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氨能终于要来了:我国燃煤锅炉技术获得重大突破,将改变电厂发电模式

我国的发电厂,有超过六成仍然是火力发电厂,就是燃烧煤炭进行发电,这种传统的发电厂模式,如今可以改变了,我国燃煤锅炉技术取得重大突破,新技术引得多国都想来合作。

现在,我国研发出一种新型的燃氨锅炉,这种锅炉是一种新技术生产出来的,可以改变传统火力发电厂的运作模式,设备使用氨气作为燃料,虽然提供的能量比煤炭燃烧后产生的能量弱,但这种新技术不仅能够大幅度节约煤炭,还能减少火力发电厂的污染排放,为环保作出更好的贡献,而且还能利用混氨燃烧作出低成本的运营,不仅能提升燃烧效率,还能降低发电的成本。

1、什么是氨(NH3)

氨 (NH3)是一种零碳化合物,燃烧后的产物是水和氮,而氮气是大气的主要成分之一。同时,氨 (NH3)也是一种有发展前景的清洁能源载体和储存介质。

燃煤锅炉混氨燃烧,是将氨和煤按比例混合,作为锅炉燃料,既实现稳定燃烧,又达到低碳排放。

国家能源集团烟台龙源技术公司自主研发的混氨燃烧技术,实现了 40兆瓦燃煤锅炉燃烧 35% 比例混氨燃料,锅炉运行平稳,效率高于同等负荷下的纯燃煤工况,锅炉尾部 NOx 浓度低于纯燃煤工况,NH3 燃尽率达到 99.99%。与纯煤燃料相比,氨煤混燃碳减排幅度超过 35%,实现了火电行业低碳燃烧技术的突破。

大型火电厂每天都要燃烧很多煤炭,每年的燃煤消耗量也是十分惊人的,这对于煤炭资源并不充沛的我国来说,始终存在一定的压力。

2、燃煤发电污染严重

燃煤发电二氧化碳排放巨大,约占我国二氧化碳总排放量的40%左右,因此,减少燃煤发电碳排放是我国实现碳达峰碳中和目标的重要措施之一。该技术通过对氨煤混燃机理实验研究、40兆瓦燃煤锅炉混氨燃烧工业试验研究,验证了燃煤锅炉混氨燃烧的可行性,开发了火电机组燃煤锅炉混氨燃烧技术。

燃煤锅炉混氨燃烧,是将氨和煤按比例混合,作为锅炉燃料,既实现稳定燃烧,又达到低碳排放。全球范围内氨煤混燃研究仍处于起步阶段,国际上尚未实现工业级应用,研究前沿国家混氨比例目标还停留在20%。

因为煤炭作为不再生资源,不仅消耗后就越来越少,而且对于燃烧过程中出现的污染情况也是十分突出的,我国一直都在寻找更好地替代火力发电的方法,只不过受限于多种原因,步子迈得稳,没有那么急于求成,现在取得了新的突破后,燃氨锅炉对于节约燃煤起到的作用十分明显。

这种新型锅炉首先需要在发电厂里建设一座氨气合成的反应塔,来进行氨气的合成,之所以选择氨气作为燃料,因为它相比氢气具有更好的安全性,更耐储存,不像氢气的易燃易爆程度更高,而且就算有泄露现象发生,氨气特有的臭味能够进行明显的预警,不会出现大的问题,而氢气是无色无味的气体,一旦遇到明火发生爆炸的概率非常大,而且还难以察觉。

3、氨能的低价与可靠

虽然氢能源拥有诸多优点,但难以储存和运输。

氢是元素周期表上最轻的元素,很容易泄露,对储存容器要求高,并且氢气非常活泼,与空气混合后很容易发生燃烧和爆炸。

如果远距离运输氢,需要将其液化,在常压状态下,需要将其温度降低到-235摄氏度以下,能耗较高。如果以管道运输,则需要克服纯氢以及掺氢的气体给管道带来的安全隐患,攻克氢气管道的材料难题。

