搜索
| |

登录

没有账号?去注册

注册

已有账号?去登录
置顶
专家讲堂|甲醇燃料热力燃烧规模化应用:打赢蓝天保卫战的关键一环
中国汽车报网 ·  张志远 ·  2018-10-10

  ♦导语:

  近年来,甲醇作为替代原煤和油气的燃料,在汽车、船舶、工业锅炉、采暖供热等领域的应用逐步推开,产生了较好的经济和环境效益。今天,面对油价不断上涨和排放控制更加严格的环保形势,符合国情的能源消费向我们提出了新的挑战。

  2017年度冬季取暖季出现的天然气能源价格增长,引出了“宜气则气、宜电则电、宜油则油、宜煤则煤”的能源消费导向,部分地区因地制宜提出了“宜醇则醇”的能源消费导向。

  今年6月13日,国务院总理李克强主持召开国务院常务会议,在部署实施蓝天保卫战三年行动计划时指出,要科学合理、循序渐进有效治理污染。坚持从实际出发,宜电则电、宜气则气、宜煤则煤、宜热则热,确保北方地区群众安全取暖过冬。

  甲醇汽车是推动甲醇燃料动力燃烧实现化学能转换为机械能的有效载体;甲醇锅炉、窑炉是甲醇燃料热力燃烧实现化学能转换为热能的工程化应用。在这些方面,我们均有领先国际的应用优势,完全可以在节能减排发展战略中承担更大的贡献率。

  深圳正和能源有限公司首席科学家张志远先生,以“甲醇燃料大功率热力燃烧的规模化应用是打赢蓝天保卫战的关键”为主题撰文,全面阐释了甲醇燃料大功率热力燃烧的技术要点,图文并茂地介绍了应用实例,为我们发展自主安全的能源新架构提出了目标思路。

  10月25日至27日,中国汽车工业协会受委托将在第三届“中国国际商用车及零部件展览会”同期举办“甲醇汽车、专用零部件及推广应用装备展”,系统全面展出工信部、发改委和科技部组织甲醇汽车试点工作的成就和成果,还将展出几十年来我国围绕甲醇经济、甲醇燃料、甲醇燃料输配送、甲醇燃料应用自主创新的新技术和新产品。26日全天,工信部甲醇汽车试点专家组将在展会现场举办第三届“甲醇汽车发展论坛”,论坛将围绕甲醇燃料、甲醇燃料电池在车辆、船舶上的应用开展技术交流。张志远先生将就甲醇燃料高效安全热力燃烧做主题报告,从另一个角度为我们打赢蓝天保卫战献策。

  中国甲醇汽车已经从试点迈向推广应用,从小舞台推向大市场。中国的甲醇燃料,同样已经从小范围应用迈向更加广阔的大舞台。

——工信部甲醇汽车试点专家组秘书长魏安力

  甲醇作为一种新型可再生清洁燃料,很早就受到我国政府的高度重视。上世纪九十年代,我国就开始尝试以甲醇为主基料的醇基燃料的推广应用,积极探索将其用于锅炉、窑炉大功率热力燃烧。1996年,《醇基液体燃料GB/16663-1996》颁布,统一的排放检测标准也相继颁布; 2015年12月24日,原环保部发布环函《关于醇基燃料锅炉执行标准有关问题的复函》(2015)319号文,明确指出“建议醇基燃料锅炉参照《锅炉大气污染物排放标准GB/13271-2014》中燃油锅炉的排放控制要求执行”。

  热力燃烧在我国年度总能耗的占比高达90%,是影响空气质量的主要污染源,实现热力燃烧全域的大幅减排是打赢蓝天保卫战的关键。甲醇来源广泛、体量巨大、经济性良好,甲醇燃料大功率热力燃烧规模化应用工程实现价值高,可快速显见大气污染治理的效果。

  ♦社会意义重大 经济效益显著

  国家主席习近平在今年的全国生态环境保护大会上强调,“要把解决突出生态环境问题作为民生优先领域。坚决打赢蓝天保卫战是重中之重,要以空气质量明显改善为刚性要求,强化联防联控,基本消除重污染天气,还老百姓蓝天白云、繁星闪烁”;“污染防治攻坚战时间紧、任务重、难度大,是一场大仗、硬仗、苦战...”;李克强总理提出要抓住重点区域重点领域,突出加强工业、燃煤、机动车“三大污染源”治理,坚决打赢蓝天保卫战。

