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尼姆的老鼠思维导图:壯麗70年|賽普瑞德:這就是節能減排新方向!

尼姆鲁兹 www.yqinit.com.cn 來源: 中國電力新聞網      日期:19.09.28

  這就是節能減排新方向!

  青島賽普瑞德分離技術有限公司推出煤電、油氣、多晶硅領域改造“黑科技”

  中國電力新聞網 記者 鄧卓昆

  青島特鋼自備電廠完成鍋爐煙氣深度除塵項目改造后,機組煙塵排放降低至2.67毫克/立方米,每年減少264噸酸性霧滴排放,環保效益突出。宋光明 攝

  賽普瑞德分離技術有限公司(以下簡稱“賽普瑞德公司”)的名字取自英文單詞Separation,名字飽含著企業創建者彭維明對分離技術的執著與鐘愛。近年來,為了把業務做大、做優、做強,賽普瑞德公司也從燃煤電廠延伸至多晶硅、煤化工、石油等非電領域,彭維明的多相流分離技術如同擁有“獨門秘籍”的武林高手,面對不同的領域、不同的問題、不同的工況,以其獨有、低成本、高效率的方法“一招鮮吃遍天”。

  壯麗70年,煤炭、石油、天然氣等傳統化石能源為我國經濟發展騰飛插上了動力充沛的翅膀,功不可沒;輝煌70年,化石能源結構持續優化升級,尖端技術不斷涌現,清潔、低碳、高效轉型升級之路,任重而道遠。

  如今,一場由顛覆性技術創新引領的技改熱潮正在席卷全國,成為燃煤發電技術發展的新方向,為新中國成立70周年獻上一份特殊的賀禮。

  “實現了清潔高效利用的煤炭就是清潔能源,從產業鏈角度建議,煤炭發展要由要素驅動為主向科技驅動方式轉變,燃煤發電由局部領先向整體節能環保轉變?!?月5日,中國工程院院士謝克昌在陜西西安舉辦的“2019中國國際煤化工發展論壇”上說。

  英雄所見略同?!疤粽叫實募?、追求更低的排放是我們能源科研一線工作者的中國夢,從煤電用煤的入口──鍋爐制粉系統入手,緊抓煤電‘口糧’這一關鍵環節,讓煤粉更細、更均勻,這一看似簡單的小技改也能產生巨大的環保、經濟效益?!憊姨仄缸?、青島賽普瑞德分離技術有限公司董事長、博士彭維明如是說。9月19日,第三屆中國能源產業發展年會在京召開,彭維明提到的“小技改”──高效多相流分離技術獲評能源產業“十大能源裝備創新技術/產品”。

  求變

  發展多年的煤電還有“黑科技”?

  以一臺66萬千瓦機組為例,年可節省煤炭7000噸以上,年可節約成本450萬元,年可減排二氧化碳1.8萬噸、氮氧化物5700噸,制粉系統最大出力提升11噸/小時,相同工況下,制粉出力提升的同時,煤粉細度明顯下降,突破了以往出力與細度無法統一的弊端……

  這一串引人矚目的成績單來自湖南華電長沙電廠,該廠于2014年12月針對鍋爐制粉系統做了一項“科技樹點滿”的“小手術”,而這一手術的“操刀醫師”正是時任中國華電集團科學技術研究總院(以下簡稱“華電科研總院”)副院長的彭維明。

  2013~2014年,基于常規路線的超低排放改造工程在全國范圍內如火如荼地展開,而華電科研總院卻敢當第一個吃螃蟹的人,他們選擇在河北華電鹿華熱電廠、長沙電廠等進行試點項目?;諗砦魎莆盞摹昂誑萍肌暴ぉざ嘞嗔鞣擲爰際?,針對電廠制粉系統分離器進行研發設計改造,提高制粉系統出力和分離器效率,進而提高鍋爐效率,實現“超低排放+超低能耗”的目標。

  近年來,我國電廠入爐煤質呈逐年下滑趨勢,熱值降低、灰分升高、煤質難燃盡成為制約鍋爐效率和電廠效益提升的重點難題。在這一背景下,鹿華熱電、長沙電廠兩大試點項目得到了中國華電集團有限公司的高度重視,也得到了北京市科學技術委員會的大力支持,項目同時被列為北京市重大科技專項和華電集團重大科技項目。2015年,時任華電集團分管科技工作的副總經理鄧建玲更稱其為“華電集團踐行‘超低能耗、超低排放’戰略的典型案例”。在他的支持下,彭維明的多相流分離技術走進了華電、走向了全國。

