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煤炭掺氨技术突破,煤氨混燃的经济型分析

   2023-12-26 氢能观察李航40310
核心提示:随着清洁能源的需求不断增长,含碳掺氨燃料的研究也会继续发展。

煤炭是我国的主题能源,调整能源结构,逐步降低煤炭等化石能源消费比重,退出落后产能是合理的,但煤炭是中国能源安全的基础,但因煤炭燃烧产生的碳排放占我国总碳排放的75%以上,其中燃煤发电产生的碳排放约占总碳排放的40%,是我国最大的碳排放来源。

要落实双碳政策,不能简单地提出“去煤化”,而是要考虑如何实现煤炭的清洁利用。在双碳政策下,推进火电机组掺氨或纯氨燃烧是发电领域碳减排的重要技术方向,可以弥补可再生能源发电的不稳定性、保障电力安全,是我国实现“双碳”的有效途径。

氨是以氢气和氮气为原料生产的,可只依靠水、空气和电,这意味着理论上有和氢气一样的清洁制备方法,实现零碳排放的绿氨是可行的。除作为化工原料,氨还可以作为能源使用,在适当的反应条件下,氨燃烧的产物为氮气和水,清洁无碳,将氨与火电厂的燃煤一起掺烧,可以降低火电厂的碳排放。

煤氨混燃优势

1.环保减排。燃煤锅炉混氨燃烧技术可以有效地减少燃煤锅炉的二氧化硫、氮氧化物等污染物排放,达到环保减排的目的。
2.提高燃烧效率。燃煤锅炉混氨燃烧技术可以使燃烧过程更加充分,燃烧温度更高,从而提高燃烧效率,降低能源消耗。
3.降低运行成本。燃煤锅炉混氨燃烧技术可以减少燃烧产生的污染物排放,降低环保治理成本,同时还可以提高燃烧效率,降低能源消耗,从而降低运行成本。
4.适用范围广。燃煤锅炉混氨燃烧技术可以适用于各种类型的燃煤锅炉,无论是小型燃煤锅炉还是大型燃煤锅炉都可以采用这种技术。

煤氨混燃经济性

氨燃料是一种可以从天然气或其他可再生能源中制备出来的清洁能源。由于其可再生性质和无毒无害的特点,氨燃料在可再生能源领域越来越受到关注。

氨燃料的价格受原材料成本和生产工艺影响,研究表明,电价是影响绿氨价格的主要因素,随着电价增加,绿氨的燃料成本迅速增加,当电价低于0.102元/(kW·h)时,绿氨的成本会低于天然气和灰氢,从经济性角度证明了氨气替代天然气的可行性。但只有当电价为0元/(kW·h),即使用弃电制氨时,绿氨成本才能与煤炭燃料一较高下。下图为绿氨、煤、天然气、灰氢的燃料成本随电价和碳价的变化趋势。可见当使用电网电力制备绿氨时,在成本上无论如何都无法对煤炭、天然气等进行替代,因此要充分利用弃电,实现部分煤炭替代。

今年,合肥对300兆瓦燃煤机组进行了高比例掺氨混燃实验,成功实现了最高掺氨35%的平稳运行。试验团队还自主研发了长距离供氨气化控制系统、集成等离子体的燃烧器控制系统、炉膛温度场和气体成分在线检测系统等“三套控制系统”,弥补了多个技术领域的不足。

12月,我国600兆瓦燃煤发电机组上成功实施煤炭掺氨燃烧试验,这是当前国内外完成掺氨燃烧试验验证的容量最大机组。试验主要采用氨煤预混燃烧技术,按照第一阶段试验计划,实现了500兆瓦、300兆瓦等多个负荷工况下燃煤锅炉掺氨燃烧平稳运行。

在国际上,煤掺氨混合燃烧技术仍处于起步阶段,尚未实现广泛地工业化应用。在国外,研究前沿国家的目标仍为实现掺氨比为20%的混合燃料稳定燃烧。

随着清洁能源的需求不断增长,含碳掺氨燃料的研究也会继续发展。未来的研究重点主要集中于以下几个方面:
1、燃烧特性的深入研究,例如燃料的组分、燃烧参数等因素的影响。
2、发电效率的提高,例如控制氨气的配比和添加化学助剂等方法的研究。.
3、应用示范的扩大,例如将含碳掺氨燃料的应用范围从发电扩展到热力供暖、工业制氢等领域。
4、研究氮氧化物和其他有害排放物的控制技术,完善含碳掺氨燃料的燃烧控制和尾气治理技术。

绿氨燃料作为一种清洁、可再生的能源,具有很多优点,但成本受电价的影响较大,使用弃电制绿氨更具经济优势,可以进一步实现煤炭替代。未来,氨燃料和煤氨混燃技术将呈现出巨大的发展潜力,为社会经济的可持续发展提供更多可能性。

 
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