干净煤电皇城国际行专题报道
 
毛健雄:煤电能够做到气电排放程度
2014年09月24日
 

  中国电力报 中电新闻网记者 彭源长 马建胜

  毛健雄 清华大学热能工程系教授,曾任清华大学热能工程系副主任,持久处置热能工程和干净煤燃烧发电技术等方面的教学、科研和国际交换工作,至今已有50多年。他于1993年被聘为英国煤炭科学研究院参谋,1995年被英国DeMontfort大学授予荣誉技术博士学位称号,1999年被选为英国动力学会高级会员。他所处置的次要教学和科研工作包罗:燃烧理论和燃烧设备、锅炉设想和干净煤技术、干净煤燃烧发电技术、超临界和超超临界燃煤发电技术以及燃煤电站二氧化碳捕捉和封存技术等。

  “煤电能够做到气电的排放程度”

  中国电力报:您认为雾霾构成的缘由是什么?

  毛健雄:此刻全国良多区域发生的大范畴雾霾气候,不能完全归咎于煤,煤只是此中的一部门。煤到底在一个地域的大气污染中领有多大比例,要看这个地域的具体环境。雾霾中PM2.5构成的缘由很复杂,次要不是燃煤排放的粉尘,别的又一次有硫氧化物、氮氧化物和酸性气体等其他化石燃料燃烧的排放物,此中氮氧化物可能起着更大的传染感动。这些污染物在大气中夹杂发生氧化反映和光化学反映,二次发生气溶胶这类很是藐小的颗粒物。而氮氧化物和硫氧化物发生的根源大部门是化石燃料的燃烧和汽车尾气的排放,可能汽车尾气的排放是更次要的。

  又一次有一点,由于此刻火电厂烟气脱硝次要采用向烟气中喷氨并经由催化来与氮氧化物反映而脱除,而这个过程中有一部门没有反映的氨气会跟着烟气排放到大气中,经由光化学反映发生气溶胶。同时氨水的运输、储存和气化过程中也会有一部门泄露。

  中国电力报:出于环境管理出格是雾霾管理的考虑,此刻我国动力布局调整的力度在加大,您若何对待煤炭的前景?

  毛健雄:中国的动力本钱中,煤炭占主体地位。我认为在将来几十年内,煤炭的主体地位难以改变。咱们曾经是世界第一大动力消费国,电力总装机容量也是世界第一,一次动力消费里面煤炭占70%以上,发电量中火电发电量占70%以上。所以动力布局改变起来很难,由于总量基数太大,煤炭消费的绝对量太大。我认为,到2050年,中国的火电发电量占全数发电量的比重能降到50%以下就不错了。

  长远来看,煤炭也是世界次要动力。

  从储量来看,天然气和石油的储量比起煤炭差得很远。我认为将来四五十年内煤仍是中国第一位的动力。

  中国电力报:您是研究煤炭燃烧的,您认为煤炭若何来干净把持?

  毛健雄:从发电来说,此刻的环保技术曾经能够把煤电做到接近燃气发电的排放程度,把烟尘降到每立方米5毫克以下、氮氧化物降到每立方米50毫克以下,都没有问题。今朝上海外高桥三厂(以下简称“外三”)的烟尘排放做到了11毫克/立方米,二氧化硫25毫克/立方米和氮氧化物25毫克/立方米,其实外三又一次能够做到更低的排放。

  此刻火电厂除尘技术中有一种湿法电除尘器,减排的成果很好,能够达到5毫克/立方米的排放,达到了燃气的排放程度,并且对削减PM2.5的排放也会有必然的传染感动,此刻良多火电厂在电除尘器鼎新时在考虑采用这类技术。若是要使煤电达到气电的排放尺度,选择湿法电除尘技术可能是次要标的目的。若是从长远考虑,煤电的粉尘排放尺度必定又一次要愈加严酷向气电看齐,例如达到5~10毫克/立方米,多么对湿法电除尘技术就该当加以看重,堆集经验,降低成本,加以推广。

  “‘外三’的凹凸位安插技术是一个严重立异”

  中国电力报:既然煤炭燃烧能够做到跟天然气一样干净,那咱们此刻又一次有需要大量进口天然气和成长煤制气吗?

