能源管理

  • 煤电在碳中和目标实现中的机遇与挑战

    朱法华;徐静馨;潘超;王圣;赵秀勇;田文鑫;孙雪丽;张西;李辉;柏源;董月红;

    在碳中和目标愿景下,中国煤电行业遇到了史无前例的发展压力,亟待探寻既能满足能源系统需求又能兼顾碳减排政策的发展路径。围绕化石能源在全球能源消费中的地位、煤炭在中国化石能源中的地位和煤电在中国电力行业中的地位三个方面阐述了中国煤电在碳中和目标实现中所面临的机遇;从中国煤电清洁低碳化、深调灵活化,功能多元化和智慧能源化四个方面梳理了中国煤电在碳中和目标实现中所面临的挑战。主要结果表明:(1)化石能源在全球能源消费中占比高达80%以上,许多发达国家也是如此,化石能源均是主体能源。中国2030、2050年煤炭消费在一次能源消费中占比预测分别为45%和不超过24%,在单一种类的能源中占比最高,在较长时期内煤炭仍是中国能源安全和稳定供应的“压舱石”。中国煤电在电力保供中的地位短期内难以改变,到2060年碳中和时可能仍需要保留5亿kW左右煤电装机量,以确保能源安全。(2)煤电机组实现清洁低碳化是中国实现碳中和面临的首要挑战,需要逐步示范和推广煤电机组的低碳—零碳—负碳技术,主要体现在:I)50.5%的亚临界及以下煤电机组的节能降耗升级改造、落后机组的淘汰关停,实现煤电机组的低碳减排;II)最先进的煤电机组掺烧30%的生物质燃料可实现单位供电量与燃气电厂一样的碳排放量,直至生物质燃料的全部替换,实现煤电机组的零碳排放;III)生物质能-碳捕集与封存(BECCS)技术的示范应用,实现煤电机组的负碳排放。以上途径可助力构建具有中国特色的以新能源为主体的新型电力系统,支撑能源绿色低碳高质量发展,保障国家能源安全并顺利实现碳中和。

    2022年02期 v.38;No.181 79-86页 [查看摘要][在线阅读][下载 345K]
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  • 燃煤生物质气耦合燃烧负荷适应性数值模拟研究

    王西伦;刘平;初伟;张冲;吴国强;张超群;李明;

    生物质能作为可再生能源中的绿色零碳燃料,“双碳”目标的提出,为生物质能产业带来历史性发展机遇。研究了燃煤生物质气耦合燃烧负荷适应性,用生物质代替一定比例的煤粉,实现掺混燃烧,为燃煤可替代提供了源头减碳的思路。为评估燃煤耦合生物质锅炉燃烧特性,基于三维数值模拟软件,以某电厂660MW超临界煤粉锅炉为研究对象,对耦合生物质发电后不同负荷下的燃烧性能进行了研究,以掌握生物质煤粉共燃在不同负荷下的适应性。研究表明,生物质掺烧能够适应不同运行负荷,满足火电机组灵活性运行要求。在330MW及450MW两种运行负荷下,掺烧比例分别为9%和7%情况下,煤粉与生物质气共燃未对炉膛正常燃烧组织产生影响;炉壁处于氧化气氛中不存在高温腐蚀风险;330MW负荷下飞灰含碳量增加,由0.69%增长至1.67%;450MW负荷下飞灰含碳量降低,由2.4%依次降至1.67%;330MW及450MW两种负荷下,共燃工况较煤粉工况,因生物质气化燃气中还原性气体成分约占30%,且在煤粉燃尽区域喷入,对NO_x具有一定还原效果,故NO_x排放浓度均有所降低,由316mg/m~3降低至290mg/m~3,降幅约为8%。

    2022年02期 v.38;No.181 87-94页 [查看摘要][在线阅读][下载 884K]
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热能工程

  • 烟气再循环对二次再热锅炉省煤器运行影响研究

    孙俊威;葛荣存;戴维葆;陈国庆;

