“双碳”目标下先进煤炭清洁利用发电技术研究综述

在“双碳”目标下,煤炭发电逐渐由主体能源向托底能源转变,燃煤发电技术在煤炭清洁处理、高效率发电及排放物低碳处理等各方面不断发展,同时也向深度调峰辅助服务、“燃煤+”耦合发电等方向转型,探索高效清洁的先进煤炭发电技术意义重大。分析超临界煤气化、超临界煤液化以及超临界水煤氧化等煤炭清洁利用技术的研究现状,讨论超临界水煤氧化热力发电技术、超临界CO₂动力循环技术、整体煤气化联合循环技术、超超临界循环流化床技术等先进燃煤低碳发电方式的技术特点,论述碳捕集利用与封存技术的发展趋势,同时展望煤炭清洁利用发电技术的转型方向,为碳达峰碳中和目标的实现提供发展思路。     

“双碳”目标下先进发电技术研究进展及展望

“双碳”目标下,能源系统清洁转型将从增量绿色发展逐步向存量减煤减碳与增量绿色发展并举转变,探索先进发电技术是推动节能减排、应对气候变化的重要手段。超超临界发电技术、先进整体煤气化燃气蒸汽联合循环和整体煤气化燃料电池联合循环技术、碳捕获利用与封存技术以及其他先进发电技术是支撑新型电力系统的重要手段。回顾了几种代表性先进发电技术的发展历程,总结了发展现状及关键问题,给出了未来趋势及亟需解决的问题,为实现发电行业战略转型提供经验参考。     

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CO₂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CO₂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CO₂排放,促进新能源消纳,助力燃煤发电产业升级。     

低碳经济风生水起 产业拓展审时度势——方兴未艾的洁净煤技术

煤炭是全球最重要的能源之一,洁净煤技术是减少环境污染、降低碳排量最现实、最有效的办法之一。洁净煤技术的发展不但为煤炭工业带来发展契机,而且还将对电力工业和发电设备制造业带来深刻的影响。本文介绍了直接燃煤洁净煤技术和将煤转换为洁净燃料技术,重点论述了超临界/超超临界高效发电技术、循环流化床燃烧技术、煤气化技术、煤液化技术、IGCC和PFBC-CC发电技术、燃煤磁流体-蒸汽联合循环发电技术,以及碳捕集及埋存技术。     

“双碳”背景下我国低碳电力发展研究

在“十四五”规划中提出的“碳中和”以及“碳达峰”目标对电力行业各方面的发展产生了深层次的影响,电力行业向低碳方向转型已成为主流趋势。通过阐述低碳电力体系中的低碳电厂、低碳电网、低碳能源消费以及相关评价技术,说明了该体系在节能减排、环境保护方面有着高效、清洁、可循环的低碳属性。同时,分析了国际低碳形式变化对我国的影响以及“双碳”政策具体落实过程中的相关问题,为“双碳”战略的执行以及电力行业的低碳转型提供了新的科研思路。     

特约主编寄语

习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上发表重要讲话时承诺:中国力争于2030年前碳达峰,努力争取2060年前实现碳中和.国家生态环境部提出,要以2030年前二氧化碳排放达峰倒逼能源结构绿色低碳转型和生态环境质量协同改善.碳达峰、碳中和目标实现,关键是要加快能源转型,用清洁能源推动经济发展,用可再生能源代替具污染性的煤炭,以及天然气和燃油发电,大力减少碳排放.电能具有清洁、安全、便捷等优势,实施电能替代对于推动能源消费革命、落实国家能源战略、促进能源清洁化发展意义重大.电能替代的电量主要来自可再生能源发电,以及部分超低排放煤电机组,无论是可再生能源对煤炭的替代,还是超低排放煤电机组集中燃煤对分散燃煤的替代,都将对提高清洁能源消费比重、减少大气污染物排放做出重要贡献.目前,全国能源消费产生的二氧化碳排放占二氧化碳总排放量的85％,其中电力行业又约占全部能源消费产生二氧化碳排放量的40％,可见,能源系统对实现碳排放目标起决定性作用,而要实现能源低碳转型,电力清洁化、绿色化是关键.     

超临界二氧化碳工质品质规范研究及展望

超临界二氧化碳(S-CO2)循环发电技术是最具应用前景的先进动力循环之一,是助力我国实现"碳达峰、碳中和"目标、构建清洁低碳、高效灵活的能源体系的重要攻关技术.工质品质是贯穿发电机组设计分析、运行调整等环节的关键问题,深刻影响发电机组的运行安全与经济效益.由于S-CO2循环发电技术采取了全新工质,工质品质规范亟需重新建...     

IGCC发电技术的研发

IGCC是一种高效、清洁利用能源的发电技术，集煤气化、净化及燃气．蒸汽联合循环发电于一体的技术，在高效、清洁方面优于常规燃煤发电技术，堪称“无污染火电技术”。     

S-863计划中的能源研究

1997年6月，S-863计划纲要建议研究软课题组完成了"S-863计划能源领域研究报告"。这个由中国工程院院士蔡睿贤领导的研究课题组，经过大量分析研究与专家论证，确定了2010年前S-863计划能源领域的4个主题与12个专题。4个主题是：燃煤联合循环；煤基清洁燃料（人造石油；合成煤气等）；核能技术；可再生能源和节能技术。12个专题是：①燃煤联合循环4个专题：即燃气轮机技术；煤气化与高温净化技术；联合循环系统集成与示范；燃料电池发电系统。②煤基清洁燃料2个专题：即煤直接液化技术；非动力用气化技术；③核能技术3个专题：即先进压水…     