  毛健雄:此刻美国的页岩气曾经在大规模的生产并且比力廉价,美国的标的目的也很较着,便是用大量的燃气发电来代替燃煤发电,但此刻美国的煤电发电量仍是第一,美国要把所有的煤电都搞掉,那是不成能的。从全世界来看,煤电仍是主力电源,煤电发电量占所有发电量的40%以上。澳大利亚90%是煤电,中国是70%,美国是40%。

  中国要压煤上气,可是不成能把将近9亿千瓦的煤电替代掉,终究咱们遭到天然气本钱的限制,而此刻燃气发电只需4000万千瓦的规模。换一种思绪,若是燃煤电厂能够大概做到和天然气电厂的排放一样干净,咱们为什么不成以在沿海大城市多搞一些像外三多么的燃煤电厂,它的效率、排放跟燃气电厂至多是一样的,并且动力成本低多了。

  我并不能否决上天然气发电机组,而是认为节能减排仍是要抓煤本身,用天然气是处理不了问题的。

  当然天然气也有劣势,便是天然气发电能够结合轮回,动力把持效率能够达到60%,这是煤炭比不了的。因而,若是中国有大量天然气,就能够用来建天然气结合轮回电厂,若是天然气的代价跟煤一样,必定没人去建燃煤电厂。可是现实是咱们没有那么多天然气,并且天然气又很贵,所以只能选择煤炭。

  外三的总司理冯伟忠进行了一系列的技术立异,使外三的供电煤耗降低到276克/千瓦时,达到了世界领先的程度。

  他又一次有一个新的方案叫做“凹凸位分轴安插的汽轮发电机组技术”,使用这项技术,能够把持现有的材料、设备和技术平台,使单元造价在与今朝超超临界机组相当的前提下,机组效率再相对提高约5%,使供电效率达到48.9%,并使烟尘排放达到5毫克/立方米、二氧化硫15毫克/立方米、氮氧化物20毫克/立方米。2011年,该技术经由了国表里专家的评审,认为“采用典型的并已有使用业绩的高、中、低压缸模块进行得当的调整、构成的135万千瓦二次再热双轴机组,使用现有的高温材料,可达到今朝生界上超超临界机组发电效率的领先程度,技术方案前辈、可行”。

  中国电力报:提高火电厂的效率很难吗?冯伟忠的技术有哪些前辈的处所?

  毛健雄:火电行业有一句话叫“十年磨一克”,若是真正想经由鼎新把机组效率大幅度地提高,是很是坚苦的。

  为了把火电效率进一步大幅度提高,此刻世界上欧盟、美国、日本和中国均在斥地700摄氏度等第的超超临界发电技 术,这个技术的环节是研发能够大概在700摄氏度高温下持久平安运转的高温镍基金属材料,但它的代价是此刻600摄氏度材料的10倍以上,电厂需要几根近百米长的这类主蒸汽和高温再热蒸汽管道,单就这几根管子的成本就会占整个电厂投资的25%。

  在将来的几十年内,中都城将会是“以煤为主”,将来二次再热的700摄氏度超超临界机组的使用主疆场仍是在中国,由于欧洲、美国等发家国度对燃煤火电的需求曾经很小了。使用700摄氏度超超临界技术能够将火电净效率从48.9%进一步提高到52%(供电煤耗236克/千瓦时)。欧盟从1998年就起头启动700摄氏度超超临界发电技术的研发,估计其示范厂的投运的时间将是在2020年当前,中国的700摄氏度超超临界示范厂也可能在2020年后建成。一旦700摄氏度超超临界技术的示范取得成功,其在市场上推广的瓶颈便是若何最大限度地缩短必需采用高贵的镍基合金的主蒸汽和高温再热蒸汽管道的长度。

  而冯伟忠的凹凸位安插是一个严重的立异。他的思绪是把汽轮发电机组的高   温高压缸间接安插到锅炉的出口,从而大大缩短了需采用高贵的700摄氏度耐高温材料管道的长度,为此他处理了由此发生的一系列技术问题,如高温高压管道最短化后热膨胀的接收和热应力的消弭等。

  此时汽轮发电机组的低压缸仍是安插在本来的低位位置采用常规的通俗材料管道。这便是用600摄氏度的高温材料去完成700摄氏度的超超临界机组的效率。由于外三汽轮机是西门子的技术,锅炉是阿尔斯通的,所以冯伟忠把他的方案交给这两家做了评估、论证,两家都赐与高度评价。西门子火力发电集团产物停业部的专家认为“本技术能大大提高火力发电机组的净效率,是鼎新高污染发电行业成为低排放绿色财产的独一机缘”。

  据我所知,该项方针初步可行性研究也已于2013年12月审查完毕,今朝已完全具有前提在外三厂扩建端的现有场地上开展现范性名目拔擢。可惜的是,冯伟忠的方案曾经提出来五年了,本来大师但愿在“十二五”期间能够看到一台这类世界上效率最高、排放最低的燃煤示范机组,可是由于上海燃煤火电名目限批的缘由,此刻又一次在等待。

  “提高效率是降低碳排放的底子”

  中国电力报:既然有这么好的高效率低排放的煤电技术,为什么没有推广开来?