    超超临界二次再热机组增加了一级再热系统导致其再热汽温偏低,为了保证再热汽温能达到设计要求,通常采用烟气再循环增加炉膛出口烟气焓值的办法提高再热汽温。烟气再循环改变了省煤器进口的烟气量和烟气温度,影响了省煤器受热面的局部风速和换热强度,同时加剧了尾部受热面的磨损速度。为了定量研究不同烟气再循环对1000MW超超临界二次再热锅炉省煤器运行参数的影响,制定了两种烟气再循环方案:方案一热烟气再循环由省煤器出口烟道抽取(再循环烟气温度为379℃);方案二冷烟气再循环由引风机出口烟道抽取(再循环烟气温度为117℃)。通过热力计算研究了烟气再循环抽取点、机组负荷及烟气再循环率对省煤器管壁最大磨损厚度和省煤器换热温升的影响。由于影响省煤器磨损量的因素较多且计算复杂,为了便于对比采用省煤器最大磨损厚度表征省煤器的磨损程度。计算结果表明方案二对应的省煤器磨损量>方案一中省煤器的磨损量;BMCR、THA和75%THA工况下,烟气再循环率为15%时,THA工况省煤器管壁最大磨损厚度增幅最大;两个方案省煤器中介质温升基本一致;不同负荷下,烟气再循环率每增加5%,省煤器中介质温升增加2℃~3℃,且随着机组负荷的升高省煤器中介质温升越高。研究结果对二次再热机组选择烟气再循环方案提供指导,为二次再热锅炉省煤器的磨损计算提供了依据。

    2022年02期 v.38;No.181 95-101页 [查看摘要][在线阅读][下载 489K]
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  • 大型循环流化床锅炉紧急补水泵新驱动技术的探讨

    王东辉;祁传西;辛胜伟;王虎;

    为解决600MW等级超(超)临界循环流化床锅炉由于设置柴油机直接驱动紧急补水泵所造成的初投资高于1500万、系统复杂、使用概率低问题,保证锅炉在给水中断情况下受热面的安全,提出一种采用特种小汽轮机的新驱动技术,紧急补水泵由特种小汽轮机驱动,当发生全厂失电的情况,锅炉跳闸,利用锅炉的蓄热能力为补水泵提供动力。采取此驱动方式可大幅降低设备的投资费用,驱动设备仅为柴油机价格的30%,解决了设置紧急补水系统的固有矛盾;锅炉余压提供动力,不受外部动力电源及特殊燃料等因素的限制及影响,提高了可靠性。通过对锅炉工作在超临界状态及亚临界状态下的蓄热能力分别进行定量分析计算,采用特种小汽轮机的驱动方式是可行的,为循环流化床锅炉紧急补水系统的设置方案提供了一种可借鉴的思路。

    2022年02期 v.38;No.181 102-109页 [查看摘要][在线阅读][下载 358K]
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  • 便携式烟气预处理滤芯对SO_2吸附特征分析研究

    魏晗;朱法华;段玖祥;唐仲恺;王新培;刘广祥;田原润;

    为考察便携式烟气预处理滤芯对SO_2的吸附特征的影响,选取3种当前主流型号烟气预处理滤芯,建立了7种不同的烟气预处理滤芯组合方式,实测了7种不同浓度SO_2标准气体通过7种滤芯组合方式后的SO_2浓度,分析了烟气预处理滤芯对SO_2吸附的特性。结果显示:在同一滤芯组合方式下,随着SO_2浓度增大,SO_2吸附量变化不大,范围相对固定,但SO_2吸附率逐渐变小;同种浓度SO_2标准气体条件下,3种便携式烟气预处理滤芯中,CLF-5滤芯对SO_2吸附性最大,0.1μm滤芯对SO_2吸附性次之,2μm滤芯对SO_2吸附性最小,且串接的不同型号滤芯1数量与SO_2吸附性成正向关系。吸附特性分析有助于优化选择烟气中SO_2浓度检测时烟气预处理滤芯的配置方式,提高烟气中SO_2浓度检测数据准确度。

    2022年02期 v.38;No.181 110-115页 [查看摘要][在线阅读][下载 238K]
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  • 动态模拟FGD环境对玻璃鳞片防腐性能影响的研究

    刘迅;陆小成;冀运东;王森;杨根生;

    玻璃鳞片涂层是火电炉后环保设施的主要防腐材料。国产玻璃鳞片涂层在工程应用中性能参差不齐,大多数寿命短、性能差。由于工程环境和材料防腐性能的复杂性,实验室常用的化学介质浸泡法难以区分和预测玻璃鳞片涂层的工程表现。自行研制了动态模拟湿法脱硫环境(FGD)的仿真腐蚀试验装置,在此基础上,研究了4组进口玻璃鳞片涂层和3组自制涂层的腐蚀性能。研究结果发现:样品在动态腐蚀环境中均有鳞片外露、表面牛毛纹、树脂碎屑、断口呈脱粘和台阶面的腐蚀现象;试样腐蚀后弯曲性能下降幅度达5%~25%,硬度变化波动幅度在90%~108%;进口涂层腐蚀后增重幅度0.2%~1.2%,显著小于自制涂层约1.2%的幅度。研究结果为工程鉴别鳞片涂层耐腐蚀性能提供了新途径。

