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毛健雄:煤电可以做到气电排放水平
2014.09.24日
 

  中国电力报 中电新闻网记者 彭源长 马建胜

  毛健雄 清华大学热能工程系教授曾任清华大学热能工程系副主任长期从事热能工程和清洁煤燃烧发电技术等方面的教学 .科研和国际交流工作至今已有50多..他于1993.被聘为英方煤炭科学研究院顾问1995.被英方DeMontfort大学授予荣誉技术博士学位称号1999.被选为英方能源学会高级会员.他所从事的主要教学和科研工作包括:燃烧理论和燃烧设备 .锅炉设计和洁净煤技术 .清洁煤燃烧发电技术 .超临界和超超临界燃煤发电技术以及燃煤电站2氧化碳捕获和封存技术等.

  “煤电可以做到气电的排放水平”

  中国电力报:您认为雾霾形成的原因是什么?

  毛健雄:现于全国很多区域产生的大范围雾霾天气不能完全归罪于煤煤只是其中的1部分.煤到底于1个地区的大气污染中占有多大比例要看这个地区的具体情况.雾霾中PM2.5形成的原因很复杂主要不是燃煤排放的粉尘另外还有硫氧化物 .氮氧化物和酸性气体等其他化石燃料燃烧的排放物其中氮氧化物可能起着更大的作用.这些污染物于大气中混合产生氧化反应和光化学反应2次产生气溶胶这种非常微小的颗粒物.而氮氧化物和硫氧化物产生的源头大部分是化石燃料的燃烧和汽车尾气的排放可能汽车尾气的排放是更主要的.

  还有1点因为现于火电厂烟气脱硝主要采用向烟气中喷氨并通过催化来与氮氧化物反应而脱除而这个过程中有1部分没有反应的氨气会随着烟气排放到大气中通过光化学反应产生气溶胶.同时氨水的运输 .储存和气化过程中也会有1部分泄露.

  中国电力报:出于环境治理特别是雾霾治理的考虑现于我国能源结构调整的力度于加大您如何看待煤炭的前景?

  毛健雄:中国的能源资源中煤炭占主体地位.我认为于未来几10.内煤炭的主体地位难以改变.我们已经是世界第1大能源消费国电力总装机容量也是世界第11次能源消费里面煤炭占70%以上发电量中火电发电量占70%以上.所以能源结构改变起来很难因为总量基数太大煤炭消费的好的量太大.我认为到2050.中国的火电发电量占全部发电量的比重能降到50%以下就不错了.

  长远来看煤炭也是世界主要能源.

  从储量来看天然气和石油的储量比起煤炭差得很远.我认为未来4510.内煤仍是中国第1位的能源.

  中国电力报:您是研究煤炭燃烧的您认为煤炭如何来清洁利用?

  毛健雄:从发电来说现于的环保技术已经可以把煤电做到接近燃气发电的排放水平把烟尘降到每立方米5毫克以下 .氮氧化物降到每立方米50毫克以下都没有问题.目前上海外高桥3厂(以下简称“外3”)的烟9欧抛龅搅11毫克/立方米2氧化硫25毫克/立方米和氮氧化物25毫克/立方米其实外3还可以做到更低的排放.

  现于火电厂除尘技术中有1种湿法电除尘器减排的效果很好可以达到5毫克/立方米的排放达到了燃气的排放水平而且对减少PM2.5的排放也会有1定的作用现于很多火电厂于电除尘器改造时于考虑采用这种技术.如果要使煤电达到气电的排放标准选择湿法电除尘技术可能是重要方向.如果从长远考虑煤电的粉9欧疟曜伎隙ɑ挂更加严格向气电看齐例如达到5~10毫克/立方米这样对湿法电除尘技术就应该加以重视积累经验降低成本加以推广.

  “‘外3’的高低位布置技术是1个重大创新”

  中国电力报:既然煤炭燃烧可以做到跟天然气1样清洁那我们现于还有必要大量进口天然气和发展煤制气吗?

  毛健雄:现于美方的页岩气已经于大规模的生产并且比较便宜美方的方向也很明显就是用大量的燃气发电来取代燃煤发电但现于美方的煤电发电量还是第1美方要把所有的煤电都搞掉那是不可能的.从全世界来看煤电仍是主力电源煤电发电量占所有发电量的40%以上.澳大利亚90%是煤电中国是70%美方是40%.

