富氧燃燒節(jié)能減排耦合煤炭分級(jí)分質(zhì)高效利用在火力發(fā)電廠的應(yīng)用前景

武愛民 郝轟宇

（內(nèi)蒙古能源發(fā)電準(zhǔn)大發(fā)電有限公司，內(nèi)蒙古 準(zhǔn)格爾 010399）

2020 年9 月22 日，習(xí)總書記在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上宣布，中國(guó)將采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030 年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和。習(xí)總書記提出“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)，是黨中央做出的重大戰(zhàn)略決策，不僅是一個(gè)應(yīng)對(duì)氣候變化的目標(biāo)，更是一個(gè)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，體現(xiàn)了我國(guó)未來發(fā)展的價(jià)值方向，對(duì)構(gòu)建以國(guó)內(nèi)大循環(huán)為主體、國(guó)內(nèi)國(guó)際雙循環(huán)相互促進(jìn)的新發(fā)展格局意義深遠(yuǎn)重大，是一項(xiàng)重大的政治任務(wù)。

“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)任務(wù)的提出，使煤炭利用面臨著高碳減排的新挑戰(zhàn),發(fā)電行業(yè)作為碳排放大戶（2019 年發(fā)電行業(yè)二氧化碳排放量占全國(guó)碳排放的46%），碳減排任務(wù)首當(dāng)其沖。

一、技術(shù)概述

燃煤火電富氧燃燒耦合煤炭分級(jí)分質(zhì)清潔應(yīng)用綜合生態(tài)鏈技術(shù)以燃煤火電為平臺(tái)，以富氧燃燒綜合節(jié)能減排技術(shù)（節(jié)油、靈活性、降氮）為基礎(chǔ)和紐帶，以煤炭分級(jí)分質(zhì)技術(shù)為支撐，以分子吸附制氧技術(shù)為拓展。

開拓性的應(yīng)用富氧燃燒綜合節(jié)能減排技術(shù)為燃煤火電調(diào)峰、節(jié)能、減排、增效，應(yīng)用煤炭分級(jí)分質(zhì)技術(shù)為富氧燃燒綜合節(jié)能減排提供輔助燃料，同時(shí)產(chǎn)生煤氣（或天然氣）、焦油、焦炭（清潔型碳）等新能源產(chǎn)品；火力發(fā)電鍋爐為整體項(xiàng)目解決環(huán)保排放問題，從而實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能減排，具體技術(shù)關(guān)系如下：

（一）燃煤火電需應(yīng)用富氧燃燒綜合節(jié)能減排技術(shù)進(jìn)行調(diào)峰、減排、節(jié)能、增效，降低污染物排放，在此過程中富氧燃燒綜合節(jié)能減排技術(shù)需輔助物料——煤氣、氧氣；

（二）煤炭分級(jí)分質(zhì)清潔應(yīng)用綜合生態(tài)鏈技術(shù)、吸附分離制氧技術(shù)分別為富氧燃燒綜合節(jié)能減排技術(shù)提供輔助物料——煤氣、氧氣，同時(shí)生產(chǎn)清潔型碳、低溫焦油、煤氣（人工天然氣）等產(chǎn)品；

（三）燃煤火電作為平臺(tái)將上述過程中所產(chǎn)生的污染物充分消納在鍋爐及已有環(huán)保設(shè)施中，同時(shí)燃煤火電可提供電力和蒸汽供煤炭分級(jí)分質(zhì)清潔應(yīng)用技術(shù)、吸附分離制氧技術(shù)使用。

二、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

（一）非焦煤通過特有的復(fù)合型粘結(jié)劑改質(zhì)，改質(zhì)后的非焦煤經(jīng)中低溫一體化熱解分質(zhì)裝置，低能耗低排放制焦炭、低溫煤焦油、煤氣，實(shí)現(xiàn)對(duì)任意煤種的高效清潔利用。

（二）褐（偽）煤或其他低階原煤，可配入一定比例低灰煤與復(fù)合型粘結(jié)劑后熱解分質(zhì)，生產(chǎn)低溫煤焦油、煤氣、機(jī)制炭（或清潔型碳、半焦）等產(chǎn)品，清潔型碳、半焦可替代民用散煤實(shí)現(xiàn)清潔利用；

（三）無煙煤、煙煤等通過復(fù)合型粘結(jié)劑改質(zhì)后進(jìn)行熱解分質(zhì)，生產(chǎn)低溫煤焦油、煤氣、冶金焦炭等高附加值產(chǎn)品，焦炭可用于鋼鐵行業(yè)、鐵合金、電石等行業(yè)；

