世界節(jié)能減排現(xiàn)狀與中國石油發(fā)展

世界節(jié)能減排現(xiàn)狀與中國石油發(fā)展

0中國的節(jié)能減排現(xiàn)狀電力和環(huán)境是人類在發(fā)展經(jīng)濟過程中面臨的一個永恒課題。世界上的能源仍以傳統(tǒng)的化石燃料——煤炭、石油、天然氣為主。能源供應(yīng)和環(huán)境保護是經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的基本條件。本世紀(jì)人類將直接面對的兩大問題:一是能源消耗增長帶來的日益嚴(yán)重的環(huán)境問題;二是能源資源的匱乏導(dǎo)致的全球能源危機。我國自改革開放以來經(jīng)濟持續(xù)增長是和能源的快速發(fā)展直接相關(guān)的?！吨腥A人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃綱要》提出了“十一五”期間單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗降低20%左右,主要污染物排放總量減少10%的約束性指標(biāo)。這是貫徹落實科學(xué)發(fā)展觀,構(gòu)建社會主義和諧社會的重大舉措,是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的必然選擇。隨著我國經(jīng)濟的快速增長,各項建設(shè)取得了巨大成就,但經(jīng)濟發(fā)展的同時,國家也付出了巨大的資源和環(huán)境代價。因此,只有堅持節(jié)約發(fā)展、清潔發(fā)展、安全發(fā)展,才能實現(xiàn)經(jīng)濟又好、又快發(fā)展。目前,實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)面臨的形勢十分嚴(yán)峻。2006年以來,全國上下加強了節(jié)能減排工作,國務(wù)院發(fā)布了加強節(jié)能工作的決定,制定了促進節(jié)能減排的一系列政策措施,各地區(qū)、各部門也相繼做出了工作部署,節(jié)能減排工作取得了積極進展。但是,去年全國沒有實現(xiàn)年初確定的節(jié)能降耗和污染減排的目標(biāo),而更為嚴(yán)峻的是,今年一季度,工業(yè)特別是高耗能、高污染行業(yè)增長過快,占全國工業(yè)能耗和二氧化硫排放近70%的電力、鋼鐵、有色、建材、石油加工、化工六大行業(yè)增長20.6%,同比加快6.6個百分點。因此,抓好節(jié)能減排工作刻不容緩。中國作為石油生產(chǎn)與消費大國,石油消費的增長速度遠(yuǎn)大于生產(chǎn)的增長速度。中國自1993年首次成為石油凈進口國以來,石油安全問題成為中國不可回避的現(xiàn)實問題。據(jù)國土資源部預(yù)計,中國石油開采年限為15年,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界51年的平均水平。2004年,全世界原油生產(chǎn)量為38.68億噸,比上年增長4.45%。其中,中國原油生產(chǎn)量為1.75億噸,增長2.90%,占世界份額的4.51%。全世界石油消費量為37.67億噸,增長3.44%。其中,中國石油消費量為3.09億噸,增長15.83%,占世界份額的8.19%,列世界第二位。世界原油生產(chǎn)量與增長率均高于消費量與增長率;與之相反,中國的原油生產(chǎn)量及增長率明顯低于消費量及增長率,而且消費量增大,增長率高。2005年,中國的石油對外依存度達(dá)到48.5%,逼近50%。預(yù)計到2020年,中國石油需求量將高達(dá)4.5億噸,其中2億噸自產(chǎn),2.5億噸來自進口。尤其是近年國際油價大幅飆升,對中國經(jīng)濟的影響越來越大。循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是一種潔凈燃燒技術(shù),它具有燃料適應(yīng)性廣,燃燒效率高,脫硫效果好,NOX排放低,負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大以及灰渣有利于綜合利用等優(yōu)點。至今,我國在役的10t/h以上蒸發(fā)量的循環(huán)流化床鍋爐近3000臺,35t/h以上的有2000余臺,220～480t/h的近260臺。其中,蒸發(fā)量在410t/h以上的高壓和超高壓中間再熱循環(huán)流化床鍋爐,已有100多臺在建設(shè)和運行中。正在建設(shè)的白馬電廠即將安裝東方鍋爐(集團)股份有限公司制造的引進ALSTOM技術(shù)的300MW循環(huán)流化床機組。這標(biāo)志著國內(nèi)循環(huán)流化床電站正向大容量、高參數(shù)邁進。