  鹿華熱電裝機容量2×33萬千瓦,燃用無煙煤、貧煤等難燃煤種,每臺機組配備4套鋼球磨煤機制粉系統。國內中儲式制粉系統普遍存在煤粉顆粒偏大、排粉機葉輪磨損嚴重、煙氣氮氧化物含量偏高等問題,由于相關領域技術水平的限制使得上述問題難以徹底克服。

  而如今,經過長達五六年運行時間的考驗和實證,無論是使用中儲式制粉系統的鹿華熱電,還是使用直吹式雙進雙出制粉系統的長沙電廠,彭維明引以為豪的“多相流分離技術路線—高效制粉系統”都取得了實實在在的戰果──各項運行成本下降、運行穩定性提升、各項環保及經濟指標優化,鹿華熱電更是以此為契機被認定為華電集團高新技術應用示范基地。

  “華電濰坊電廠一臺66萬千瓦機組完成了制粉改造后,光一次風機的電流就足足降低了50安培!”彭維明興致勃勃地向記者描述道:“目前,全國燃煤電廠中共有2000多臺套細粉分離器在使用,雙進雙出鋼球磨和粗粉分離器估計大約在6000臺以上,如果全面推開這套基于分離技術的高效制粉系統,節能減排的效果驚人,我們不妨稱之為煥發煤電發展新動能的一劑‘處方藥’?!?/P>

  求實

  打開分離技術“潘多拉的盒子”

  其實,早在2002年,彭維明的分離技術就已經名聲在外,他成功解決了制約分離器發展的瓶頸問題并給荷蘭皇家殼牌公司帶來了巨大的經濟效益。

  上世紀末至本世紀初,在石油領域,難以觀測到分離裝備流場中的漩渦破碎、斷裂等現象成了限制旋風分離器分離效率提升的世界級難題。彭維明經過數年的研究,成功打開了“潘多拉的盒子”──他首次發表了分離器內部流場中漩渦斷裂演化的研究結果,應用成果獲得荷蘭皇家殼牌總裁獎、發表11篇SCI論文、完成譯著《旋風分離器》,國際旋風分離技術研究發展從此提升至新的高度。

  經過最近十幾年的發展和完善,如今的多相流分離技術已經廣泛應用到燃煤電廠、多晶硅、煤化工和石油化工領域?;毓ぷ骱蟮吶砦饕艙攵勻濟旱緋У氖導使た?,相繼推出高效煤粉分離系統、高溫除塵器、煙氣深度凈化器,相當于為燃煤電廠實現“超低排放+超低能耗”開辟了與眾不同的途徑。

  去年9月,利用余熱發電的青島特鋼自備電廠生產技術部主任陳偉還在為他們的煙塵排放達不到穩定超低排放而苦惱。盡管已經采取了諸多辦法,該廠依然難以穩定滿足煙塵低于5毫克/立方米的超低排放要求。陳偉表示:“鋼鐵企業達標排放是法定責任,超低排放是鼓勵導向,對于完成超低排放改造的鋼鐵企業將加大政策支持力度?!苯衲?月末,生態環境部、國家發展改革委、工信部等五部門發布了《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》,要求80%以上的鋼鐵企業力爭在2025年底前實現包括自備電廠在內的生產全過程超低排放。

  “我們選擇安裝賽普瑞德公司的深度凈化器,一方面是投入成本低、施工周期短,另一方面是確實達到了運行能耗低、無二次污染、實現了穩定超低排放的效果,可以說是綜合考慮減排效果和投入產出性價比的最佳選擇?!背攣白芙岬?。除了無需額外運行成本實現煙塵指標顯著低于5毫克/立方米的同時,深度凈化器將原先排入大氣中的大量酸性液滴分離出來,有利于解決煙道及煙囪腐蝕和石膏雨的問題。經初步估算,若全國所有濕法脫硫電廠均采用該技術,則每年可將排入大氣中的271億噸酸性液滴捕捉下來,對我國的霧霾問題將起到顯著的改善作用。

