《洁净煤技术》“煤炭与可再生能源耦合发电”虚拟专题

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《洁净煤技术》“煤炭与可再生能源耦合发电”虚拟专题

来源：洁净煤技术

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行业视野: 洁净煤技术
类别; 177个
关键词; 184位
专家; 44篇
论文; 26719IP
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火电与风光储耦合规划设计

作者(Author)：程瑜, 邵振州, 张金波, 高培鑫, 刘树昌, 魏忠平

摘要：结合我国煤资源丰富、火电输出稳定的优势以及清洁能源快速发展的趋势，建设多能互补的集成化能源基地是国家进行能源结构调整和能源体系建设的重要方式。陇东能源基地拥有丰富的煤炭、石油、风、光资源，具备建设风光火储一体化综合能源基地的条件。以当地能源资源和地理条件为基础，规划设计了千万千瓦级风光火储一体化能源系统，其中风电、光伏和清洁火电规划容量分别为450万、150万和400万kW。为增强电网友好性，综合能源基地配置了30 MW/15 MWh储能系统进行AGC调频和150 MW/300 MWh储能系统以平抑光伏发电的波动性。为进一步分析综合能源基地规划的合理性，对发电系统进行了生产模拟。结果表明，火电调峰方案可以满足较高可靠性、较低主网依赖性以及高比例新能源占比的目标，配置储能调峰方案可以进一步提高直流可用率，增加了新能源综合利用率。因此，本基地设计实现了多能互补、统一调度、电源侧灵活调节以及源网荷统筹协调发展。

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洁净煤技术

2022年第11期

494

317
煤与可再生能源深度耦合的典型零碳综合能源系统构建

作者(Author)：林光平, 刘兆川, 聂立, 李维成

摘要：煤与可再生能源及绿氢耦合，构建煤基零碳/低碳综合能源中心，可显著提高新型电力系统的稳定性和调节的灵活性，且可显著降低发电的碳排放，同时生产低碳替代燃料，以供下游工业领域的深度脱碳，或跨季节储能。基于此构建IGCC联产甲醇耦合光伏制氢、IGCC联产合成氨耦合光伏制氢、富氧燃烧耦合光伏制氢及CO2加氢制甲醇等典型系统。以典型容量进行了各单元基本的质量能量平衡匹配，及适应可再生能源波动性的白天/夜间不同运行模式分析，并进行各单元技术现状分析，认为这些系统具备基本的技术可行性。投煤量2 000 t/d等级的IGCC与420 MW光伏、8.4万m3/h电解水制氢、2 500 t/d等级甲醇合成构成的耦合系统，可实现上网电负荷在0～557 MW调节，甲醇产量在750～2 500 t/d调节。投煤量2 000 t/d等级的IGCC与435 MW光伏、8.7万m3/h电解水制氢、2 000 t/d等级合成氨构成的耦合系统，可实现上网电负荷在0～605 MW调节，合成氨产量在600～2 000 t/d调节。200 MWe煤富氧燃烧发电系统与8万m3/h CO2捕集、3 600 MW光伏、72万m3/h电解水制氢、2 743 t/d甲醇合成（CO2加氢制甲醇）构成的耦合系统，可以实现上网电功率在60～3 660 MW调节，甲醇产量在823～2 743 t/d调节。在这些系统中，煤的转化利用过程是系统稳定可靠运行及灵活调节的基础，可大幅消纳可再生能源的波动。煤与可再生能源二者耦合，实现了各自单独运行时难以同时实现的低碳与稳定的双重目标。同时绿氢副产O2的有效利用可有效降低传统IGCC及富氧燃烧的成本。煤与可再生能源及绿氢耦合的煤基零碳/低碳综合能源中心具有很好的发展前景，将在我国碳达峰、碳中和战略目标的实现过程中发挥重要作用。适应可再生能源波动性的PEM电解水制氢技术、H2大规模低成本储存技术、CO2加氢制甲醇技术、燃气轮机燃用H2技术等还有待进一步大型化并大幅降低成本，以促进煤基零碳综合能源中心在未来的大规模应用。

