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山西重点产业创新链.docx
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山西重点产业创新链
山西省煤电产业创新链
煤电产业是山西省重要的支柱产业,目前已成为全省工业中利润最大的行业。
截止2013年底山西省发电装机容量为5767.27万kW,燃煤机组约占90%。
2013年总发电量2625.4亿kWh,其中火电2527.13亿kWh,占95%以上。
燃煤机组中,煤粉炉电站占比约为80%,循环流化床锅炉电站占比约为20%。
国内发电机组性能和技术水平与世界同量级发电机组水平相当,我省选用机组水平基本与先进水平同步。
煤电产业是典型的高耗能、高污染产业,同时也是我省碳排放最大的行业,年排放CO2在2亿吨以上。
随着国家对节能减排、改善生态环境的高度重视,先进的燃煤发电技术越来越受到产业界的青睐。
超超临界发电技术快速发展,IGCC发电技术、智能电网技术在全球方兴未艾,CO2的低成本捕集、利用和封存技术作为战略性前沿技术,引起世界各国的重视。
同时,在我省获1920万千瓦低热值煤发电项目独立审批权后,低热值煤发电系统亟需开发。
加强煤电产业的技术创新,有利于我省煤电产业技术水平的不断提升,进一步降低发电能耗、减少污染物排放,走出一条高碳产业低碳发展之路。
山西省煤电产业创新链
一、产业发展现状和技术瓶颈
围绕节能和减少污染物排放的需求,整体煤气化联合循环发电〔GCC)、超(超)临界发电、智能电网等煤电产业新技术正在蓬勃发展。
自上世纪70年代开始,IGCC开始备受关注,美国、欧
盟、日本等相继开始IGCC技术研究与示范工程建设。
2012
年12月12日,中国首座煤气化联合循环电站——华能天津IGCC示范电站投产。
国内IGCC水平与国外相当,正在不断完善和改进设备技术的过程中,目前尚有许多问题需要解决,技术尚处于发展期。
智能电网的发展在全世界正处于起步阶段,在绿色节能意识的驱动下,智能电网成为世界各国竞相发展的一个重点领域。
欧美各国对智能电网的研究开展较早。
十二五”是我国智能电网全面建设阶段,国家电网将投资5000亿元,初步建成世界一流的坚强智能电网。
在我省获1920万千瓦低热值煤发电项目独立审批权后,低热值煤发电300-350MW大型超临界循环流化床锅炉亟需开发。
我省太锅50MW基于流态重构的循环流化床锅炉实现了超低热值煤<1500卡/kg)燃烧,技术处于国际国内同类产品领先水平。
随着我国对燃煤电厂C02、SO2、NOx、重金属等排放控制越来越严,污染物高效率、低成本脱除的优化技术需求更为迫切。
特别是我国已成为世界上CO2排放最多的国家之一,其中约45%来自燃煤电厂。
CO2捕集、利用和封存(CCUS)技术成为一种战略性技术需求。
由于受成本制约等问题,CO2的捕集、利用技术难以规模化实现,很多国家都在开展研究工作,但都没有取得实质性突破。
我省在CCUS技术链各环节都已具备一定的研发基础,但距离规模化、全流程示范应用仍有很大差距。
二、技术需求及攻关路径
(一)产业链
煤电产业链由燃煤发电系统、电网系统、废弃物处理系统和CO2捕集利用圭寸存系统四个部分构成(见图2・1)。
燃煤发电系统由原料分选、燃烧锅炉、蒸汽发电机组组成。
IGCC处于示范阶段,是未来清洁发电的趋势,由煤气化系统、燃气(蒸汽)发电系统组成;电网系统由输电、变电、配电及相应的辅助系统组成;废弃物处理系统的固废处理是将粉煤灰、脱硫石膏进行综合利用,用于制作建筑材料、耐火材料、化工原料及提取氧化铝、白炭黑等。
烟气处理是采用
湿法(干法)脱硫、SCRSncr)脱硝、布袋法(静电法)除尘及
重金属提取,对排放的烟气进行达标处理;C02捕集、利用和封存系统是将产生的CO2进行收集,并对收集的CO2采用化学转化、食品添加、地下存储等方法,进行利用、存储。