  在此环境污染治理的关键时期,采用甲醇燃料这种新型清洁可再生能源,用于锅炉、窑炉大功率热力燃烧,有重要的社会意义及巨大的经济效益:

  第一,环保效益显著。甲醇燃料排放指标超低,仅次于电而优于天然气,规模化推广应用可快速显见大气污染治理效果。

  第二,环境治理综合成本较低。“煤改醇”下,原燃煤锅炉不必更换而仅需改造(不动锅炉主体),为46万多台中小型锅炉“煤改清洁燃料”另辟一条多快好省的途径,并大量节约环境治理带来的产业迁移、基础设施改造等所耗费的社会资源。

  第三,补充、替代效果显著。“煤改醇”为天然气管道铺设不到或不便使用LNG区域的企业提供了成本和效益兼顾的环境治理升级改造方案,起到对主要清洁燃料天然气拾遗补缺的重要作用。

  第四,新市场产生新动能。甲醇燃料进入热力燃烧领域,可形成经济体量巨大的新型绿色能源市场,规模可达万亿元/年以上,新增数百万就业岗位、千亿元/年税收,实现“双侧驱动”、“增效型去产能”,有效缓解目前“生存与发展”根本性矛盾的尖锐冲突。

  第五,促进国家能源安全。甲醇产业符合国家能源多元化发展及能源安全战略,依据富煤的资源禀赋特点,适度发展“煤制甲醇”产业,可确保一旦国际形势突变我国还能够完全自主生产液体燃料,解决非常时期“国民经济血液”的有无问题,减缓传统燃料油的消耗或实现部分替代,以度过艰难时期。

  第六,促进大功率燃烧技术创新。结合甲醇的物理、化学、燃烧特性,在掌握大功率热力燃烧机械直喷技术的基础上,打破国际燃烧剧透的垄断格局,创新发展电喷技术和智能燃烧技术,占据新型清洁燃料大功率热力燃烧技术“制高点”及高端燃烧器市场的重大份额。

  甲醇燃料优点明显 大功率燃烧包含三大关键技术

  甲醇是一种碳氢能量的载体,分子结构简单,本质清洁,呈常温常压液态,生产、储存、运输、使用以及能量形式转换便捷,甲醇燃料的优点十分明显:

  安全--燃料本身不自然,引燃温度高于400℃,着火时可用水迅速扑灭,与管道天然气、LNG、LPG、CAG和汽柴油相比安全性好很多;

  环保--等热值替代燃煤或柴、汽燃油,可减少80%以上PM2.5、95%以上SO2、90%以上NOx、50%以上CO2,减排效益十分显著;

  经济--综合考虑单位产品能耗成本,比用电节约20%以上、管道天然气3%以内、LNG约8%、轻质柴油10%以上,有较好的经济性。

  但是客观上,甲醇毕竟具有热值低、闪点低、小分子、弱洗涤性、微腐蚀性、微神经性毒性等基本物理化学属性,以及完全不同于传统燃油(气)的燃烧特性,例如燃烧火焰的光谱不同、空气过量系数小、“过雾化”脱火等。

  大功率热力燃烧系指0.14Mw以上锅炉、窑炉热力燃烧。锅炉包括热水锅炉、蒸汽锅炉、导热油炉,广泛应用于供暖(水)、电力、化工、建材、食品、医药、制革、纺织印染等行业;窑炉包括熔炼炉、热风炉、烘烤炉,广泛应用于电力、建材、冶金、化工、低温合金铸造等行业。目前,国家已颁布严格的“禁煤令”,2018年底前全国范围35t/h及以下燃煤锅炉全面禁煤,环保要求倒逼甲醇燃料规模化推广应用,并有巨大市场空间。

  甲醇燃料大功率热力燃烧首先要满足安全、稳定、可靠的基本要求,然后再追求一定的经济性,其关键技术包括:

  1、为满足不同燃烧工况的温度要求,必须标准化配比、制备不同热值的甲醇燃料;

  2、为满足不同燃烧工况对热力场分布的均匀性要求,必须设计、制造适应甲醇燃料物理、化学、燃烧特性的专用设备,例如关键零部件、机械结构、静(动)密封、燃烧传感方式、送风及燃料输送变量参数等;

  3、为满足甲醇燃料高燃尽率的特殊要求以及用户最关心的燃料成本的经济性,必须采用特殊的强化燃烧工艺和高热利用率技术。

  ♦甲醇热力燃烧将开启电喷时代和智能化发展

  甲醇燃料的燃烧分动力、热力二大类。动力燃烧已由机械直喷发展到电喷技术阶段,其中“高压共轨”是技术升级换代的核心和基础性物理结构;热力燃烧虽然是最古老的能源利用形式,但液(气)体燃料喷射热力燃烧至今仍采用机械直喷技术,即使是国际知名品牌的液、气体燃烧设备,如德国威索、日本奥林佩亚、意大利百得、美国RS等的燃烧机目前均用机械直喷技术,燃烧是粗放型的。

  当前,“共建绿色美好家园”已成国际社会共识,各国特别是我国政府逐步重视热力燃烧的减排问题,排放标准逐年提高,燃料清洁化、燃烧精细化必然成为大趋势,热力燃烧也必然要开启电喷技术时代和智能化发展。

  甲醇燃料大功率热力燃烧,要保障安全性、可靠性及一定的经济性是一项全新的热力学系统工程,不是单一项技术可一蹴而成,必须综合考虑燃料、燃烧设备、燃烧工艺三项要素三个环节的有机结合,进行一体化设计。

  历经多年工程实践,深圳正和能源有限公司在创新增压式雾化、燃料输送泵、多次风配风、悬浮式强化燃烧等多个单项技术的基础上,首创了甲醇燃料大功率热力燃烧“RSG绿色燃烧”方案:

  燃料R:根据不同燃烧工况的温度要求,标准化配比、制备相应热值需求的甲醇燃料;

  设备S:适配甲醇的物理、化学、燃烧特性,合理设计关键零部件、机械结构、传感方式、送风及燃料输送变量参数等,满足各种复杂工燃烧况对设备出力的要求,对火焰形状的要求;

  工艺G:强化燃烧,最大化燃净率,均化热流场,优化热效率。

  RSG三位一体的绿色燃烧方案,可确保甲醇大功率燃烧的安全可靠和一定的经济性。

  甲醇燃料大功率热力燃烧“RSG绿色燃烧”方案优化了现有液体燃料机械直喷技术,拥有多项发明、实用新型专利,并前瞻性地瞄准甲醇燃料电喷、智能燃烧技术,申请了燃料输送高压共轨、沿轴向叠加多静压区火焰稳定器、超大排量燃烧喷射头、电喷控制器、智能控制器等多项核心、外围、保护性专利,为我国创办“绿色燃烧”特色民族企业,占据甲醇燃料大功率热力燃烧行业的龙头地位,争取新型清洁能源-甲醇燃料市场话语权,奠定了较为完备的知识产权和坚实的产业化基础。

  ♦已有中等规模工程实践成果验证可行性

  深圳正和能源有限公司目前已在全国上百家家企事业单位的锅炉、低温合金冶炼炉、窑炉等热工设备上成功实施“煤改醇”、“油改醇”、“气改醇”,投入专用燃烧设备约1000台,实际使用甲醇燃料总量达10万吨以上,单台燃烧机最长使用时间3年以上,单台燃烧机最大用醇量超过3000吨,煤改醇单台锅炉最大蒸吨数达20t/h,煤改醇锅炉群最大蒸吨数达80t/h;在国内乃至国际上首个以中等规模工程实践验证了甲醇大功率热力燃烧的可行性。

  其部分工程案例如下:

  案例1:制药行业/工业蒸汽锅炉——甲醇燃料替代燃煤

  成效:提高生产能力20%,降低燃料成本10% ,烟气排放达到GB超低排放指标。

  案例2:餐饮行业/炊用蒸汽锅炉——甲醇燃料替代轻质柴油

  成效:操作及就餐环境改善,再无难闻柴油气味,降低燃料成本20%。

  案例3:低温合金冶炼行业/铝熔炼炉——甲醇燃料替代重油

  成效:车间环境大为改善,干锅使用寿命延长5倍以上,9台大型轴流抽风机全部停用,单纯燃料成本略高,但综合成本减少,最终单位产品能耗降低约8%。

  案例4:重型冶金行业/钢包烘烤保温——甲醇燃料替代煤制气

  成效:解决企业钢包保温烘备与热轧争用有限气源矛盾,燃料成本略高,但保证热轧工序的温度要求,轧钢板的优等品率提高30%,综合效益明显。

  案例5:煤矿行业/工业大蒸吨蒸汽锅炉——甲醇燃料替代燃煤

  成效:

  重要意义一,成功首创大蒸吨位燃煤锅炉改用甲醇燃料,单台锅炉蒸吨达20t/h、锅炉群总蒸吨达80t/h,为目前国内乃至国际首个最大规模“煤改醇”示范工程;

  意义二,安全达标前提下不用更换锅炉,锅炉本体不动,仅在燃烧室封堵炉排,增设强化燃烧装置,从侧边开口装机,配2台10t燃烧机双机并联。安全可靠稳定运行一个完整采暖季,烟气排放达到GB超低排放指标,热效率提高20%,满负荷运行时燃烧机出力仅80%。

    案例6:陶瓷行业/生活陶瓷烧制窑炉——甲醇燃料替代柴油

烤花窑炉专用燃烧机运行工况

伊斯兰陶器餐具

  成效:烟气排放达到GB排放指标,单件产品能耗成本减低3%。

  案例7:建材行业/ 高档西瓦烧制窑炉——甲醇燃料替代重油

彩亮瓦厂坯料车间一角

烧制窑炉专用燃烧机运作工况

  成效:烟气排放达到GB排放指标,工作环境改善,批次烧制数量增1/5,单件产品能耗成本减低。

  案例8:塑胶压铸行业/重汽顶棚件热风炉——甲醇燃料替代柴油

汽车塑胶件热铸热风炉安装燃烧机

汽车塑胶件顶棚工件脱模

  成效:烟气排放达到GB排放指标,工作环境改善,热效率提高40%,单件产品能耗成本减低。

  ♦甲醇燃料必将成为绿色能源时代新的经济增长点

  甲醇燃料大功率热力燃烧燃料具有市场规模巨大、经济性优良、政策和谐性好、应用推广快、技术成熟度较高、实现行业技术领先较易六大优势。气(煤)制醇以及炼焦、炼钢、石化副产品等原料来源广泛。天然气制醇是除管道输送外最安全最经济的能源输送方式,相比LNG更经济、安全便利;CO2+H制醇是最有效消除多余温室气体的技术途径;而生物制醇则不再依赖化石资源而极具发展前景。

  甲醇的传统应用主要是做化工原料,以及萃取、(电路板)清洗、溶剂类应用,国内最大市场容量约3600万吨/年。但是做热力(锅、窑炉燃烧)燃料、动力(车、船)燃料,具有更大的市场空间,粗略估计至少有5亿吨/年的规模,年产值超万亿元以上。

  热力燃烧是人类能源利用的最古老形式,随着人类社会环保意识的普遍增强,一定会像动力燃烧排放受到重视一样,热力燃烧的排放标准也会逐步提高,热力燃烧必将顺应绿色发展的历史潮流,向精细化、自动化、智能化的方向发展。甲醇燃料必将成为绿色能源时代新的经济增长点,锅(窑)炉大功率燃烧将为我国乃至全球的节能微排做出巨大贡献。

  作者张志远 系深圳正和能源有限公司首席科学家

  编辑:薛亚培

专题
京ICP备13016938号-1.京公网安备110108006580号.互联网出版许可证
新出网证(京)字172号. 互联网新闻信息服务许可证 1012006035.
Copyright © 2002-2014 中国汽车报网版权所有 版权声明