（四）任意煤種分級(jí)分質(zhì)過程產(chǎn)生的煤氣及附屬物作為富氧燃燒綜合節(jié)能減排技術(shù)輔助物料，為燃煤鍋爐調(diào)峰、減排、節(jié)能、增效；熱解分質(zhì)過程產(chǎn)生煙氣通過電廠環(huán)保處理裝置處置；

（五）任意煤種分級(jí)分質(zhì)過程產(chǎn)生的煤氣，可進(jìn)一步利用分子吸附分離技術(shù)，分離煤氣中的甲烷等生產(chǎn)人工天然氣。焦炭可進(jìn)一步與蒸汽反應(yīng)制取氫氣、或天然氣、或碳?xì)漕惢衔?。低溫煤焦油可進(jìn)一步加氫制造汽油、柴油。

三、原理及工藝

（一）技術(shù)原理

煤炭分級(jí)分質(zhì)清潔應(yīng)用技術(shù)利用任意低階粉煤，配合特有復(fù)合型粘結(jié)劑成型后經(jīng)新型清潔炭水分離，送入立式外燃內(nèi)熱一體爐低溫?zé)o氧熱解提質(zhì)；經(jīng)過預(yù)熱、熱解、冷卻，生產(chǎn)清潔型碳（焦炭）、煤焦油、煤氣；

（二）低階煤熱解分質(zhì)油氣炭工藝流程

1.任意低階煤按比例配入復(fù)合型粘合劑，經(jīng)原煤改質(zhì)綜合系統(tǒng)改質(zhì)為具有結(jié)焦性的煤料，熱壓成型，并在新型清潔炭水分離裝置中充分烘型煤的水分，實(shí)現(xiàn)炭水分離，分離出的水為清潔的低溫蒸餾水，烘干水分后的型煤進(jìn)入立式外燃內(nèi)熱一體爐預(yù)熱、熱解，實(shí)現(xiàn)整體運(yùn)行過程無有害廢水排放。

2.型煤在一體爐內(nèi)低溫?zé)o氧熱解分質(zhì)油/氣/炭，分離后的清潔型碳（焦炭）向下蠕動(dòng)進(jìn)入干法熄焦冷卻段，實(shí)現(xiàn)冷卻過程無有害廢水產(chǎn)生。

3.冷卻后的清潔型碳（焦炭）經(jīng)出料口排出爐體，經(jīng)皮帶送至堆場(chǎng)；

4.低階煤分級(jí)分質(zhì)高效提質(zhì)過程中產(chǎn)生的荒煤氣利用焦油船循環(huán)水噴灑冷卻，實(shí)現(xiàn)煤氣、焦油液分離，分離出的煤氣一部分供系統(tǒng)燃燒自用，燃燒后的煙氣進(jìn)入電廠環(huán)保處理裝置，另一部分供鍋爐富氧燃燒使用，實(shí)現(xiàn)燃煤發(fā)電鍋爐節(jié)能、減排、增效，從而確保無廢氣排放；

5.分離下來的焦油在焦油船沉淀分離，在經(jīng)過焦油蒸餾提取高純度低溫煤焦油，焦油船長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行沉淀的焦油渣及含氨水，定時(shí)送入成型工段，最終進(jìn)入清潔型碳（焦炭），實(shí)現(xiàn)無固廢排放。

（三）鍋爐側(cè)富氧燃燒工藝

通過富氧燃燒綜合調(diào)峰節(jié)能減排技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)燃煤火電節(jié)能減排增效為目的，結(jié)合零排放的低階煤熱解分質(zhì)油氣炭技術(shù)，利用煤資源生產(chǎn)煤氣以及制氧技術(shù)生產(chǎn)氧氣輔助富氧燃燒的技術(shù)路線，實(shí)現(xiàn)燃煤火電機(jī)組節(jié)能、減排、增效。

1.在保證機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)、安全、穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，使電廠總體達(dá)到節(jié)能、減排、增效目標(biāo)；

2.有效控制爐膛出口、SCR 入口NOx 濃度，減少SCR 運(yùn)行成本；

3.應(yīng)用煤氣富氧燃燒使整體發(fā)電標(biāo)煤耗降低，降低發(fā)電成本，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；