(二)创新链
围绕煤电产业发展重点发展方向,结合新兴电力技术、节能减排技术及先进材料、装备发展趋势,针对我省煤电产业存在的关键性技术需求,设计了煤电产业链+技术需求+市场需求(见图2-2)、煤电产业创新链技术攻关路径(见图2-3)
煤电产业技术创新链在发电系统、智能电网系统和CO2捕集利用封存系统三大产业板块基础上,以煤炭分质利用技术、燃烧发电节能提效技术、污染物处理技术、智能电网产业技术、整体煤气化联合循环发电系统(GCC)研究与示范、大型低热值煤发电锅炉的研制开发、碳燃料电池技术开发、CO2捕集利用和封存技术8个专项为重点方向,以25个项目为主构,以若干关键技术为核心,同时构建了技术标准体系和人才平台建设体系。
三、重点研发项目的凝炼
针对煤电系统存在的问题,从8个方向入手,有针对性地提出了25个课题。
通过四性一度”分析,确定最优先级课题5个、优先级课题5个、支持级课题8个、储备级课题7个。
(一)煤炭分质利用技术
针对煤质不稳定、地域差异性较大、动力配煤理论不成熟、质量标准不统一、煤质监测技术达不到煤质多变条件下在线检测要求等问题,开展煤炭分质、配煤系统在线监测及调控等关键技术研究,实现煤质互补、结构优化,配煤质量达到GB18666标准,提供符合煤电锅炉设计标准的煤炭产品,以提高燃烧效益、降低发电成本和污染物排放。
重点研发项目如下(见表3-1):
表3-1煤炭分质利用技术重点研发项目表
序号
项目名称
优先程度
1
精细化动力配煤技术
储备
2
配煤系统在线检测及调控技术
储备
3
燃煤电厂配煤装备研制
储备
(二)燃烧发电节能提效技术
针对锅炉受热面爆破泄露、积灰、磨损、低温酸腐蚀,余
热回收利用效益低,电网调峰峰差不断增大条件下锅炉制粉单耗增大、飞灰炉渣可燃物含量偏高、燃烧效率下降,空冷
系统煤耗高(约20g/kWh)且运行不稳定等问题,开展锅炉积灰和高温腐蚀预测与控制技术、发电机组自动发电控制
AGC)优化技术、热力系统机炉耦合流程优化、余热利用等关键技术研究,达到现有燃煤发电机组发电煤耗降低5g/kWh、发电效率提高1%、连续稳定运行周期提高20%以上。
重点研发项目如下(见表3-2):
表3-2燃烧发电节能提效技术重点研发项目表
序号
项目名称
优先程度
1
煤粉锅炉参数优化与稳定燃烧技术
P支持
2
循环流化床锅炉节能与稳定运行技术
支持
3
大型空冷系统节能与安全运行技术及装备
储备
4
在役火电机组节能监测关键技术
优先
(三)大型低热值煤超临界循环流化床锅炉研制开发
针对我省300-350MW超临界大型循环流化床锅炉研制中存在的技术瓶颈,开展流态迁移、低能耗燃烧、受热面布置、二次风穿透、水冷壁防磨损等关键技术研究,实现超临
界大型循环流化床锅炉的批量化生产,产品技术指标达到燃料热值<12500kJ/kg,燃烧效率达到97%,煤耗低于
320g/kwh,厂用电率小于4.6%,连续运行时间达到400天,SO2、NOx和烟尘排放分别小于35mg/Nm3、50mg/Nm3和10mg/Nm3。
重点研发项目如下(见表3-3):
表3-3大型低热值煤锅炉研制开发重点研发项目表
序号
项目名称
优先程度
1
基于流态重构的超临界300-350MW低热值煤循环流化床锅炉关键技术及装备开发
最优先
(四)整体煤气化联合循环发电系统(IGCC研究与
针对IGCC系统复杂、成本相对较高、可靠性和可用率不高、标准化程度低等问题,开展煤气化关键技术与装备研制、系统优化集成软件平台研发、整体系统设计等关键技术研究,研发3000吨/d气化炉整套装备,达到大型IGCC示范
工程发电净效率》45%SO2排放<10mg/Nm3、NOx排放
<50mg/Nm3、PM排放<5mg/Nm3,技术处于国际领先水平
重点研发项目如下(见表3-4):
序号
项目名称
优先程度
1
IGCC3000吨/天级粉煤气化关键技术与装备开发
最优先
2
500MW级IGCC系统的集成技术研究与开发
最优先
3