隨著循環(huán)流化床鍋爐單機容量增加和機組的臺數(shù)增多,點火啟動耗能迅速增高。由于機組頻繁啟動,點火耗能直接影響著電站的經(jīng)濟性,也浪費了大量成品油。根據(jù)國際上的經(jīng)驗,一般把金屬和耐火材料的升溫速度控制在28～60℃/min,以防止熱應(yīng)力對金屬和耐火材料的破壞,消除不良膨脹,對于帶高溫旋風(fēng)分離器的循環(huán)流化床鍋爐,一般冷態(tài)點火起動時間為10～17h。而據(jù)國內(nèi)統(tǒng)計,我國投產(chǎn)的100～135MW容量等級的循環(huán)流化床鍋爐頻繁啟動造成的油耗每年每臺在1000t左右,有些機組的啟動耗油甚至超過2000t。所研制的循環(huán)流化床高溫空氣點火技術(shù)的實施,將節(jié)省大量循環(huán)流化床鍋爐點火啟動用油,減少了環(huán)境污染,不但符合國家的節(jié)能政策,同時還具有巨大的市場潛力。并且此技術(shù)兼有節(jié)能、節(jié)油和環(huán)保的三重作用,因此,在產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益同時,還會帶來良好的社會效益。1循環(huán)流化床鍋爐點火啟動難題點火啟動是鍋爐首先碰到和必須解決的問題,而循環(huán)流化床鍋爐由于其過程的動態(tài)性,其點火啟動與煤粉爐或?qū)尤紶t相比技術(shù)難度更大。循環(huán)流化床鍋爐點火啟動的主要任務(wù)就是采用適當(dāng)方式將床層溫度提高,并保持在煤燃燒所需的最低溫度以上,以便實現(xiàn)投煤后燃料的穩(wěn)定燃燒和鍋爐的正常運行。近年來,循環(huán)流化床鍋爐在我國備受青睞,但點火啟動問題也一直是困擾各用戶的一大難題。歸納起來,循環(huán)流化床鍋爐主要有四種點火技術(shù):固定床點火技術(shù)、床上油槍點火技術(shù)、床下油槍點火技術(shù)和床上床下聯(lián)合點火技術(shù)。1.1紅炭床的鋪設(shè)、壓油床上固態(tài)點火始于1960年,適用于小容量工業(yè)流化床鍋爐。這種點火方式以點火熱平衡為基礎(chǔ),一般要求點火前在布風(fēng)板上預(yù)先鋪上厚度為200mm的料層,100～150mm厚的紅炭火層,啟動時送風(fēng)量和中間每次增加的風(fēng)量都很小,而當(dāng)床溫達(dá)到600～700℃時,要迅速加風(fēng),讓床層進入基本流化,加厚料層以達(dá)到穩(wěn)定運行。這種點火方式已總結(jié)出一套較完善的經(jīng)驗,可用一句話表示,“薄料層、厚炭火、微風(fēng)快速啟動”。1.2油槍燃燒煤煤鍋爐隨著流化床鍋爐容量的增加,布風(fēng)面積增大,采用固態(tài)點火方式成功率低且極不經(jīng)濟。上世紀(jì)80年代,發(fā)展了床上流態(tài)化點火技術(shù)。主要是在流化床布風(fēng)板上面布置幾個點火油槍,采用輕柴油霧化燃燒,噴入微流化的料層使之加熱再投引煤點燃鍋爐。點火時,首先使床料呈流化狀態(tài),再點燃燃燒器,形成高溫旋轉(zhuǎn)火焰?；鹧鎻拇擦仙戏竭m當(dāng)位置旋轉(zhuǎn)噴入料層。此時,料層在高溫火焰烘烤、輻射下,逐漸加熱升溫。當(dāng)局部底料溫度加熱至550℃時,底料中一部分引子煙煤燃燒。這時,油槍火焰與引子煤燃燒火焰使流化床擴散燃燒,迅速將流化床底料加熱到正常給煤溫度。這種點火方式在75t/h鍋爐上應(yīng)用最多。床上點火方式適用于褐煤及煙煤點火,用于貧煤、無煙煤點火時所需油槍容量偏大。1.3點火點火技術(shù)上世紀(jì)80年代后期,國外CE等公司研發(fā)了循環(huán)流化床鍋爐水冷風(fēng)室,所以,床下點火技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。床下點火的基本原理是油霧化后在預(yù)燃室內(nèi)完全燃燒,產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄟ^布風(fēng)裝置直接送入流態(tài)化料層中,迅速加熱床料使煤粒著火燃燒,之后即可切除預(yù)燃室,完成點火過程。床下點火方式的主要優(yōu)點是熱利用率高,鍋爐點火油耗低。與床上相比,可以節(jié)油40%左右。而且加熱均勻,升溫穩(wěn)定,所以,床下點火方式是后來發(fā)展形成的一種效果更好的點火方式。1.4床下點火方式的選擇聯(lián)合點火方式是將床上油槍與床下點火油槍聯(lián)合起來使用,發(fā)揮它們各自的優(yōu)點,彌補對方的不足。聯(lián)合點火方式與單獨使用床上點火、床下點火方式相比,既能降低床下油槍的實用熱功率以減少燒壞預(yù)燃室耐火層和非金屬膨脹節(jié)的風(fēng)險,又能降低床上油槍的實用熱功率,防止加熱不均或油霧化質(zhì)量不好引起的床料結(jié)焦,此種點火方式特別適用于燃用貧煤及無煙煤的鍋爐。