%20%左右；5%12009C5%10%1350C*25% 30%1600C热力型NOx占总NOx生成量的比例图2热力型NO*占与燃烧温度的变化关系快速