    2022年02期 v.38;No.181 116-121页 [查看摘要][在线阅读][下载 632K]
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  • 全保护加氧处理工艺在1052MW超超临界机组应用

    郝建宏;刘杰;

    为解决神华国华九江发电有限责任公司1、2号机组锅炉受热面结垢速率较高、高加疏水调节阀堵塞问题,采用全保护加氧处理工艺对两台机组给水系统、高加疏水系统进行加氧处理,向给水中加入低浓度溶解氧,满足给水系统防腐钝化要求,控制蒸汽中基本无氧,避免蒸汽中较高浓度氧可能促进过热器及再热器管道氧化皮剥落的风险,同时向零号高压加热器进汽管单独加氧以解决高加疏水系统腐蚀问题。加氧处理后,机组水处理化学工况由只加氨的氧化性全挥发处理(AVT(O))转变为加氧处理(OT),给水pH值由AVT(O)处理时的9.38调整至OT处理时的9.05,控制除氧器入口氧量为30~50μg/L、给水氧量为10~30μg/L、高加疏水氧量为10~150μg/L,给水、高加疏水铁含量分别降低至1.0μg/L以下,有效抑制了机组流动加速腐蚀、减缓了锅炉受热面结垢速率、解决了高加疏水调节阀堵塞问题,实现了对所有易发生腐蚀热力设备的全面保护。此外,精处理系统加氨量减少约67.5%,混床周期制水量提高至原来的3.1倍,高盐废水、除盐水用量同步减少,提高了机组运行经济性。

    2022年02期 v.38;No.181 122-127页 [查看摘要][在线阅读][下载 473K]
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能源环保

  • 北京周边地区典型超低排放燃煤机组颗粒物特征研究

    刘更生;李军状;李小龙;关凯;张建永;滕农;吴寒珺;

    深入研究北京市及周边地区燃煤颗粒物源排放特征、细化源排放信息,对于首都大气颗粒物污染的防治具有重要的意义。基于圈内外标准测试方法开展的实测,从质量浓度、水溶性离子浓度和粒径分布等三个方面系统研究了典型超低排放后机组颗粒物排放特征。结果表明,经过超低排放改造后,该燃煤机组所排放可过滤颗粒物(Filterable Particulate Matter, FPM)和可凝结颗粒物(Condensable Particulate Matter, CPM)质量浓度处于同一数量级,数量占比基本保持在1∶1;FPM中有机物占比24.5%,CPM中有机物占比为8.0%;结合FPM膜提取液、CPM冷凝液中pH值,本研究进行了FPM和CPM阴离子摩尔浓度与阳离子摩尔浓度相对偏差计算,结果分别为15.38%和-5.45%;进行了离子浓度与质量浓度相对偏差计算,FPM中9种水溶性离子与FPM无机物质量之间相对偏差为5.20%,CPM中9种水溶性离子与CPM无机物质量之间相对偏差为29.47%,证明无论是离子浓度与质量浓度之间,还是阴阳离子摩尔浓度之间,相对偏差均未超过±30%,测试结果是可靠的;超低排放后该燃煤机组排放烟气中SO_4~(2-)在水溶性离子中占据主导地位;除了SO_4~(2-),FPM中Cl~-占比较大;相对于总颗粒物TPM,PM_(10)占比达90.5%;在PM_(10)中,PM_(2.5)占比达89.5%;在PM_(2.5)中,PM_1占比达53.2%。这表明燃煤机组经超低排放后,所排放颗粒物粒径大部分在10μm以内,颗粒物粒径向着小粒径方向迁移。

    2022年02期 v.38;No.181 128-134页 [查看摘要][在线阅读][下载 474K]
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  • 冷凝凝并装置深度脱除多污染物性能研究

    刘伟;孔伟;蒋红;程常杰;杨志国;黄荣廷;张瑞;杨林军;

