火电的发展离不开两样东西:煤和水。如果一个地方,既没有高质量的煤又非常缺水,对于火电项目来说非常不利。然而,随着9月11日,由东北电力设计院(简称“东北院”)和上海机易电站设备有限公司联合开发,在内蒙古汇流河电站进行的“基于炉烟干燥及水回收风扇磨仓储式制粉系统的高效褐煤发电技术”,又称“煤中取水”高效褐煤发电技术全面试验成功,这一现状将被重新定义。
“困难户”变“香饽饽”
我国的褐煤储量丰富,占全国煤炭总储量的13%,特别是内蒙古地区,褐煤更是占到了当地煤炭总储量的77%。但褐煤的水分含量极高,可达40%以上,热效低且排污量大,长期以来都是火电市场的“困难户”。
“困难户”难道要永远困难下去?作为国内最早涉足褐煤发电设计领域的企业,东北院始终相信可以变废为宝,把内蒙古丰富的褐煤充分利用起来。然而,这些年随着社会上普遍对火电站污染的诟病,想发展褐煤发电技术的难度可想而知。这与9月23日举行的“煤中取水”高效褐煤发电技术工程试验成果专家评审会暨煤电基地高度节水技术应用推进会上人头攒动的情景形成了鲜明对比。在记者的采访中,很多企业代表都对该项技术表示出浓厚的兴趣,部分企业已经跟东北院达成了合作协议。
作为评审专家的中国工程院院士秦裕琨和我国火电领域的知名专家学者、清华大学教授吕俊复亲临现场,对该项技术给予了极高的评价。“在高效褐煤燃烧领域,我认为东北院的这套系统和技术是最好、最简洁、最易推广的。”吕俊复对记者说。
东北院的“点煤成金”术
“煤中取水”究竟是如何化腐朽为神奇的?
“我们在设计中发现,传统的发电系统里,褐煤中的水分不仅是降低锅炉燃烧效率的最大敌人,而且将全部随着烟气排出,被白白浪费掉了。如果这部分水分能够得以回收利用,将是一笔可观的宝贵财富。” 东北院发电分公司副总经理叶菲介绍说。
“煤中取水”技术恰是对症下药,通过抽取自锅炉炉膛上部的高温炉烟与取自锅炉尾部的低温炉烟混合成为干燥剂,在干燥装置中将褐煤中的大部分水分蒸发出来。干燥加热后的干煤通过磨煤机研磨后送入锅炉燃烧,蒸发出的水汽经过净化后通过水回收装置可实现再利用。
“根据计算,应用这项技术的600兆瓦机组,在燃用高水分褐煤时,每年可回收水分超过80万立方米以上。”东北院热机室主任裴育峰告诉记者,“锅炉效率也可以由原来的92%提高到94.6%,全年可节约标准煤6万6千吨。”
要实现煤中水分回收利用,同时提高褐煤燃烧效率,东北院面临着不少世界级难题。首先要改变现有锅炉系统的工作原理,将封闭式平衡系统改造为开放式的,同时还要提高全厂热效率,保证经济性和安全性,其难度不亚于一场技术革命。通过与国内多家顶级科研院所的合作,该技术的理论研究成果于2012年3月成功通过验收。在工程技术研究过程中,课题组专家通过将化工工业的褐煤制粉回收系统成功嫁接在褐煤发电系统中,又有效解决了现有的电力设备无法实现煤粉与水分的高效分离的难题,最终实现了全套系统的完美结合和流程再造。
打开褐煤资源宝库的钥匙
根据研究结果显示,配合空冷技术的600兆瓦褐煤机组,每年在褐煤中提取的水分便能够支持电厂正常运转,不再需要外部补水,这将能节约大量宝贵的淡水资源,成功解决 “富煤缺水”地区实现“将一次能源转化为二次能源”的瓶颈。对于百万千瓦燃煤发电机组,则年平均耗水量可以降到40万吨以下,远低于采用常规技术的126吨耗水量。
“有了这套高效褐煤发电系统,我们就等于拿到了打开褐煤资源宝库的钥匙。原本低热、劣质的褐煤就可以替代大量优质煤用于发电,这将为节约我国有限的优质煤炭资源作出重大贡献。”东北院院长王勇人自信地说。如果锡盟电源基地规划的13个项目全部采用此技术,每年可自褐煤中提取1222万吨水用于电厂补水,节约发电标准煤耗7—10克/千瓦时,年节约标准煤99万吨以上。同时,每年将减少二氧化硫排放量和氮氧化物排放量1001吨,减少烟尘排放量301吨,二氧化碳减排量可达328万吨。
全世界褐煤储量达4万亿吨,是全部煤炭储量的近4成。除内蒙古,我国的东北和云南外,印尼等东南亚国家以及东欧地区都有储量可观的褐煤资源。王勇人表示,目前“煤中取水”高效褐煤发电技术已具备了大规模应用的条件,推广该技术对于我国转变能源发展方式,促进生态文明建设,乃至对世界煤炭能源的利用都将产生深远的影响。
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