一三五专栏
十三五规划重点发展方向
中科院重大科研任务
国家973计划课题
所长基金
规划实施动态
科技布局与战略重点
创新2020发展规划总体战略
科研机构
国家能源风电叶片研发(实验)中心
能源动力研究中心
轻型动力实验室
循环流化床实验室
分布式供能与可再生能源实验室
储能研发中心
传热传质研究中心
先进燃气轮机实验室
无人飞行器实验室(筹)
新技术实验室(筹)
 
您当前所在位置:首页>活动专题>一三五专栏>十三五规划重点发展方向
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(二)
发稿时间:2016-12-29         作者:赵丽凤          来源:能源动力研究中心     【字号:

  一、 化石能的清洁高效利用方向简介(能源动力研究中心) 

  我国电力、热力、蒸汽、工业燃料等能源需求主要依赖于煤炭,煤炭的利用尤其是直接燃烧造成了严重的大气污染问题,迫切需要研究高效、清洁的煤炭转化利用方案。整体煤气化联合循环(Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC)技术是集成煤气化和燃气轮机联合循环的一种先进煤电技术。IGCC技术能源转化效率高,目前,20万千瓦等级IGCC电站的效率与100万千瓦超超临界发电相当(供电效率约43%),未来采用J级燃气轮机和先进气化的IGCC电站供电效率可达到50%;污染物排放低,二氧化硫等污染物排放仅为直接燃煤发电的1/10耗水低,比直接燃煤发电节水40-50%而且在洁净煤技术中捕集二氧化碳代价最小。 

  煤气化联产实现了物质能量的梯级利用,既可以大幅度的减少污染物排放,又能显著提高系统能量利用效率和运行可靠性。开展新型煤气化联合循环/联产关键技术研发与示范,对推进我国煤炭清洁高效利用、节能减排具有重大意义。我国的天然气利用方向日趋合理,但天然气发电和热电联产需要进一步提高效率,实现天然气燃气轮机发电装备的自主研发和应用。能源动力研究中心的主要研究内容包括:新型IGCC联产系统,新型热力循环,粉煤加压密相输运床气化技术,燃气轮机低排放燃烧室技术,燃煤锅炉低NOx燃烧技术,湿烟气深度水、热回收利用和净化技术,高效低碳燃气轮机试验装置。 

  二、“十三五”期间的发展方向和工作设想 

  1. 新型IGCC/联产系统 

  煤气化联合循环/联产将以煤为原料的煤制气、材料、燃料、电力、热力集成,实现物质能量的深度集成和煤炭的梯级综合利用,大幅提高系统整体的能量转化效率。 

  十三五期间,中心将重点研发新型煤气化系统技术、新型内在碳捕集气化技术、煤气化联合循环/联产中低热值燃料低污染燃气轮机技术及成套技术和煤气化联合循环/联产系统集成。形成具有自主知识产权的新型煤气化联合循环/联产系统、核心技术和装备。新型联产系统比分产系统降低煤耗10%以上(同样的产品条件);新型近零排放煤气化联合循环碳捕集率大于90%,发电效率比常规燃烧前碳捕集IGCC提高6个百分点以上。 

  2. 新型热力循环 

  现有大规模商业发电采用的天然气燃气轮机循环一直以提升循环最高温度为提高发电效率的手段。目前,最先进的燃气轮机透平进口温度达1600℃,对应的简单循环及联合循环效率分别达41%61%1700℃的燃气轮机还在研发中,但受到材料和冷却设计以及低污染燃烧越来越困难的约束,如何进一步使联合循环效率提升到65%并实现低排放和近零排放是未来需要突破的重点。 

  “十三五”期间,高效清洁燃气轮机新型循环主要研究先进湿燃气轮机循环、烟气再循环、先进布雷登燃气轮机循环、高温燃料电池-燃气轮机混合循环等。高效近零排放燃气轮机循环主要研究氢燃气轮机循环、CO2燃气轮机循环、超临界CO2燃气轮机循环等。 

  3. 粉煤加压密相输运床气化 

  粉煤加压密相输运床气化技术基于密相悬浮上升流流态,采用高固体通量和浓度操作条件,强化炉内传热传质和反应,在相对温和的气化条件下实现较高的气化效率,具有煤种适应性好、气化效率高、投资和运行维护成本低、气化方式灵活等优势,是我国发展煤炭清洁高效利用的重要技术选择之一。 

   十三五期间,中心将开展与千吨级工业装置匹配的核心关键技术开发与放大,主要包括示范工程煤种中试试验及操作优化,高温高压下B类物料的稳定循环与控制技术、灰渣连续排放技术、高效气固分离技术、煤气余热锅炉工程放大研究,提高碳转化率的气化炉结构优化和适用于输运床气化炉的壁温测量与安全系统技术;在此基础上完成千吨级工业示范装置的PDP开发、装置研制、工程建设、调试开车与性能考核,形成适合我国三高煤和低阶煤、气化效率高、投资和运行维护成本低、气化方式灵活的加压密相输运床气化技术,为我国三高煤和低阶煤的清洁高效分级分质利用提供技术选择。 