  而針對吃“粗糧”的循環流化床鍋爐燃煤電廠,彭維明也為其量身定制了新型CFB鍋爐高效旋風分離器,大幅增加旋風分離器的分離效率,提高循環倍率,降低飛灰可燃物含量,提升鍋爐運行經濟性,并增加循環灰量,有利于控制爐膛溫度,同時顯著降低煙氣的含塵量,減少鍋爐受熱面磨損同時?;ず笮璞?。

  求全

  “獨門秘籍”各個領域“通吃”

  賽普瑞德公司的名字取自英文單詞Separation,名字飽含著企業創建者彭維明對分離技術的執著與鐘愛。近年來,為了把業務做大、做優、做強,賽普瑞德公司也從燃煤電廠延伸至多晶硅、煤化工、石油等非電領域。彭維明的多相流分離技術如同擁有“獨門秘籍”的武林高手,面對不同的領域、不同的問題、不同的工況,以其獨有、低成本、高效率的方法“一招鮮吃遍天”。

  比如在化石能源領域,當前解決污染多依靠脫硫、脫硝等末端治理手段,應從源頭挖掘節能減排潛力。煉油廠催化裂化裝置能量回收系統中,第三級旋風分離器(以下簡稱“三旋”)是其關鍵設備之一。我國目前的三旋結構基本上都是來自荷蘭皇家殼牌公司和美國UOP上個世紀六七十年代的技術,難以解決分離管之間的串氣和相互干涉等問題。彭維明先后研發FCC催化裂化高效分離技術、催化劑高效分離回收技術,解決了FCC三旋的各種問題,并于2002年底在法國成功進行了示范應用。

  針對多晶硅領域分離器存在的分離效率較低、硅粉逃逸導致后續設備及管路磨損加劇等問題,新型高效冷氫化旋風分離器應運而生。在首個應用項目──四川永祥股份有限公司改造示范項目中,多晶硅生產線經過全新的設計和改造,大幅降低了冷氫化反應器的硅粉單耗,每小時大概節省60~90千克硅粉損耗,同時極大減少后續文丘里洗滌器的處理壓力,降低后續設備及管路的磨損,延長設備使用壽命,提升系統安全運行的穩定性和經濟性。

  “距離已經消失,要么創新、要么死亡?!鋇狽擲肫髡庀罟ケ恢諶撕雎曰蚯崾擁摹昂誑萍肌弊囈緦δ茉戳煊?,它從底層物理機制出發,履行追求極致“清潔、低碳、高效”的信條,掀起一場求變、求實、求全的“能源技術革命”。

  分離技術專家彭維明

  鄧卓昆

  2016年8月30日,彭維明受邀參加“火電超低排放系統與清潔生產”技術論壇。宋光明 攝

  2018年,彭維明(前排左二)正在與專家學者團一起進行技術訪問。宋光明 攝

  多相流分離技術及其裝備的研究與開發,是一種以多相流體力學為理論基礎,是在燃煤電廠、多晶硅、煤化工和石油化工等領域中都極其常見的技術。由于應用范圍廣、研究難度極高,這項技術的研究及應用得到了全球范圍內化學工程、物理科研工作者、大型電力能源企業的高度重視。

  在全球都難以突破分離技術發展瓶頸之際,執著的彭維明發現并破解了問題的“源代碼”。他把分離技術的理論研究水平推向新的高度,并將這項技術應用于煉油、燃煤電廠、多晶硅等行業,為實現電力能源行業節能減排、捍衛碧水藍天作出了特殊的貢獻。

  “被牛頓的蘋果砸中絕非偶然”

  “為了發現流場中的漩渦破碎、斷裂和漩渦不穩定性現象,那段時間除了吃飯和睡覺,我就一直待在實驗室、寸步不離地盯著頻閃儀,有時甚至半夜睡不著覺就往實驗室跑?!迸砦骰匾渥約鶴暄屑際醯哪嵌問憊饉檔?。

  21世紀初的一年冬天,當時30出頭的彭維明快步行走在歐洲最古老的大學之一──荷蘭格羅寧根大學的校園里,他每天往返于實驗室與教工宿舍“兩點一線”,癡迷于多相流分離技術的研究。