  毛健雄:现实上冯伟忠的一系列立异技术此刻正在逐步推广,我感觉对一个新的立异事物要有一个认识的过程,据我领会,此刻越来越多的的电力公司正在和冯伟忠和外三互助,例如华润电力和神华集团就曾经和外三签定了技术互助的和谈。一系列互助名目正在进行之中。

  中国电力报:为什么最前辈的煤电技术出此刻外三?

  毛健雄:冯伟忠这小我也算是个奇人,他初中都没毕业,从电厂当学徒工出身,全数是自学,数理化和各类专业理论,包罗英文,他在国际会议上能够用英文讲话,所以他不只具有燃煤火电厂机、炉、电的整个系统的全面经验,并且有深挚的理论底子,他的每一个立异都以理论为指导,但又不墨守陈规,而是敢于温顺于逆向思维,或叫立异思维,想人之不敢想。他深知在火电厂不能只靠斗胆,凡事必需很是科学、有按照、有把握。他的每一个技术立异都亲身做算计机模仿,模仿的算计机软件都是他本人设想的,因而他年年立异,个个成功。外三的厂用电率只需2%,这是不患了的,他搞了一个会合调频的立异,不是一个马达用一个调频器,而是用与主汽轮机抽汽驱动一个调频汽轮发电机组来对全厂的马达进行会合调频,又多发了电,又节了能。冯伟忠的成功,又一次在于他的很是吃苦和付出,我到过外三厂多次,厂里的同志告诉我,他是全厂早上第一个到厂,晚上最后一个离厂的人,他从来没有礼拜天和节假日。他是厂长兼党委书记,白日他要对全厂的高效,平安和低排放的运转进行批示、带领和办理,他的立异工作满是在晚上下班后和节假日进行的。当然,冯伟忠的立异能够大概把外三变成一个平安、高效和低排放的前辈燃煤火电厂,又一次由于他有一个很是好的团队和一个理解和支撑他的上海申能公司的带领。

  中国电力报:将来碳排放将是煤电无法回避的问题,您认为从技术立异的角度若何处理这个问题?

  毛健雄:处理二氧化碳问题,第一步该当是最大限度地提高煤电的效率,多么就把煤电排放的二氧化碳降到最低。

  第二步才是二氧化碳捕集和封存技术也便是CCS,可是这个技术是一个高成本和高能耗的技术。就拿效率来说,火电厂若是采用CCS系统,就会把现无效率吃掉10%,所以有一句捉弄话--“辛辛苦苦50年,一下回到解放前”,便是煤电效率从30%提高到40%用了50年,CCS一上马,50年白搞了。同时由于中国煤电的体量又很大,在中国大规模采用CCS来减排二氧化碳的前景以及若何采用此刻又一次很难说。

  此刻结合国对全球二氧化碳排放的节制方针是不使全球平均气温上升逾越2摄氏度,中国此刻曾经是世界上最大的二氧化碳排放国,灿忠淮诬怎样说,二氧化碳排放节制是中国煤电将来面临的一个复杂挑战。

  即便将来必需采用CCS技术,那么底子也该当是高效的煤电。若是本来效率就很低,再使用CCS就很难搞下去。所以从这个角度来讲,本日最大限度地提高火电厂的效率,不只是为了本日的节能减排,也是为了将来减排二氧化碳打底子。所以此后中国的火电厂,除了少数的热电联产之外,必需走冯伟忠的道路,当然,跟着技术的前进,CCS本身的能耗也会降低。

        若是此刻全国火电效率都提高到外三现有的程度,以至于到凹凸位安插的程度,则煤电每度电发生的二氧化碳会降低20~35%,效率越高,每度电发生的二氧化碳越少。此刻美国的环保尺度曾经有了二氧化碳的排放限制要求,欧洲则早就有了,将来若干年内若是中国也有这方面的要求,中国的火电效率将迎来一个大幅提高的过程,由于环境政策尺度是驱动全盘环保技术成长的动力。

  

 
倪维斗:中国煤炭干净高效发电之路需做四件事
毛健雄:煤电能够做到气电排放程度
王志轩:煤电是中国治霾环节