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洁净煤技术

2022年第11期

553

394
燃煤机组掺烧市政生活污泥现场试验

作者(Author)：李德波, 阙正斌, 苗建杰, 陈拓, 陈智豪, 陈兆立, 冯永新

摘要：焚烧处理是我国生活污泥主要处置方式，燃煤与污泥掺混燃烧是研究热点之一，但在小规模燃煤机组研究和应用较少，基于国内某电厂210 MW四角切圆燃煤机组，对8个工况分别开展掺烧生活污泥的现场试验。结果表明，随污泥掺烧比例增加，燃料水分、灰分和硫分含量逐渐增加，热值逐渐降低。对于固体产物，由于污泥中重金属含量高于燃煤，在掺混污泥燃烧后，飞灰、炉渣和脱硫石膏的重金属含量增加，存在二次污染风险。常规烟气污染物NOx、SO2和粉尘排放受掺烧污泥影响较小，现有烟气净化工艺可满足燃煤烟气的超低排放要求；掺烧污泥后重金属及其化合物等污染物浓度上升，最高提升了约3.6倍，满负荷工况下掺烧10%污泥时，二噁英平均质量浓度为0.021 ng/m3（以毒性当量浓度TEQ计），但仍满足相关排放要求；掺烧10%生活污泥时，炉膛平均温度仅下降15 ℃，热效率降幅低于0.5%，影响并不显著。

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2022年第10期

651

320
燃煤电站锅炉掺氨燃烧与排放特性综述

作者(Author)：汪鑫, 陈钧, 范卫东

摘要：近年来，氨作为一种无碳、富氢的燃料，多被用作内燃机、燃气轮机和其他工业用途的无碳燃料。为了降低燃煤电厂CO2排放，燃煤掺氨燃烧受到广泛关注。介绍了现有燃煤电厂锅炉碳减排的途径，论述了氨煤掺烧研究的最新进展，分析了燃煤掺氨燃烧过程中可能存在的问题，揭示了燃煤掺氨燃烧特性与污染物排放规律。针对氨在燃煤锅炉中的燃烧特性与燃煤掺氨燃烧过程中高NOx排放特性，在一台燃烧炉中实现了0～100%掺氨比例的燃煤掺氨燃烧试验，并将空气分级燃烧技术应用于燃煤掺氨燃烧，通过试验进一步研究了不同掺氨比例和分级工况（温度、掺氨位置）对燃煤掺氨燃烧产物的影响。燃煤锅炉提供的高水平预热条件及炉内高温热环境均有利于强化氨气燃烧，氨燃烧特性差不会成为制约其在燃煤锅炉掺烧的主要因素。通过调整燃煤混氨方式、优化空气分级燃烧工况可大幅降低NOx排放浓度。延后燃尽风的通入位置，可延长还原区长度，有利于还原区NH3与NO选择性非催化还原反应和煤热解产物（挥发分和焦炭）与NO异相和同相还原反应的进行，有效降低尾气NO浓度。根据试验煤种，空气分级燃烧工况下，燃尽风中、高位布置且燃尽风占总风量30%以上，燃煤掺氨比例控制在20%～30%（按热值）时，燃烧炉尾部烟气中NOx排放浓度可控制在与煤空气分级燃烧相当的水平。空气分级燃烧工况下，随掺氨比例的提高，燃煤掺氨燃烧还原区H2S峰值浓度呈下降趋势，可能缓解水冷壁管的腐蚀；燃煤掺氨燃烧还会大幅促进还原区CO2/H2O和煤焦气化反应进行，造成大量CO生成。燃煤掺氨燃烧技术是燃煤电厂实现低碳和低氮排放极具应用前景的技术发展方向。

