低质褐煤如何转变为优质火电燃料？看中国能建华北院研发的高水分褐煤发电技术

2023-09-11 10:05:26  信息编号：K20230515635785  浏览次数：811

中国能建华北院研发的高水分褐煤发电技术攻克了高效褐煤锅炉配中速磨制粉系统技术、机炉深度耦合烟气余热深度利用技术和褐煤提水技术等关键核心技术，首次提出“褐煤+”发电理念，解决了高水分、低热值褐煤发电效率低、出力不足、环保效益差等问题，实现了高水分、低热值褐煤高效、清洁利用，促进褐煤的就地高效消纳，各项技术指标处于国际领先水平。

褐煤是什么煤？褐煤的特点及用途

褐煤又称柴煤，是一种煤化程度较低的矿产煤，介于泥炭与沥青煤之间，外表呈棕黑色，无光泽。由于褐煤的煤化程度较低，燃烧时会有大量的黑灰飘在空中，对空气污染严重，因此褐煤一般需要经过洗煤处理和提炼才能使用。

褐煤的种类主要有两种，一种是质地疏松而较软的土状褐煤，另一种是质地致密而较硬的暗色褐煤，我国褐煤约占全国煤炭总资源量的13%，主要分布在内蒙古东部和云南东部，东北和华南也有少量分布。

褐煤的特点是化学反应性强，水分大（约占15-60%），挥发成分高（>40%），燃点低（270℃左右），在空气中容易风化（储存超过两个月就易发火自燃，不易储存和运输）。褐煤的燃烧值约为3000大卡每千克，干燥后能达到4800甚至6000大卡。

褐煤的用途十分广泛，土状褐煤主要用于发电厂的燃料，也可作化工原料、催化剂载体、吸附剂、净化污水和回收金属等；暗色褐煤可直接用作家庭燃料、工业热源燃料及发电的燃料，也可用作气化、低温干馏等的原料。除此之外，褐煤还可通过热解得到半焦、煤焦油及煤气等产物。

关键技术之一：高效褐煤锅炉配中速磨制粉系统技术+一次风再加热技术

褐煤锅炉技术发展至今，已经过20多年的论证和实践。褐煤锅炉容量从300兆瓦等级到600兆瓦等级，再到1000兆瓦等级；蒸汽参数从亚临界到超临界、再到超超临界。褐煤锅炉配置的常见制粉系统有中速磨制粉系统和风扇磨制粉系统，其中中速磨制粉系统具有系统简单、安全可靠、稳定性好、操作检修方便等优点，被广泛应用于大容量褐煤锅炉中。目前，我国配中速磨制粉系统的高效褐煤锅炉已发展到1000兆瓦等级、超超临界，锅炉效率已超过93.5%，对褐煤的适应全水分已由35%提升至40%，为我国褐煤高效发电奠定了坚实基础。

一次风再加热技术是指在常规回转式空气预热器后对一次风进行接力加热的技术，其加热一次风的热源可来自锅炉产生的高温烟气、蒸汽或汽轮机的高温抽汽。采用该技术可大幅提升用于干燥原煤的一次风温度，从而有效地解决了中速磨制粉系统干燥能力受限的问题，进一步拓宽了褐煤锅炉中速磨制粉系统对褐煤的适应性。

关键技术之二：机炉深度耦合高效烟气余热利用技术

褐煤锅炉的排烟温度较高，通常在140摄氏度左右，造成了大量的排烟热损失。为了回收烟气余热，提高整个机组热效率，机炉深度耦合高效烟气余热利用技术孕育而生。该技术基于降耗时空效应理论，打破了锅炉岛和汽机岛之间热质传递过程之间的壁垒，将烟气、蒸汽、凝结水、给水和空气等统一视为系统能量利用大过程中的放热和吸热介质进行耦合集成，按照能量品位匹配原则，重构机组回热系统。对于新建高效褐煤锅炉，采用该技术可节煤5克每千瓦时以上，进一步降低了褐煤机组的煤耗水平。

关键技术之三：褐煤提水回收利用技术

由于褐煤全水分高，从原煤或燃烧后的烟气中提取水分具有先天的优势，也是燃煤电厂运行的重要节水措施之一。通过褐煤提水回收的水可用于电厂脱硫系统的补水、机组补水、灰渣冲洗水等，从而大大降低燃煤电厂对外的耗水量，减少电厂运行对当地水资源的影响及破坏。褐煤提水主要有炉前原煤提水和炉后烟气提水两种工艺路线。其中炉后烟气提水主要是将湿法脱硫吸收塔出口携带饱和水蒸汽的净烟气，使用低温水进行间接或接触冷却降温，烟气中的饱和水蒸汽冷凝析出的技术路线，被成功应用于大型褐煤机组上。典型660兆瓦褐煤机组单台机每小时可提水100吨以上，从而实现全厂全年生产“零补水”的标准。

典型工程应用

黑龙江省首个千万吨级特大型露天煤矿朝阳露天煤矿地面生产系统，8亿余吨储量的朝阳露天煤矿开采出的低质褐煤将在被提取褐煤蜡、腐植酸后，转化成清洁能源。

褐煤被提取出褐煤蜡、腐植酸后将进入神华国能宝清电厂。该集团通过优化设备设计和升级生产工艺，低质褐煤在电厂将转化成清洁能源。

该负责人表示，神华国能宝清煤电化项目投产后，预计每年可为黑龙江和邻近省份提供50多亿千瓦时电量。产生的效益，煤矿加上电厂和将来的煤化工预计产值在20多亿元人民币，能够直接带动就业1700余人。

华北院设计的京能五间房2×660兆瓦褐煤电厂集成采用了褐煤清洁高效、机炉深度耦合烟气余热利用技术、褐煤炉后烟气提水等技术，破解了富煤干旱地区制约煤炭资源转换缺水的瓶颈，开创了清洁能源、生态建设及农牧业协同发展新路径，是新时代工业与农业循环发展新业态的成功典范。自2019年电厂投产以来，两台机组运行平稳，机组供电煤耗首次突破285克/千瓦时，是国内领先、国际一流的大型现代化绿色燃煤示范电站。

华北院设计的江苏能源乌拉盖电厂是国内首台套1000兆瓦等级褐煤电厂，系锡盟～泰州±800千伏特高压直流输变电工程的配套电源项目。该项目应用了百万等级褐煤锅炉配中速磨制粉系统、锅炉低再出口蒸汽的一次风再加热、机炉深度耦合烟气余热利用技术、褐煤提水、低背压空冷10级回热系统汽轮机、排汽背压为7.9千帕等一系列先进集成技术，使褐煤机组设计供电煤耗突破280克/千瓦时，该项目预计2025年投产。