信息动态

GE亮相07中国煤博会推出绿色创想解决方案中国首个煤炭能源博览会——中国(太原)国际煤炭与能源新产业博览会于2007年9月16～18日在山西省太原市举行。GE携整套环境解决方案在博览会上隆重亮相,致力于与中国蓬勃发展的煤炭和煤化工产业一起应对节能减排的严峻挑战。GE展示的系列"绿色创想"技术和解决方案包括:清洁煤气化整体联合循环发电技术(IGCC)、利用煤矿甲烷气体发电的颜巴赫(Jenbacher)发电机、用于煤化工企业处理工业废水的超膜水处理技术等。     

适用于整体煤气化联合循环发电的国产煤气化技术概述

指出对于中长期以燃煤发电为主要格局和可持续发展要求的中国而言,发展洁净煤发电具有十分重要的意义。论述了整体煤气化联合循环发电作为一种非常重要的洁净煤发电技术受到了各国的青睐,而煤气化技术作为煤炭转化的龙头技术是整体煤气化联合循环电站系统的重要组成部分。在吸收引进国外先进技术和经验的同时,国内开发了多种大型煤气化技术,详细介绍了这些新技术,并对它们的技术特点进行了综合分析与讨论。     

环境友好型发电技术的特性分析

介绍了超临界火力发电、IGCC、煤炭气化发电及最具发展潜力的超临界水氧化技术等环境友好型发电技术,并对其技术特点进行了分析。     

清洁燃煤发电技术的多属性综合评估方法研究

为了客观地对电力行业清洁燃煤技术进行评估,以及为淘汰小容量机组提供参考,采用多属性综合评估方法构建清洁燃煤发电技术评估体系,从技术、资源消耗、污染物排放以及成本效益4个方面进行综合评估。评估结果表明,整体煤气化联合循环发电技术的环境性能最好,但其成本效益最差。超临界/超超临界煤粉炉机组各方面性能较为均衡。超临界循环流化床机组与超临界煤粉炉机组性能不相上下,前者环境性能较优,后者成本效益较好。     

国内气流床煤气化技术的发展及应用现状

煤气化技术是燃煤联合循环、煤化工、综合利用系统和零排放系统的关键技术之一。目前，国外煤气化技术已进入中国市场并取得一定业绩，我国自主煤气化技术也发展迅速，以水煤浆气化为代表的国产煤气化技术已达到世界先进水平。分别从技术进展、工艺流程、技术特点和指标及工程应用现状4个方面详细介绍了国内几种典型的气流床煤气化技术，并分别与国外的气化技术进行了比较。     

IGCC与未来煤电

我国以燃煤发电为主的格局和可持续发展的要求决定了在我国发展洁净煤发电具有重要意义。从我国电力工业的现状和面临的挑战出发，按可持续发展的观点和未来社会对燃煤发电的要求．分析了目前各种洁净煤发电技术的优点和存在的问题，得出IGCC具有可持续发展的诸多特性．是一种可实现高效低污染的先进燃煤发电技术。从美国、日本等国未来燃煤发电的发展计划可以看出：以IGCC为基础，将煤制氢、燃料电池发电、液体燃料生产、CO2分离和处理等过程集成的能源系统是未来燃煤发电技术的重要发展方向．它可实现燃煤发电的高效率和近零排放，符合可持续发展的要求。     

干法进料煤气化技术在中国的进展与发展趋势

煤气化技术是燃煤联合循环、煤化工、综合利用系统和零排放系统的关键技术之一。介绍中国煤气化技术的应用和发展现状，包括固定床气化(常压UGI炉和加压Lurgi炉)、流化订气化（U-gas炉和中国科学院山西煤炭化学研究所开发的常压灰熔聚流化床炉)和气流床气化(国电热工研究院提出的2段式干煤粉加压气化炉)，并对这3种床态的优缺点进行了对比。通过比较认为，2段式干煤粉加压气人炉气化和灰熔聚流化床气化优势明显。     

超超临界燃煤发电技术是我国目前发展洁净煤发电技术的优先选择

超超临界燃煤发电技术是目前世界上成熟、先进、高效的发电技术。对几种主要的洁净煤发电技术的比较表明，配有污染物排放控制的超超临界燃煤发电机组在效率、容量、可靠性．设备投资及环保等方面都具有一定的优势．分析火电领域存在的主要问题，超超临界燃煤发电技术是我国目前发展洁净煤发电技术的优先选择；依据电力行业、发电设备制造业及相关行业的现有基础，我国已具备了发展超超临界燃煤发电技术的条件。     

火电机组碳排放特性研究及管理建议

为研究燃煤机组碳排放特性,在深入分析GB/T32151.1-2015中计算碳排放量方法学的基础上,建立了供电碳排放强度简化计算模型和详细计算模型,并通过实测单位热值含碳量和碳氧化率数据对所建模型进行了可靠性验证,证明了所建模型能相对准确快速地获得机组碳排放强度。以某电厂超高压循环流化床机组为例,基于所建模型深入分析了供电煤耗和煤种对碳排放相关指标影响,结果表明供电煤耗和煤种标煤的碳排放系数的减小可显著降低机组碳排放强度,并给出了发电企业控制碳排放的相关建议,为发电企业碳排放管理工作提供了参考。     

火电厂汞污染控制对策探讨

介绍燃煤汞污染现状和汞排放形态、特征及其大气排放标准。分析了我国燃煤电厂汞污染控制面临的问题。结合我国汞大气排放的新标准,从管理和技术方面提出了相应的对策。同时介绍了国内外燃煤电厂汞排放的控制措施：① 采用清洁燃煤发电技术,推进机组节能减排;② 充分利用现有非汞污控设施实现协同控制;③ 开展单项脱汞技术研究与示范,其涉及煤基添加剂、炉膛喷射、吸附剂喷射、吸收塔稳定剂、脱硫废水络合剂等技术;④ 几种国外新型汞联合脱除技术。