  中国要压煤上气但是不可能把将近9亿千瓦的煤电替代掉毕竟我们受到天然气资源的限制而现于燃气发电只有4000万千瓦的规模.换1种思路如果燃煤电厂能够做到和天然气电厂的排放1样清洁我们为什么不可以于沿海大城市多搞1些像外3这样的燃煤电厂它的效率 .排放跟燃气电厂至少是1样的而且能源成本低多了.

  我并不是反对上天然气发电机组而是认为节能减排还是要抓煤本身用天然气是解决不了问题的.

  当然天然气也有优势就是天然气发电可以联合循环能源利用效率可以达到60%这是煤炭比不了的.因此如果中国有大量天然气就可以用来建天然气联合循环电厂如果天然气的价格跟煤1样肯定没人去建燃煤电厂.但是现实是我们没有那么多天然气而且天然气又很贵所以只能选择煤炭.

  外3的总经理冯伟忠进行了1系列的技术创新使外3的供电煤耗降低到276克/千瓦时达到了好的的水平.

  他还有1个新的方案叫做“高低位分轴布置的汽轮发电机组技术”运用这项技术可以利用现有的材料 .设备和技术平台使单位造价于与目前超超临界机组相当的前提下机组效率再相对提高约5%使供电效率达到48.9%并使烟9欧糯锏5毫克/立方米 .2氧化硫15毫克/立方米 .氮氧化物20毫克/立方米.2011.该技术通过了国内外博士的评审认为“采用典型的并已有使用业绩的高 .中 .低压缸模块进行适当的调整 .组成的135万千瓦2次再热双轴机组使用现有的高温材料可达到目前世界上超超临界机组发电效率的领先水平技术方案先进 .可行”.

  中国电力报:提高火电厂的效率很难吗?冯伟忠的技术有哪些先进的地方?

  毛健雄:火电行业有1句话叫“10.磨1克”如果真正想通过改造把机组效率大幅度地提高是非常困难的.

  为了把火电效率进1步大幅度提高现于世界上欧盟 .美方 .日本和中国均于开发700摄氏度等级的超超临界发电技 术这个技术的关键是研发能够于700摄氏度高温下长期安全运行的高温镍基金属材料但它的价格是现于600摄氏度材料的10倍以上电厂需要几根近百米长的这种主蒸汽和高温再热蒸汽管道单就这几根管子的成本就会占整个电厂投资的25%.

  于未来的几10.内中国都将会是“以煤为主”将来2次再热的700摄氏度超超临界机组的应用主战场还是于中国因为欧洲 .美方等发达国家对燃煤火电的需求已经很小了.运用700摄氏度超超临界技术可以将火电净效率从48.9%进1步提高到52%(供电煤耗236克/千瓦时).欧盟从1998.就开始启动700摄氏度超超临界发电技术的研发预计其示范厂的投运的时间将是于2020.以后中国的700摄氏度超超临界示范厂也可能于2020.后建成.1旦700摄氏度超超临界技术的示范取得成功其于市场上推广的瓶颈就是如何好的限度地缩短必须采用昂贵的镍基合金的主蒸汽和高温再热蒸汽管道的长度.

 `冯伟忠的高低位布置是1个重大的创新.他的思路是把汽轮发电机组的高   温高压缸直接布置到锅炉的出口从而大大缩短了需采用昂贵的700摄氏度耐高温材料管道的长度为此他解决了由此产生的1系列技术问题如高温高压管道最短化后热膨胀的吸收和热应力的消除等.

  此时汽轮发电机组的低压缸还是布置于原来的低位位置采用常规的普通材料管道.这就是用600摄氏度的高温材料去实现700摄氏度的超超临界机组的效率.因为外3汽轮机是西门子的技术锅炉是阿尔斯通的所以冯伟忠把他的方案交给这两家做了评估 .论证两家都给予高度评价.西门子火力发电集团产品业务部的博士认为“本技术能大大提高火力发电机组的净效率是改革高污染发电行业成为低排放绿色产业的唯1机遇”.