4.提高機(jī)組深度調(diào)峰能力，實(shí)現(xiàn)機(jī)組≤30%額定負(fù)荷調(diào)峰，消納可再生能源；

5.實(shí)現(xiàn)鍋爐節(jié)油；

6.增強(qiáng)機(jī)組燃料靈活性，安全穩(wěn)定地使用劣質(zhì)煤，實(shí)現(xiàn)發(fā)電原煤多樣化，降低發(fā)電成本。

以富氧燃燒節(jié)能減排綜合技術(shù)為基礎(chǔ)，科學(xué)、高效地引入“煤干餾”與“制氧”技術(shù)等工業(yè)裝置，使用低熱值煤氣作為輔助燃料、利用空氣生產(chǎn)氧氣參與富氧燃燒節(jié)能減排，使氧氣與低熱值煤氣成為燃煤火電不可或缺的“生產(chǎn)資料”，能夠達(dá)到電廠環(huán)保、節(jié)能、增效的目的，為電廠增加巨大的經(jīng)濟(jì)收益，達(dá)到國(guó)家環(huán)保及相關(guān)政策要求，符合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展方針。

四、與傳統(tǒng)煉焦的區(qū)別

（一）根據(jù)傳統(tǒng)煉焦原理、工藝路線、環(huán)保性能及國(guó)標(biāo)行業(yè)定義；煉焦是指采用主焦煤等原料在煉焦?fàn)t的操作活動(dòng)，包括配煤、粉碎、搗固、裝料、在煉焦?fàn)t內(nèi)靜態(tài)煉焦（預(yù)熱、熱解）、推焦、熄焦、篩焦，生產(chǎn)焦炭、焦油、煤氣的煉焦操作。

煤炭分級(jí)分質(zhì)清潔利用技術(shù)是將任意原煤配入特有復(fù)合型粘結(jié)劑后熱壓成型、清潔炭水分離、在一體爐內(nèi)由上而下蠕動(dòng)分級(jí)分質(zhì)（預(yù)熱、熱解、冷卻），生產(chǎn)清潔型碳（焦炭）、焦油、煤氣的煤炭加工操作；

（二）從原料上煤炭分級(jí)分質(zhì)清潔利用不需要使用主焦煤、肥煤、氣煤等煉焦專用煤種；

（三）從設(shè)備上無煉焦?fàn)t；

（四）從工藝上無煤氣凈化、無水熄焦；

（五）從環(huán)保上不需要單獨(dú)建設(shè)煉焦行業(yè)環(huán)保處理裝置，即可實(shí)現(xiàn)無廢氣、無廢水、無粉塵、無固廢排放。

綜上，該技術(shù)耦合燃煤發(fā)電、富氧燃燒為一個(gè)整體，達(dá)到無廢氣、無廢水、無粉塵、無固廢排放，同時(shí)為燃煤發(fā)電節(jié)能、減排、增效。煤炭分級(jí)分質(zhì)清潔利用、燃煤發(fā)電、富氧燃燒是一個(gè)不可分割的整體。

富氧燃燒在發(fā)電側(cè)的靈活性調(diào)峰技術(shù)，使燃煤火電鍋爐達(dá)到30%額定負(fù)荷率及以下調(diào)峰，可充分消納可再生能源；燃煤發(fā)電富氧燃燒耦合煤炭分級(jí)分質(zhì)清潔應(yīng)用綜合生態(tài)鏈技術(shù)，突破了煤炭行業(yè)、電力行業(yè)、化工行業(yè)單一鏈條式發(fā)展格局，有效解決煤炭利用三高問題；煤炭高效熱解分級(jí)分質(zhì)制清潔能源富氧燃燒零碳排放發(fā)電技術(shù)，大規(guī)模生產(chǎn)水煤氣用于替代燃煤發(fā)電企業(yè)原煤燃燒，大幅度降低火力發(fā)電碳排放，結(jié)合純氧燃燒技術(shù)，實(shí)現(xiàn)燃煤火電零碳排放，達(dá)到提前實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”。有效緩解我國(guó)貧油、少氣的現(xiàn)狀，減少年原油、天然氣進(jìn)口量，為國(guó)家戰(zhàn)略物資提供儲(chǔ)備，深度符合國(guó)家環(huán)保及能源發(fā)展產(chǎn)業(yè)政策，為我國(guó)相應(yīng)能源領(lǐng)域的能源戰(zhàn)略安全保駕護(hù)航。開創(chuàng)了任意煤種中低溫成焦成炭的技術(shù)新途徑，是火力發(fā)電企業(yè)當(dāng)下首選的靈活性改造技術(shù)。