1 我国化石能源利用现状
燃煤发电技术
新中国成立以来,在国家持续投入和支持下,燃煤发电技术取得了长足进步,燃煤发电技术和装备不断向高参数、大容量及低排放方向发展。目前,在超超临界燃煤发电技术、循环流化床燃烧技术、常规烟气污染物超低排放技术等方面,我国已达世界先进水平;煤电机组煤耗呈逐渐降低趋势,但由于机组调峰和利用时间降低等原因,煤耗下降幅度逐步放缓(表 1)。
表1 2010 — 2020 年我国 6000 千瓦及以上电厂发电 / 供电煤耗
清洁燃煤发电方面。经过 10 多年的发展,燃煤发电常规污染物排放得到有效控制。截至 2020 年底,我国共有煤电机组 4990 台、装机容量 10.8 亿千瓦,已有超过 9.5 亿千瓦煤电机组达到超低排放限值。我国已建成世界上最大的清洁燃煤发电体系,常规污染物已不再是制约燃煤发电的主要约束,目前正在向近零水平努力。
高效燃煤发电方面。过去的几十年里,煤电机组一直都在向高参数发展。先进超超临界发电技术是目前世界上的主要燃煤高效发电技术,其包括二次再热超超临界机组和超超临界循环流化床机组。“十五”以来,我国部署重点项目并持续支持超超临界发电技术研发与应用;“十三五”期间相继在安源、泰州、莱芜、蚌埠、宿迁、句容投产运行 6 个二次再热机组,蒸汽参数为 31 MPa/600℃/610℃/610℃ 和31 MPa/600℃/620℃/620℃ 2 种类型,并开工建设贵州威赫和陕西彬长 2 台超超临界 660 MW 循环流化床燃煤发电机组。2020 年,超超临界机组占全国现役煤电机组总装机容量的 26%,其中在役 1000 MW 等级超超临界机组共 137 台,整体供电煤耗平均值为 283.59 g/kWh。目前,我国已积累了超超临界发电机组设计、制造和运行等方面的丰富经验,相关技术实现了跨越式发展:整体上与国际先进水平同步,部分机组的供电煤耗和发电效率等技术指标实现世界领先,发展速度、装机容量和机组数量稳居世界首位。
工业过程燃烧技术
工业领域煤炭燃烧利用形式以燃煤工业锅炉和工业窑炉为主。
燃煤工业锅炉。我国在役燃煤工业锅炉近 50 万台,约占全国煤炭消费总量的 20%。目前,我国燃煤工业锅炉以链条炉排为主,实际运行燃烧效率、锅炉热效率低于国际先进水平 15% 左右。近年来,循环流化床锅炉技术也得到了很好的应用,形成 35 t/h、65 t/h、75 t/h、130 t/h、240 t/h 的蒸汽锅炉系列;另外,还有部分煤粉工业锅炉在市场上得到推广应用。较链条炉而言,循环流化床和煤粉工业锅炉热效率有很大提升,已接近 90%,氮氧化物(NOx)原始排放水平也有较大程度降低。但由于燃煤工业锅炉保有量大,目前依然存在整体能耗高、污染重的问题。