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2022年第08期

907

399
碳中和目标下发电领域低碳转型路径

作者(Author)：胡道成, 张帅, 韩涛, 郑旭帆, 顾永正, 徐冬

摘要：“碳达峰、碳中和”目标为我国发电领域低碳转型科技创新指明了方向和路径，在全球能源电力行业创新发展的背景下，发电领域向低碳化、清洁化、智能化、电气化、市场化、国际化发展成为必然趋势。分析了我国发电领域在煤炭清洁高效发电、可再生能源发电、核能、先进储能、氢能等方向的低碳转型科技创新现状、存在问题以及未来技术发展路径。为适应以新能源为主的新型电力系统，我国煤电机组正由传统主体电源逐步向基础电源转变，但国内大部分机组按照基本负荷设计，负荷调节范围、变负荷速率等关键指标与国外差距较大，且存在老机组效率低、碳排放高等问题，未来还需加大灵活智能发电、超高参数燃煤发电、新型高效燃煤发电、碳捕集利用和封存（CCUS）技术的攻关；我国水电技术已实现全面提升，形成了全产业链的整合能力，还需在高水头大容量和超低水头发电机组、安全高效运行和智慧电站关键技术方面发力；我国风电技术从风机设计制造、风电场开发运维、设备检测认证到标准体系建设等方面进行了全面研究部署并取得突破，还需向大型化、轻量化、低成本风力发电方向攻关，推动新一代信息技术应用，提高关键部件国产化率；光伏发电技术基本与世界同步，高效、低成本是技术主攻方向，光热发电技术在系统设计、集成运行等方面与国外差距明显，还需开发大容量、高参数、长时间储热、低成本的光热发电技术；地热发电和海洋能发电处于基础研究或技术研发和验证阶段，仍需加大技术研发和工程示范；我国已拥有完整的核燃料循环和核工业体系，核电技术走在世界前列，但在基础技术、工艺、材料、软件等方面卡脖子问题仍存在，还需在先进核能系统、核能综合利用方面加强研究，坚持走闭式核燃料循环技术路线，持续改进核能利用安全性；当前我国储能正向“规模化发展”迈进，但储能产业距离整体健康发展仍有差距，储能技术仍需向安全性、长寿命、低成本、规模化方向发展；氢能已形成完整产业链，但氢气主要来自灰氢，未来发展与大规模光伏发电或风力发电配套的电解水制绿氢技术将成为重点。

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洁净煤技术

2022年第07期

696

341
煤粉炉掺烧生物质发电技术研究进展

作者(Author)：周义, 张守玉, 郎森, 刘思梦, 杨济凡, 马达夫, 胡南, 吴玉新

摘要：面对碳达峰、碳中和的减排压力，生物质由于其来源广泛、储量丰富、排放清洁低碳等优点而备受关注。生物质种类繁多，包括农业秸秆、林业废弃物、禽畜粪便、生活垃圾及废弃油脂，燃煤电站掺烧生物质可有效降低CO2排放量，增强锅炉侧燃料灵活性。介绍了生物质燃料特点，概述了其与煤混燃的燃烧特性、结渣特性以及污染物排放特性。对煤粉锅炉掺烧生物质的技术路线及其改造成本进行总结与比较，最后讨论了煤粉炉掺烧生物质的技术壁垒及解决方案。农林类生物质挥发分较高，反应活性较好，掺烧该生物质可改善燃料燃烧性能，增加炉内燃烧稳定性。但该类生物质中碱金属含量高，掺烧时易结渣，灰熔融温度及燃料中碱金属含量是预测锅炉结渣的重要指标。农林类生物质硫含量、氮含量、灰分及重金属含量均较低，掺烧可减少SOx、NOx、烟尘及重金属等污染物排放。污泥类生物质水分高、重金属含量高、热值低，燃烧特性不如煤，掺烧污泥易对锅炉燃烧及污染物排放产生不利影响，但质量比10%以下的污泥直接掺烧对机组影响不大。禽畜粪便、生活垃圾及废弃油脂气化后的生物质气用于煤粉炉掺烧可起到稳燃作用，减少锅炉SOx、NOx、烟尘及重金属等污染物排放。生物质与煤耦合发电技术中直接耦合方案较适合农林类生物质掺烧，间接耦合适用于禽畜粪便、生活垃圾及废弃油脂的掺烧，而污泥宜干化后掺烧。生物质经压缩成型后的成型燃料抗压强度及能量密度有较大提升，该技术可一定程度解决生物质储藏及运输等供应链问题；燃料预处理及抗结渣添加剂可降低燃料碱金属含量，提高灰熔融温度，降低锅炉结渣风险；烘焙处理可提高生物质可磨性，增加生物质掺烧比例，提高锅炉制粉系统对掺烧生物质的适应性；对锅炉燃烧器进行改造，合理配风可提高燃烧系统对掺烧生物质的适应性。农林类生物质原料的收购成本高于煤，且生物质发电量无法精确计量暂不能获得财政支持，经济性较差。掺烧生物质的经济性是现阶段阻碍生物质大规模掺烧的主要原因，较低成本的生物质来源及生物质发电量的计量难题亟待解决。

