富氧燃烧节能减排耦合煤炭分级分质高效利用在火力发电厂的应用前景

武爱民 郝轰宇

（内蒙古能源发电准大发电有限公司，内蒙古 准格尔 010399）

2020 年9 月22 日，习总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上宣布，中国将采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030 年前达到峰值，努力争取2060 年前实现碳中和。习总书记提出“碳达峰、碳中和”目标，是党中央做出的重大战略决策，不仅是一个应对气候变化的目标，更是一个经济社会发展的战略目标，体现了我国未来发展的价值方向，对构建以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局意义深远重大，是一项重大的政治任务。

“碳达峰、碳中和”目标任务的提出，使煤炭利用面临着高碳减排的新挑战,发电行业作为碳排放大户（2019 年发电行业二氧化碳排放量占全国碳排放的46%），碳减排任务首当其冲。

一、技术概述

燃煤火电富氧燃烧耦合煤炭分级分质清洁应用综合生态链技术以燃煤火电为平台，以富氧燃烧综合节能减排技术（节油、灵活性、降氮）为基础和纽带，以煤炭分级分质技术为支撑，以分子吸附制氧技术为拓展。

开拓性的应用富氧燃烧综合节能减排技术为燃煤火电调峰、节能、减排、增效，应用煤炭分级分质技术为富氧燃烧综合节能减排提供辅助燃料，同时产生煤气（或天然气）、焦油、焦炭（清洁型碳）等新能源产品；火力发电锅炉为整体项目解决环保排放问题，从而实现循环经济、节能减排，具体技术关系如下：

（一）燃煤火电需应用富氧燃烧综合节能减排技术进行调峰、减排、节能、增效，降低污染物排放，在此过程中富氧燃烧综合节能减排技术需辅助物料——煤气、氧气；

（二）煤炭分级分质清洁应用综合生态链技术、吸附分离制氧技术分别为富氧燃烧综合节能减排技术提供辅助物料——煤气、氧气，同时生产清洁型碳、低温焦油、煤气（人工天然气）等产品；

（三）燃煤火电作为平台将上述过程中所产生的污染物充分消纳在锅炉及已有环保设施中，同时燃煤火电可提供电力和蒸汽供煤炭分级分质清洁应用技术、吸附分离制氧技术使用。

二、技术创新点

（一）非焦煤通过特有的复合型粘结剂改质，改质后的非焦煤经中低温一体化热解分质装置，低能耗低排放制焦炭、低温煤焦油、煤气，实现对任意煤种的高效清洁利用。

（二）褐（伪）煤或其他低阶原煤，可配入一定比例低灰煤与复合型粘结剂后热解分质，生产低温煤焦油、煤气、机制炭（或清洁型碳、半焦）等产品，清洁型碳、半焦可替代民用散煤实现清洁利用；

（三）无烟煤、烟煤等通过复合型粘结剂改质后进行热解分质，生产低温煤焦油、煤气、冶金焦炭等高附加值产品，焦炭可用于钢铁行业、铁合金、电石等行业；

（四）任意煤种分级分质过程产生的煤气及附属物作为富氧燃烧综合节能减排技术辅助物料，为燃煤锅炉调峰、减排、节能、增效；热解分质过程产生烟气通过电厂环保处理装置处置；

（五）任意煤种分级分质过程产生的煤气，可进一步利用分子吸附分离技术，分离煤气中的甲烷等生产人工天然气。焦炭可进一步与蒸汽反应制取氢气、或天然气、或碳氢类化合物。低温煤焦油可进一步加氢制造汽油、柴油。

三、原理及工艺

（一）技术原理

煤炭分级分质清洁应用技术利用任意低阶粉煤，配合特有复合型粘结剂成型后经新型清洁炭水分离，送入立式外燃内热一体炉低温无氧热解提质；经过预热、热解、冷却，生产清洁型碳（焦炭）、煤焦油、煤气；

（二）低阶煤热解分质油气炭工艺流程

1.任意低阶煤按比例配入复合型粘合剂，经原煤改质综合系统改质为具有结焦性的煤料，热压成型，并在新型清洁炭水分离装置中充分烘型煤的水分，实现炭水分离，分离出的水为清洁的低温蒸馏水，烘干水分后的型煤进入立式外燃内热一体炉预热、热解，实现整体运行过程无有害废水排放。