  4. 燃气轮机低排放燃烧室技术 

  燃气轮机燃烧室是燃气轮机的三大部件之一,属于最难的热端部件。燃气轮机最近几十年的发展几乎都是在燃烧室低排放的引领下进行的,随着燃气轮机效率不断的提高,燃烧室出口温度随之提高,若不采用新技术,NOx排放将无法满足排放要求,如何在燃烧室出口温度不断提高的情况下,保持NOx排放不变甚至降低是燃气轮机低排放燃烧室技术的核心。 

  “十三五”期间,中心将针对不同的燃料、温度等级和应用场合研发三种燃气轮机低排放燃烧室技术,分别为稀释扩散燃烧技术、贫预混燃烧技术和柔和燃烧技术。其中针对F级参数,合成气燃烧室采用稀释扩散燃烧技术,天然气燃烧室采用贫预混燃烧技术;G/H级或更高级别参数的燃烧室采用柔和燃烧技术,同时兼顾燃料灵活。 

  5. 燃煤锅炉低NOx燃烧技术 

  利用柔和燃烧原理,强化煤粉分级燃烧的稳定性、降低NOx排放,从而通过燃烧方式实现炉内超低NOx排放。 

  十三五期间,中心将开展煤粉高温低氧气氛下的燃烧特性、NOx生成特性、燃烧器设计、煤粉柔和燃烧系统研发,开发适应于不同煤种的煤粉柔和燃烧装置和系统关键技术,并在示范工程中试验示范运行,NOx < 50mg/m3,燃烧效率 > 99%  

  6. 湿烟气深度水、热回收利用和净化技术 

  化石燃料燃烧尾部烟气携带大量水蒸气,造成大量热量浪费和白雾视觉污染。由于潜热品位低,常规方法难以实现深度水热回收利用。 

  “十三五”期间,中心将研发开式热泵技术深度回收利用化石燃料燃烧烟气低温潜热和水,消除白雾视觉污染,并实现PM2.5NOx的协同减排,完成MW级系统试验验证。 

  7. 高效低碳燃气轮机试验装置 

  围绕化石燃料高效转化和洁净利用中的气体动力学、燃烧科学和传热传质问题,为实现高压比、高透平温度、高效和近零排放等目标,中心将建设总体技术水平和研究支撑能力位居世界前列的高效低碳燃气轮机试验装置,主要包括:压气机试验平台、燃烧室试验平台、透平试验平台、基础研究实验平台、燃料与工质系统、精细和高精度测试系统、测控系统及公用工程。具备全温、全压、全尺寸全流量工程模化、先进循环和精细及高精度测试研究条件,形成高效和近零排放燃气轮机重大科学问题、关键技术、部件及系统特性的研究手段和工具,成为国内、国际多用户的开放共享平台,为我国高效低碳燃气轮机科技自主创新、研制FHX级、IGCC燃气轮机产品和滚动发展提供国际领先的研究条件,为化石能源持续和低碳发展提供基础支撑。 

  “十三五”期间,中心将聚合全国优势力量,开展项目建议书、预可研,可研,初步设计、详细设计和施工建设等工作。边建设边运行,在建设的同时,尽可能为“两机”专项、燃机制造厂、燃机用户等提供燃烧室等部件试验。 

  三、近期工作进展和重要成果 

  2016年,国家发改委委托中国国际咨询公司组织专家对国家重大科技基础设施“高效低碳燃气轮机试验装置”建设项目进行集中答辩评审,中心与江苏省合作的前期基础和建议方案得到专家普遍认可,根据国家发改委确定的专家打分机制,排名第一。1129日,国家发改委高技术产业司在北京宣布了评分结果,研究所联合申报团队以排名第一胜出,并由我所牵头组织立项建议书。 

  输运床气化方面,完成了5TPD级加压热态装置试验,获得了两个典型煤种的气化试验结果。24TPD级中试装置完成调试,完成烘炉和关键单元/设备的加压热态运行,开展了加压热态气固流动试验,开展了投煤燃烧和气化,打通流程、产出煤气,为后续试验研究、优化指标做好了准备。 

  燃气轮机燃烧室方面,完成了预混燃烧室和柔和燃烧室的全尺寸试验件的设计加工,正在开展全尺寸燃烧室试验研究工作。 

  获得国家国际科技合作专项“碳捕集、封存、利用示范及新一代技术研发”中美合作项目任务支持,开展新型IGCC/联产系统中内在碳捕集气化技术研究。正在牵头申请国家重点研发计划“煤炭清洁高效利用和新型节能技术”重点专项项目“钙循环内在碳捕集煤气化发电技术基础研究”。获得国家国际科技合作专项“能源与水纽带关系及高效绿色利用关键技术”中美合作项目支持,开展新型IGCC系统和湿烟气深度水、热回收利用技术研究,已建成关键部件研究实验台、开式热泵实验台、降膜吸收机理研究实验台、颗粒物脱除与潜热回收联合过程研究实验台,正在进行450Nm3/h烟气处理量的研究。 

 
评论
相关文章