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洁净煤技术

2022年第06期

752

771
基于空间分析方法的我国燃煤耦合生物质发电潜力分析

作者(Author)：郑丁乾, 田善君, 马思宁, 常世彦

摘要：燃煤耦合生物质发电可以降低燃煤电厂CO2排放，减少空气污染。考虑秸秆资源能量密度较低等特点，燃煤耦合生物质发电技术的应用潜力很大程度上取决于燃煤电厂与秸秆资源在空间上的匹配程度。因此，从空间分析角度，研究燃煤耦合生物质发电潜力具有重要意义。基于高分辨率燃煤电厂与秸秆资源数据，采用空间匹配方法对燃煤耦合发电的可能潜力进行评价。结果表明，我国燃煤电厂与秸秆资源空间匹配程度较高，约89%的可收集秸秆位于燃煤电厂半径100 km以内。燃煤电厂可掺混秸秆量受秸秆可能源化利用率和电厂秸秆可掺混比例影响。秸秆可能源化利用率越高且电厂秸秆可掺混比例越高时，燃煤电厂可掺混的秸秆量越多。在秸秆高能源化利用率与30%掺混比例的情景下，1 066个电厂可以在半径100 km以内找到可掺混的秸秆资源，其中约52.6%电厂可满足30%掺混比例。该情景下，电厂可消纳秸秆3.84亿t，减排CO2约5.11亿t。相关结论可为我国燃煤耦合生物质发电技术支持政策以及秸秆能源化利用政策的制定提供技术支撑。

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洁净煤技术

2022年第06期

573

480
典型污泥与煤泥混合燃烧及硫氧化物释放特性

作者(Author)：王鑫, 凌鹏, 安晓雪, 韩亨达, 徐俊, 江龙, 汪一, 苏胜, 胡松, 向军

摘要：污泥和煤泥产量逐年递增，影响生态环境和人类生活，急需对二者进行合理处置。结合污泥及煤泥的燃料特性，二者混烧能产生一定协同效果，在不同燃烧阶段有效互补，最终实现二者高效协同燃烧和综合减量化，对高效处置污泥与煤泥具有重要意义。前人大量研究了污泥/煤泥与典型燃料（煤、生物质等）的混合燃烧特性及硫氧化物释放特性，但鲜见二者之间的混烧特性及硫氧化物释放特性研究。因此在自主搭建的固定床燃烧反应系统上，对干燥后的1种典型污泥（达利污泥）以及2种煤泥（灵石煤泥和山西焦煤泥）进行了混合燃烧试验，分析了燃料种类、温度、混合比例等因素对混烧特性和硫氧化物释放特性的影响。结果表明：污泥与煤泥混合燃烧时，提高温度和增加污泥混合比例均能加快燃烧反应；燃烧过程中SO2转化率随燃烧温度升高均呈先降低后上升的趋势，高温会促进固定在无机物中硫的二次释放。污泥与煤泥混合燃烧时，二者存在明显交互作用，会显著影响SO2的生成与释放。800 ℃混烧时，由于灰分与SO2形成含硫化合物加强了固硫作用，抑制了SO2释放；而1 000 ℃混烧时，由于加快燃烧反应促进了无机硫分解，从而导致SO2释放增加。因此在800 ℃、30%污泥/70%煤泥掺混燃烧时，可获得较低的SO2排放以及较高的燃料燃尽特性。

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洁净煤技术

2022年第06期

632

849