2.型煤在一体炉内低温无氧热解分质油/气/炭，分离后的清洁型碳（焦炭）向下蠕动进入干法熄焦冷却段，实现冷却过程无有害废水产生。

3.冷却后的清洁型碳（焦炭）经出料口排出炉体，经皮带送至堆场；

4.低阶煤分级分质高效提质过程中产生的荒煤气利用焦油船循环水喷洒冷却，实现煤气、焦油液分离，分离出的煤气一部分供系统燃烧自用，燃烧后的烟气进入电厂环保处理装置，另一部分供锅炉富氧燃烧使用，实现燃煤发电锅炉节能、减排、增效，从而确保无废气排放；

5.分离下来的焦油在焦油船沉淀分离，在经过焦油蒸馏提取高纯度低温煤焦油，焦油船长时间运行沉淀的焦油渣及含氨水，定时送入成型工段，最终进入清洁型碳（焦炭），实现无固废排放。

（三）锅炉侧富氧燃烧工艺

通过富氧燃烧综合调峰节能减排技术，以实现燃煤火电节能减排增效为目的，结合零排放的低阶煤热解分质油气炭技术，利用煤资源生产煤气以及制氧技术生产氧气辅助富氧燃烧的技术路线，实现燃煤火电机组节能、减排、增效。

1.在保证机组长时间连续、安全、稳定运行的前提下，使电厂总体达到节能、减排、增效目标；

2.有效控制炉膛出口、SCR 入口NOx 浓度，减少SCR 运行成本；

3.应用煤气富氧燃烧使整体发电标煤耗降低，降低发电成本，提高市场竞争力；

4.提高机组深度调峰能力，实现机组≤30%额定负荷调峰，消纳可再生能源；

5.实现锅炉节油；

6.增强机组燃料灵活性，安全稳定地使用劣质煤，实现发电原煤多样化，降低发电成本。

以富氧燃烧节能减排综合技术为基础，科学、高效地引入“煤干馏”与“制氧”技术等工业装置，使用低热值煤气作为辅助燃料、利用空气生产氧气参与富氧燃烧节能减排，使氧气与低热值煤气成为燃煤火电不可或缺的“生产资料”，能够达到电厂环保、节能、增效的目的，为电厂增加巨大的经济收益，达到国家环保及相关政策要求，符合国家可持续发展方针。

四、与传统炼焦的区别

（一）根据传统炼焦原理、工艺路线、环保性能及国标行业定义；炼焦是指采用主焦煤等原料在炼焦炉的操作活动，包括配煤、粉碎、捣固、装料、在炼焦炉内静态炼焦（预热、热解）、推焦、熄焦、筛焦，生产焦炭、焦油、煤气的炼焦操作。

煤炭分级分质清洁利用技术是将任意原煤配入特有复合型粘结剂后热压成型、清洁炭水分离、在一体炉内由上而下蠕动分级分质（预热、热解、冷却），生产清洁型碳（焦炭）、焦油、煤气的煤炭加工操作；

（二）从原料上煤炭分级分质清洁利用不需要使用主焦煤、肥煤、气煤等炼焦专用煤种；

（三）从设备上无炼焦炉；

（四）从工艺上无煤气净化、无水熄焦；

（五）从环保上不需要单独建设炼焦行业环保处理装置，即可实现无废气、无废水、无粉尘、无固废排放。

综上，该技术耦合燃煤发电、富氧燃烧为一个整体，达到无废气、无废水、无粉尘、无固废排放，同时为燃煤发电节能、减排、增效。煤炭分级分质清洁利用、燃煤发电、富氧燃烧是一个不可分割的整体。

富氧燃烧在发电侧的灵活性调峰技术，使燃煤火电锅炉达到30%额定负荷率及以下调峰，可充分消纳可再生能源；燃煤发电富氧燃烧耦合煤炭分级分质清洁应用综合生态链技术，突破了煤炭行业、电力行业、化工行业单一链条式发展格局，有效解决煤炭利用三高问题；煤炭高效热解分级分质制清洁能源富氧燃烧零碳排放发电技术，大规模生产水煤气用于替代燃煤发电企业原煤燃烧，大幅度降低火力发电碳排放，结合纯氧燃烧技术，实现燃煤火电零碳排放，达到提前实现“碳达峰、碳中和”。有效缓解我国贫油、少气的现状，减少年原油、天然气进口量，为国家战略物资提供储备，深度符合国家环保及能源发展产业政策，为我国相应能源领域的能源战略安全保驾护航。开创了任意煤种中低温成焦成炭的技术新途径，是火力发电企业当下首选的灵活性改造技术。