  彼時,無論是在學術界還是工業界,都正苦于一項長期制約分離技術發展的瓶頸──遲遲無法觀察到旋風分離器流場中的漩渦破碎、斷裂以及漩渦不穩定性現象。一言以蔽之,只有找到這個“砸中牛頓的蘋果”,才能進一步研究探明制約旋風分離設備性能提升的深層物理機制。當時的彭維明并不知道這個“砸中牛頓的蘋果”會落到自己頭上,更不知道他的研究成果將對國際上分離技術的發展和應用產生長遠而深厚的影響。

  隨后的幾年時間里,在荷蘭格羅寧根大學化學工程系畢業后,彭維明先后輾轉于清華大學工程物理系、挪威卑爾根大學技術物理學院從事博士后研究工作。即便去了不同國度、換了不同身份,彭維明一直不曾把這個久攻不破的難題放下。2003年,他在國際上首次通過實驗觀察到了前述現象,之后首創性發表了分離器內部流場中漩渦斷裂演化的研究結果,實現了多相分離過程核心理論的突破?!拔矣澇賭巖醞茨歉鲆雇?,找到這個苦苦尋覓的現象后,我顧不上考慮時差,立馬給我的同行、老師挨個打電話,將這一重大成果分享給他們?!碧鈣鵡且惶?,彭維明依然興奮不已。

  果不其然,這一研究成果在學術界和業界都引起了巨大反響,相關專業領域的學者紛紛向彭維明取經問道。在彭維明進一步提出高效分離裝備設計的全局模型后,這一技術正式應用到荷蘭皇家殼牌公司(以下簡稱“殼牌公司”)在法國的一家煉油廠中。設備投運后,該廠節能水平和安全性均實現了質的飛躍,企業的效益也獲得了大幅提升,彭維明的技術迅速在殼牌公司全線“開花結果”。

  “讓煤粉更細、更均勻

  是電廠節能減排的根”

  幾年后,彭維明作為“國家特聘專家”歸國,在華電工作期間,他承擔了華電集團重大科技項目“高性能多相流分離裝備核心技術研究與應用”等18項國內外重點項目的研發攻關工作。研究如何將之前應用于煉化石油行業的分離技術推廣應用到燃煤電廠、多晶硅、煤化工等其他領域,成為彭維明這一時期最重要的課題。

  “針對燃煤電廠制粉系統當時存在的高耗低效等情況,改造制粉系統,讓煤粉更細、更均勻是電廠節能技術的根。一方面能根治鍋爐結焦、燃燒不充分等問題,另一方面還能系統性降低污染物排放,又幾乎無需增加額外的運行維護費用,何樂而不為呢?”彭維明向記者“安利”自己近年研發出的一項項新成果:“燃煤電廠制粉系統優化技術”“高溫煙氣煙塵處理技術”及“尾部煙氣深度凈化技術”。

  在彭維明看來,將先進的多相流分離技術應用到燃煤電廠節能降耗減排升級改造中,提出具有自主知識產權的燃煤電廠“超低能耗、超低排放”技術路線,是前所未有、值得推廣的新路子。近年來,全國首創的“制粉系統優化技術”示范應用項目先后落戶湖南長沙發電有限公司和華電河北鹿華電廠。兩座示范項目改造后的細粉分離器各項性能指標均優于國內行業水平,至今運行狀況良好,未發生任何“水土不服”的情況,足以驗證彭維明所掌握的分離技術是一項極具革命性、普適性的高新技術。

  “如果全面推廣這套以‘煤粉’為突破口的高效分離技術,我國燃煤電廠能進一步實現大幅節能減排,對于我國減少碳排放總量、解決燃煤發電企業煙道及石膏雨問題、提升火電核心競爭力均有顯著的作用?!迸砦鞒瀆判牡廝檔?。

  美國化學學會高級會員、挪威卑爾根大學原高級研究員、中國華電集團科研總院原副院長……哪一種身份都說明了彭維明是一位典型的“技術大?!?。在探索和應用科學技術的路上他無怨無悔。這位分離技術專家,如今還“大膽”離開了一心做研究的“舒適區”,成立“青島賽普瑞德分離技術有限公司”,勇闖“技術落地、市場推廣”這最后也可能是最難的一關,繼續為助力我國打贏碧水藍天保衛戰、將多相流分離技術發揚光大貢獻自己獨有的力量。

責任編輯:趙雅君  投稿郵箱:網上投稿

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