于是,氨进入视野。

氨是由一个氮原子和三个氢原子组成的化合物,是天然的储氢介质;在常压状态下,只需要将温度降低到-33摄氏度,就能够将氨液化,便于安全运输。目前全球八成以上的氨被用于生产化肥,这让氨拥有着完备的贸易、运输体系。理论上,可以用可再生能源生产氢,再将氢转换为氨,运输到目的地。

这样的事情已在澳大利亚发生——利用太阳能发电,用电能将水中的氢提取出来,再将氢转换为氨,液化之后,船运到日本的电厂。

但是,氨运输到目的地后,仍然面临至少两个挑战。

第一,如果将氨转换为氢,其转换过程会造成能量损耗,另外,也需要开发专门的大容量设备、纯化技术等。

第二,如果直接将氨作为燃料,则需要克服氨不容易燃烧的缺陷。氨燃烧的产物是水和氮,不造成碳排放,但是氨的燃烧速度低于氢,发热量也低于氢和天然气,将其点燃并持续稳定燃烧比较困难。

氨气作为燃料已经在化工领域很常见,但是使用氨气作为燃料建造发电锅炉,还是首创,而且液态的氨还能作为肥料,用途很是广泛。

很多国家都知道液体氨可以作为农业的帮手,但是作为气体的氨当做燃料使用,而其是大规模应用在发电领域,中国真是让人出乎意料的新发明,这种燃氨锅炉,也让人大开眼界。

作为氨气这种化学资源,首先是可以无限量再生,甚至生产的过程时间周期很短,而且产量也能够进行控制,这一点是天然的燃煤无法相比的,从矿井里开采燃煤的难度和危险系数都是比较大的,而且煤炭矿产量不是想有多少就能得到多少,要根据具体的实际情况去发掘。

氨气的产量能够进行现代化手段的技术控制,并且能够进行足量的储存,提供给发电厂足够的燃料,虽然氨气的燃烧能量比化石燃料的热能低,但是具有供应足量,成本低廉,更好地减轻了发电厂的运行成本。

这个燃氨锅炉的出现,为传统火力发电厂又指明了一条出路,在不完全推翻火力燃烧发电的情况下,就能够转型为燃烧氨气进行发电,不仅节约了建造新型火电厂的大笔资金,还为未来节约煤炭资源奠定了非常坚实的基础。

氨气经过工业处理,能够进行二氧化氮消除,可以还原成无害的水和氮气进行排放。在基于以上考虑的情况下,我国研发了燃氨锅炉,目前并非是完全燃烧氨气,而是混入氨气在煤炭中进行燃烧,这样一来能够节约大部分的煤炭,降低和平衡资源的紧张和消耗。

经过试用后,燃氨锅炉展示出稳定的工作质量和高效的发电能效,并且实现了无污染排放的达标情况,这样一来,这项技术发明引来国外的重视和羡慕,纷纷表示想要和我国进行合作。

未来我国还要在生产绿色氨的合成方面进行更好的技术升级,并且为火电厂提供混氨燃烧,探索更为安全高效的路径。

仅仅是目前取得的成就已经令世界瞩目了,毕竟火力发电是世界级都一直在沿用的传统办法,虽然新能源发电厂有好多种方式,但是传统电厂仍然广泛存在于世界各地,想要完全推翻这些存在了多年的发电厂,进行新能发电厂的改建,也绝对不是一件容易的事情,很多地方不仅仅是资金的问题,还涉及到地理位置和特殊的地质情况,不适合建设新能源发电厂。

那么在这种情况下,我国研发成功的燃氨锅炉技术,就为传统的火电厂提供了一条更好的转型出路,并且能为将来很多国家的发电效率提升,减轻发电成本的压力,都提供了样板的示范作用,现在我国的这项技术已经有多个国家表示想要引进使用,这也是中国制造又一重大的成果。

原文链接:https://www.xianjichina.com/special/detail_505736.html

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