 [菸宜知该项目的初步可行性研究也已于2013.12.审查完毕目前已完全具备条件于外3厂扩建端的现有场地上开展示范性项目建设.遗憾的是冯伟忠的方案已经提出来5.了本来大家希望于“1025”期间可以看到1台这种世界上效率好的 .排放最低的燃煤示范机组但是因为上海燃煤火电项目限批的原因现于还于等待.

  “提高效率是降低碳排放的根本”

  中国电力报:既然有这么好的高效率低排放的煤电技术为什么没有推广开来?

  毛健雄:实际上冯伟忠的1系列创新技术现于正于逐渐推广我觉得对1个新的创新事物要有1个认识的过程据我了解现于越来越多的的电力公司正于和冯伟忠和外3合作例如华润电力和神华集团就已经和外3签订了技术合作的协议.1系列合作项目正于进行之中.

  中国电力报:为什么最先进的煤电技术出现于外3?

  毛健雄:冯伟忠这个人也算是个奇人他初中都没毕业从电厂当学徒工出身全部是自学数理化和各种专业理论包括英文他于国际会议上可以用英文发言所以他不仅具有燃煤火电厂机 .炉 .电的整个系统的全面经验而且有深厚的理论基.他的每1个创新都以理论为指导但又不墨守成规而是敢于和善于逆向思维或叫创新思维想人之不敢想.他深知于火电厂不能只靠大胆凡事必须非常科学 .有根据 .有把握.他的每1个技术创新都亲自做计算机模拟模拟的计算机软件都是他自己设计的因此他..创新个个成功.外3的厂用电率只有2%这是不得了的他搞了1个集中调频的创新不是1个马达用1个调频器而是用与主汽轮机抽汽驱动1个调频汽轮发电机组来对全厂的马达进行集中调频又多发了电又节4.冯伟忠的成功还于于他的10分刻苦和付出我到过外3厂多次厂里的同志告诉我他是全厂早上第1个到厂晚上最后1个离厂的人他从来没有星期天和节假日.他是厂长兼党委书记白天他要对全厂的高效安全和低排放的运行进行指挥 .领导和管理他的创新工作全是于晚上下班后和节假日进行的.当然冯伟忠的创新能够把外3变成1个安全 .高效和低排放的先进燃煤火电厂还因为他有1个非:玫耐哦雍1个理解和支持他的上海申能公司的领导.

  中国电力报:未来碳排放将是煤电无法回避的问题您认为从技术创新的角度如何解决这个问题?

  毛健雄:解决2氧化碳问题第1步应该是好的限度地提高煤电的效率这样就把煤电排放的2氧化碳降到最低.

  第2步才是2氧化碳捕集和封存技术也就是CCS但是这个技术是1个高成本和高能耗的技术.就拿效率来说火电厂如果采用CCS系统就会把现有效率吃掉10%所以有1句玩笑话--“辛辛苦苦50.1下回到解放前”就是煤电效率从30%提高到40%用了50.CCS1上马50.白搞了.同时由于中国煤电的体量又很大于中国大规模采用CCS来减排2氧化碳的前景以及如何采用现于还很难说.

  现于联合国对全球2氧化碳排放的控制目标是不使全球平均气温上升超过2摄氏度中国现于已经是世界上好的的2氧化碳排放国不管怎么说2氧化碳排放控制是中国煤电将来面临的1个巨大挑战.

  即使将来必须采用CCS技术那么基础也应该是高效的煤电.如果本来效率就很低再使用CCS就很难搞下去.所以从这个角度来讲当日好的限度地提高火电厂的效率不仅是为了当日的节能减排也是为了将来减排2氧化碳打基础.所以今后中国的火电厂除了少数的热电联产之外必须走冯伟忠的道路当然随着技术的进步CCS本身的能耗也会降低.

        如果现于全国火电效率都提高到外3现有的水平甚至于到高低位布置的水平则煤电每度电产生的2氧化碳会降低20~35%效率越高每度电产生的2氧化碳越少.现于美方的环保标准已经有了2氧化碳的排放限制要求欧洲则早就有了将来若干.内如果中国也有这方面的要求中国的火电效率将迎来1个大幅提高的过程因为环境政策标准是驱动1切环保技术发展的动力.

  

 
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