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研究所“十三五”重点突破方向之化石能的清洁高效利用方向概述(一)
发稿时间:2016-11-23         作者:李诗媛          来源:循环流化床实验室     【字号:

  一、化石能的清洁高效利用方向概述(循环流化床实验室) 

  煤炭是我国长期的主导能源和重要工业原料,正在向基础能源的战略地位发生转变,以清洁、高效、可持续发展为核心目标,通过科技创新,进一步提高煤炭清洁高效利用水平,有效缓解资源环境压力,势在必行。国家能源局《煤炭清洁高效利用行动计划(20152020年)》和科技部“十三五”《煤炭清洁高效利用重点研发计划》中均明确提出进一步提高煤炭清洁高效利用水平的要求。因此,开展支撑我国煤炭清洁高效利用的创新技术及系统解决方案的研发具有重要的战略意义。 

  循环流化床实验室开展的主要研究内容包括: 

  1. 循环流化床锅炉大型化研究与开发:大型循环流化床炉膛内气固流动、燃烧和换热均匀性研究;超超临界参数的炉型研究、热力分配、关键技术与系统集成技术研究开发。 

  2. 循环流化床节能环保锅炉技术:多种燃料的循环流化床锅炉优化技术开发和循环流化床NOx超低原始排放技术开发。 

  3. 循环流化床煤气化技术:常压循环流化床煤气化技术研发及系统集成,加压循环流化床煤气化技术开发。 

  4. 低阶煤循环流化床分级转化技术研发:面向煤炭资源高值化利用的循环流化床热解-燃烧耦合技术研发。 

  5. 煤粉的高效低排放燃烧技术:燃料预热高效清洁燃烧技术。 

  6. 高氧气浓度循环流化床富氧燃烧技术的研发。 

  7. 多相流动过程数值计算与实验测量:复杂气固流动过程多尺度数值计算分析;电容和微波双模态层析成像测量和复杂介电常数成像算法研究。 

  8. 燃烧化学及燃烧诊断技术:模型化合物及运输燃料热转化动力学研究;金属氧化物催化剂的可控合成和催化应用技术;原位光谱诊断技术研发。 

  二、“十三五”期间发展方向和工作设想 

  1. 超超临界循环流化床燃烧技术 

  大型化、高参数化始终是我国循环流化床锅炉技术的发展方向。 “十三五”期间,660MW超超临界循环流化床锅炉技术研发及工程示范被列入国家重点研发计划“煤炭清洁高效利用和新型节能技术”重点专项任务。循环流化床实验室将围绕“超超临界”参数,开展大型循环流化床炉膛内气固流动、燃烧换热、均匀性等研究,从炉型研究、热力分配、关键部件到系统集成,重点突破炉内超低排放等关键技术,完成350MW等级超临界循环流化床锅炉关键技术工程应用,形成660MW等级超超临界循环流化床锅炉关键技术。 

  2. 新型清洁燃烧技术 

      针对煤、生物质以及其他替代燃料,开展新型清洁燃烧技术研发。包括燃料预热高效清洁燃烧技术、高氧气浓度循环流化床富氧燃烧技术、循环流化床热解-燃烧耦合技术、循环流化床气化-燃烧耦合技术、高温熔融技术等。“十三五”期间,面向国民经济的重大需求,将重点完成超低挥发分燃料清洁燃烧关键技术研发和工程示范;完成20-60t/h高效煤粉工业锅炉的研制、工程示范及推广应用;完成预热燃烧器的研制和工程示范。重点研究气化残炭高温熔融关键技术,形成循环流化床煤气化与残炭燃烧系统耦合关键技术。 

  3. 低质/低阶煤大型气化关键技术、系统集成及工程示范 

  开发面向燃气、原料气等不同用途的常压、加压大型循环流化床煤制气技术。依托研究所合肥分所的平台优势,建设煤制清洁燃气技术研发中心,开展新型清洁高效煤气化技术研发,推进循环流化床常压富氧煤制燃气技术的工程示范和产业化。通过与企业共同研发的合作模式,开展循环流化床加压煤气化技术的研发与产业化应用,开发1.3MPa循环流化床加压煤气化核心技术包,完成千吨/日级低质/低阶煤气化技术工程示范。 

  4. 多相流计算与测量、燃烧化学及诊断技术 

  探索和开发适合不同尺度的复杂流动过程数值模拟方法,建立多模态层析成像测量模式,适用于气固、气液多相流动过程。开发相应的层析成像算法和传感器优化策略,开发先进的颗粒制备工艺,推进工业过程应用或示范。“十三五”期间,针对化石能源利用中关键中间产物原位测量和模型稀缺的问题,发展新的诊断技术,重点研究化石燃料及模型化合物的热转化动力学过程,构建详细动力学模型,得到燃料结构-燃烧当量-温度-压力的多维特性相图。开发具有自主知识产权的高效催化剂,形成催化燃烧关键技术。 

  三、近期工作进展和重要成果 

  2016年,循环流化床实验室牵头的国家重点研发计划“煤炭清洁高效利用和新型节能技术”重点专项项目“超超临界循环流化床锅炉技术研发与示范”课题二“660MW高效超超临界循环流化床炉内低排放技术研究获批,目前已开展了相关课题实施方案的分解工作。240t/d固体热载体粉煤低温热解中试装置累计运行时间超过4000小时,单次连续稳定运行时间达到362小时,通过了由中国石油和化学工业联合会组织的72小时满负荷运行现场标定,同时完成了关键设备性能测试、系统优化以及考核试验研究工作。煤粉预热燃烧技术研究进展顺利,已确定60t/h高效煤粉工业锅炉示范工程,26MW预热燃烧器的研制工作正在进行。与兰州兰石集团已确定合作关系,第一阶段循环流化床煤气化中试研究、工艺包开发及工业技术示范工作已开始实质性工作。新型清洁高效煤气化技术研发与产业化项目已落户合肥分所,公司筹备和研发工作已开始。 

 
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