    新疆石河子地区高能耗企业较多,冬天雾霾较为严重,大气能见度较低。基于该区域冬季环境温度低,较易获得冷源的自然优势,在新疆某电厂330MW机组的脱硫塔除雾器上方设置冷凝凝并装置,利用两级冷凝循环系统,对湿法脱硫净烟气进行两级冷凝,一级冷凝温度约3~5℃,二级冷凝温度约10~20℃;通过脱硫净烟气降温,在烟气中建立过饱和水汽环境,促进污染物的相态转变与凝并长大,从而实现可过滤颗粒物、PM_(10)、SO_3及可凝结颗粒物等多污染物的协同脱除。结果表明:在湿法脱硫的基础上加装二级冷凝凝并装置可有效提高烟气中多种污染物的协同脱除效果,降低多种污染物的排放浓度,可过滤颗粒物浓度由29.3mg/m~3降至7.3mg/m~3,综合脱除效率约为75%;PM_(10)浓度分别由1.2×10~7个/cm~3(数量浓度)、27.6mg/m~3(质量浓度)降至1.1×10~6个/cm~3(数量浓度)、4.1mg/m~3(质量浓度),综合脱除效率分别约为91%和85%;SO_3的浓度由2.7mg/m~3降至0.23mg/m~3,综合脱除效率约为92%;可凝结颗粒物浓度可由66.3mg/m~3降至9.9mg/m~3,综合脱除效率约为84%。所述冷凝凝并装置的应用可为同类工程提供参考。

    2022年02期 v.38;No.181 135-141页 [查看摘要][在线阅读][下载 580K]
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  • 氨法脱硫后降温冷凝过程中可凝结颗粒物特性研究

    王磊磊;吴昊;王茜雯;杨宏旻;

    为探究脱硫净烟气降温冷凝过程中可凝结颗粒物(condensable particulate matter, CPM)的脱除特性,基于模拟氨法脱硫试验台,采用数值模拟方法探究了换热器内过饱和水汽环境的形成规律;利用氟塑料毛细管换热器对脱硫净烟气进行降温冷凝,促进净烟气中CPM相态转化、凝结长大与脱除;并利用美国EPA(U.S. Environmental Protection Agency, U.S. EPA)方法202对换热器前后烟气中CPM的质量浓度进行采样测试,考察了净烟气降温冷凝过程中CPM的脱除性能。结果表明,典型工况下冷凝式换热器内烟气温降及水汽饱和度随流程长度的增加而增加,换热器内部可建立满足CPM相态转化、凝结长大的过饱和水汽场;同时,采用离子色谱仪对冷凝式换热器进出口烟气中CPM离子浓度测试,CPM主要由无机组分构成,其中以SO_4~(2-)和NH~+_4为主;降温冷凝过程中形成的过饱和水汽环境对CPM的脱除具有一定的促进作用,CPM的排放浓度可由38.09mg/m~3降至26.34mg/m~3,脱除效率达30.84%。烟气降温冷凝方法有利于促进氨法脱硫净烟气中CPM减排,为工程实际应用提供了一定的理论依据。

    2022年02期 v.38;No.181 142-149页 [查看摘要][在线阅读][下载 880K]
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  • 基于旁路烟道蒸发的脱硫废水零排放系统设计与应用

    魏俊岭;王剑栋;

    在现有燃煤电厂脱硫废水零排放技术中,旁路烟道蒸发技术具有占地面积小、系统相对独立和投资运行成本低等优势,但其运行稳定性及对主烟道系统的影响仍需研究验证。以2×350MW机组末端废水旁路烟道蒸发零排放系统为研究对象,采用技术比选、数值模拟等方法,对其进行优化设计,并考察其运行情况。数据表明,在控制抽取高温烟气小于4%条件下,系统对锅炉效率的影响小于0.2%;蒸发器出口烟温控制在142~167℃,蒸发效果较好;空预器进出口烟气温差投运前后分别为217~227℃、223~231℃,一次风温投运前后分别为336~337℃、333~335℃,进出口压差投运前后分别为1.26~1.4kPa、1.25~1.3kPa,未出现因抽取高温烟气导致低温腐蚀、堵塞以及空预器压差变大等现象;喷枪雾化水压、气压分别在465~533kPa、482~560kPa范围内波动,未出现喷枪或管道的污堵现象。该系统整体运行稳定,满足脱硫废水零排放环保目标,且未对电厂原有系统造成不良影响。

    2022年02期 v.38;No.181 150-156页 [查看摘要][在线阅读][下载 623K]
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