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关于中国特色的低能耗、低成本、高效益 “碳达峰、碳中和”火电技术的探索
发布时间:2021-07-09 有207人点击

一、背景

    习总书记宣布二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。目前我国因能源消耗产生的碳排放约97亿吨/年,其中煤炭产生的碳排放量占78%,而煤炭产生的碳排放约52%来自火力发电,为达到“碳达峰、碳中和”,探索一条将化石能源发电转化为零碳排放电力的道路,是目前能源领域的重要课题之一。

二、火电行业发展方向

    (1)火力发电行业碳排放占比世界平均值的41%,中国的52%左右,为达到“碳达峰、碳中和”必须将化石能源发电转化为绿色电力或者是零碳电力;

    (2)提高火力发电机组灵活性,使火力发电厂作为深度调峰电厂,充分消纳可再生能源电力,从而大力发展风能、太阳能、水能等新能源电力;

    (3)“十四五”期间要构建一批各具特色、优势互补、结构合理的战略性新兴产业增长引擎,培育新技术、新产品、新业态、新模式,多行业协同发展;实现能源领域关键技术跨越式发展,面向重大共性关键技术、煤炭清洁高效利用与新型节能技术等方面研究;

    (4)立足国情,实现碳达峰、碳中和目标,加快推进能源生产清洁替代和能源消费电能替代(“两个替代”),打造清洁低碳、安全高效的现代能源体系,
通过能源零碳革命引领全社会加速脱碳,实现能源电力发展与碳脱钩、经济社会发展与碳排放脱钩(“双脱钩”),开辟一条速度快、成本低、效益高的中国碳中和之路。

为此,我司研发的煤炭高效热解制清洁能源富氧燃烧零碳排放发电技术,实现了火力发电零碳排放,实现了“能源生产清洁替代、能源电力发展与碳脱钩”,符合国家能源发展方案,为碳达峰、碳中和目标实现打下基础。

三、煤炭高效热解制清洁能源富氧燃烧零碳排放发电技术

 结合目前的背景以及对火力发电发展方向,现提出煤炭高效热解制清洁能源富氧燃烧零碳排放发电技术,力争经济性地使火力发电达到零碳排放。

其技术机理如下:

煤炭高效热解制清洁能源富氧燃烧零碳排放发电技术,是基于富氧燃烧节能减排耦合煤炭分级分质高效利用综合生态产业链技术原理及工艺,原煤成型后,先低温无氧干馏得到高温清洁型焦、干馏煤气和煤焦油,再将高温清洁型焦作为气化原料与蒸汽反应得到水煤气,最终产出混合煤气(干馏煤气+水煤气),然后利用纯氧与循环烟气形成的混合气体替代原有空气供混合煤气燃烧,结合IGCC板块进行发电。

混合煤气主要由氢气和一氧化碳组成(分别占比50%),其中氢气燃烧无碳排放,一氧化碳在纯氧与循环烟气的混合气体中燃烧产生高浓度二氧化碳(浓度95%以上),二氧化碳再与高温清洁型焦反应得到CO,从而转化发电板块产生的CO2,实现火电零碳排放,同时产出CO工业化工母料(制甲醇等),并促进火电行业提前实现“碳达峰、碳中和”,实现电力、煤焦油、一氧化碳母料等能源清洁生产、能源产品与碳脱钩。

四、降碳效果

直接利用混合煤气(干馏煤气+水煤气)替代火电厂原煤燃烧,混合煤气主要成分为CO、H2,结合富氧燃烧技术,利用纯氧与循环烟气混合气体替代原有空气供混合煤气燃烧。其中氢气燃烧无碳排放,一氧化碳在纯氧与循环烟气混合气体中燃烧产生高浓度(98%以上),二氧化碳再与高温清洁型焦反应得到CO,从而消纳发电板块产生的CO2,实现电力、煤焦油、一氧化碳母料等能源清洁生产、能源产品与碳脱钩。

五、传统火力发电模式与零碳发电模式对比

1.传统火力发电模式

以某电厂2×600MW机组为例,发电效率为40%,其使用4800kcal/kg热值的燃煤,则发电总燃煤消耗量为540t/h,转化为标煤发电量为308.57g/kw.h,按火力发电标煤耗小于等于310g/kw.h不产生碳税计,除去燃料费和运行维护费用之后,电厂效益极低。

2.煤炭高效热解制清洁能源富氧燃烧零碳排放发电模式

以煤炭高效热解制水煤气结合IGCC零碳发电,发电效率为60%,达到传统火力发电2×600MW机组相同发电能力,除正常发电收益外,还有副产品煤焦油;而纯氧与循环烟气形成的混合气体替代原有空气燃烧产生的高浓度二氧化碳可进一步与高温清洁型焦反应得到CO,该技术可大幅度降低IGCC的生产成本、运行成本,以及零碳排放的清洁电力必将最大限度发电上网,碳税可用于交易,实现电力、煤焦油、一氧化碳母料等能源清洁生产、能源产品与碳脱钩。

六、小结

煤炭高效热解制清洁能源富氧燃烧零碳排放发电技术,以储量大、价格低的低阶粉煤为基础原料,通过富氧燃烧节能减排耦合煤炭分级分质高效利用综合生态产业链技术制取清洁能源——干馏煤气+水煤气,结合IGCC系统以混合煤气(干馏煤气+水煤气)为燃料,以利用纯氧与循环烟气形成的混合气体替代原有空气供混合煤气燃烧进行零碳发电,真做到低成本、零碳排放的清洁发电,实现电力、煤焦油、一氧化碳母料等能源清洁生产、能源产品与碳脱钩。

整个项目除正常发电收益外,还有副产品煤焦油,而纯氧与循环烟气形成的混合气体替代原有空气燃烧产生的高浓度二氧化碳可进一步与高温清洁型焦反应得到CO销售、碳税交易等的收益,还可以大幅度降低IGCC的生产成本、运行成本,若大规模推广应用可促进火电行业提前实现“碳达峰、碳中和”,是化石能源发电转化为零碳排放电力的重要技术路径之一,对我国应对气候变化、推进生态文明建设、建立以绿色发展为价值引领和增长动力的现代经济体系,实现经济社会发展与生态环境保护协同,建设美丽中国具有重要意义。



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