基于IGCC系统的CCS^术研究
支持
表3-4IGCC研究与示范重点研发项目表
智能电五在智能电和网产业技能源结构和分布特点、
针
对我省
电网发展、通信信息系统、研究基础等方面存在的差距,开展多变量智能解耦控制、分布式能源接入配电网控制、信息流与能量流相互作用、基于锂电池储能装置的大容量化等关键技术研究,推进我省智能电网建设,技术达到国际先进水平。
重点研发项目如下(见表3-5):
表3-5智能电网产业技术重点研发项目表
序号
项目名称
优先程度
1
电源侧自动发电控制AGC)优化
支持
2
大电网智能运行与控制
支持
3
大规模间歇式新能源并网技术
优先
4
智能配用电技术
支持
5
电动汽车与大规模储能系统
支持
针六)亏污染物物处理技术心产品烟气换热器GGH)与脱硝
催化剂模块主要依赖进口、污染物脱除效率需进一步提高等问题,开展低成本高效烟气SCR脱硝催化剂技术、锅炉低氮燃烧技术、燃煤烟气前端监测及高效治理技术等关键技术研究和装备开发,使烟尘排放小于5mg/Nm、SO2排放小于35mg/Nm3、NOx排放小于50mg/Nm3,实现我省煤电产业超低排放要求。
重点研发项目如下(见表3-6):
表3-6污染物处理技术重点研发项目表
序号
项目名称
优先程度
1
燃煤电厂烟气污染物高效脱除技术及装备开发
最优先
2
低热值煤循环流化床清洁燃烧技术研究
最优先
3
燃煤电厂烟气及重金属监测与控制技术
储备
4
烟气脱硫脱硝一体化技术及装备
储备
(七)碳燃料电池技术
以碳为直接燃料的燃料电池发电技术,充分利用了燃料电池发电效率高的优势,避免燃煤蒸汽发电技术化学能利用效率低、烟气污染难于治理等问题,起到大幅度减少燃煤用量和CO2排放的作用。
通过开展燃料电池关键技术与工艺、电池堆保温材料及壳体设计及工艺、燃料电池控制关键参数测量与控制方法等关键技术研究,开发一种新型、洁净、高效的能源。
重点研发项目如下(见表3-7):
表3-7碳燃料电池技术重点研发项目表
序号
项目名称
优先程度
1
碳燃料电池关键技术与装备开发
优先
(八)CO2捕集利用和封存技术
针对C02捕集的能耗和成本问题、C02规模化利用问题、和地质封存长期安全性问题,开展CO2驱煤层气、高效固化铵盐捕集剂的放大制备、炭基纯化剂的制备及改性等关键技术研究,不断拓展CO2利用途径,解决CO2减排的瓶颈性难题。
重点研发项目如下(见表3-8):
表3-8C02捕集利用和封存技术重点研发项目表
序号
项目名称
优先程度
1
CO2驱油、驱深层煤层气与封存CO2技术
支持
2
CO2低成本大规模捕集及纯化关键技术
优先
3
CO2高附加值化学转化利用
优先
4
CO2地质封存技术
储备
四、配套技术体系
通过产业链技术创新,建设产学研一体化平台。
建成高
效低污染洁净煤发电研发中心;建立节能型低热值煤循环流化床技术国家级工程技术研究中心;建立大型IGCC工程技术研究中心;建成山西省高效低污染洁净煤发电研发中心和人才培养基地;建立山西省CCUS研究团队;建殳智能电网校企合作实验室和工程技术研究中心。
五、预期效益分析
通过项目实施和产业化示范,大型低热值煤循环流化床锅炉技术取得突破,整体煤气化联合循环发电(GCC)研究与示范在可达到世界领先水平,智能电网产业技术实现大幅跃升。
经济社会效益非常显著。
燃煤机组发电煤耗降低
5g/kWh以上,每台300MW机组年节约煤炭约1.3万吨,减排C02约1.8万吨,减排烟尘约22吨、减排S02约60吨。
500MWIGCC电厂效率提高4个百分点,同比年节标煤约
3.3万吨,减排CO28.6万吨,SO2792吨,利税2.8亿元。
单台300MW低热值煤循环流化床锅炉售价约1.5亿元,年节省燃煤约0.9万吨,减排CO2约1.23万吨。
同时,可以不断拓展CO2规模利用途径,为实现碳减排创造良好的前提条件。
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