美國FW、法國Stein、德國Lurgi等公司都采用聯(lián)合點火方式,哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司135MW等級及300MW等級CFB鍋爐也都采用該種點火方式。2加熱裝置的特點電磁感應(yīng)加熱具有電效率高、加熱速度快、設(shè)備簡單等優(yōu)點,在許多行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用,如鋼管焊后熱處理、彎管焊接、熔煉等。就加熱用能源及加熱質(zhì)量和效率比較而言,采用感應(yīng)加熱較之石油產(chǎn)品、煤氣等具有如下的一些特點:(1)具有精確的加熱深度和加熱區(qū)域,并易于控制;(2)易于實現(xiàn)高功率密集,加熱速度快,效率高,能耗小;(3)加熱溫度高,加熱溫度易于控制;(4)加熱溫度由工件表面向內(nèi)部傳導(dǎo)或滲透;(5)采用非接觸式加熱方式,在加熱過程中不易摻入雜質(zhì);(6)工件材料耗損小,氧化皮生成少;(7)作業(yè)環(huán)境符合環(huán)保要求;(8)易于實現(xiàn)加熱工程自動化。研究表明,利用煤氣爐加熱,效率在40%左右,直接利用電流過電阻產(chǎn)生熱量的電爐,其加熱效率在50%～55%之間,而電磁感應(yīng)加熱避免了一般加熱裝置在熱交換或熱輻射過程中的熱能損失,其效率可達(dá)80%以上。電磁感應(yīng)加熱是把電能直接轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?故加熱速度極高,高頻感應(yīng)加熱速度可達(dá)到每秒幾十度甚至幾百度,而爐中加熱只有每秒幾度到幾十度。并且由于電磁感應(yīng)加熱的熱慣性小,斷電后馬上斷磁,停止加熱,控溫性能比較準(zhǔn)確。電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)不產(chǎn)生明火,不產(chǎn)生任何廢氣,無空氣污染。用電磁感應(yīng)加熱金屬固體件比較容易,但加熱氣體難度極大。經(jīng)過多年研究與實踐,我們發(fā)明了循環(huán)流化床鍋爐高溫空氣點火技術(shù)。該技術(shù)是將電磁感應(yīng)加熱與循環(huán)流化床鍋爐床下點火有機地結(jié)合。通過獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計,將空氣溫度從常溫加熱到800～900℃,達(dá)到循環(huán)流化床鍋爐點火的目的。感應(yīng)加熱本體及電容柜布置簡圖如圖1所示。加熱件放入管道內(nèi)被加熱,空氣在管內(nèi)流動,與加熱件接觸換熱達(dá)到要求,然后送入流化床中加熱,床熱進行點火。某一流量下電源不同功率時,加熱裝置出口空氣溫升曲線如圖2所示。由圖可知,在流量一定的情況下,加熱器出口空氣溫度隨著電源輸出功率的增大而升高。功率對空氣升溫情況影響較大,所以出口要想獲得更高的空氣溫度,必須進一步增大功率。功率為80kW時,采用特殊的加熱操作形式,加熱裝置出口空氣溫升曲線如圖3所示。與圖2相比,從通風(fēng)到出口溫度達(dá)到800℃,加熱時間明顯減少。3鍋爐冷態(tài)點火+高溫空氣點火低負(fù)荷某熱電廠擁有3臺75t/h循環(huán)流化床鍋爐,每臺鍋爐配置兩支點火油槍,采用床下點火。鍋爐配置的點火系統(tǒng)由油槍、高能點火器、旋流器、穩(wěn)焰器、燃燒室等組成。每支點火油槍額定工作進油壓力為2.0～2.5MPa,額定耗油量為450kg/h,燃用0#柴油。改造前,鍋爐冷態(tài)點火一般為5h,熱態(tài)點火為2h。該廠鍋爐冷態(tài)點火起動時,前三個多小時兩支點火油槍全投,等到爐內(nèi)床料達(dá)到400℃時,開始投引子煤,并根據(jù)床內(nèi)溫度變化逐漸減少油槍的負(fù)荷。因此,每次點火大約需要3.5～4.0t柴油,按每噸柴油4000元,不計耗電、人工等費用,一次點火需要14000～16000元。該廠鍋爐熱態(tài)點火起動時,點火過程與上幾乎相同,每次點火大約需要1.5～1.8t柴油,按每噸柴油4000元,不計耗電、人工等費用,一次點火需要6000～7200元。該廠一臺鍋爐點火裝置由原油槍床下點火改為高溫空氣點火。改造方案是將兩支油槍去掉,加裝兩臺高溫空氣加熱裝置,加熱件長2.0m,直徑0.4m,中頻電源選擇為250kW/(1000Hz)的中頻可控硅電源。鍋爐冷態(tài)起動,點火時間5h,點火過程及成本計算如下。預(yù)熱3h耗電量:預(yù)熱后2h到正常運行耗電量:按廠電價0.3元/度,則耗電成本:鍋爐熱態(tài)起動,點火時間2h,點火過程及成本計算如下。預(yù)熱1h耗電量:預(yù)熱后1h到正常運行耗電量:按廠電價0.3元/度,則耗