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(1)节能环保细分产品行业基本概述:
1、炉渣节能环保处理系统:炉渣也称炉底渣,是固体燃料在锅炉等燃烧设备的炉膛中燃烧后,从炉底排渣口排出的灰渣,是我国主要大宗工业固体废物之一。依对炉渣处理方式的不同,炉渣节能环保处理系统分为干式炉渣处理系统和湿式炉渣处理系统。
1)干式炉渣处理系统:干式炉渣处理系统是指依靠炉膛负压和风机,引入适量受控的冷却风对高温炉渣进行冷却的炉渣处理系统。其主要工作原理是:经过燃烧后的高温炉渣由炉底连续排出,通过渣井经关断门破碎后在干渣机的输送带上低速运动,在炉膛负压和风机作用下,受控的少量环境空气逆向进入干渣机内部与热渣进行热交换,使热渣在输送带上完成燃烧并冷却,经碎渣机再次细化破碎后进入渣仓中储存和定时卸料。干式炉渣处理系统对高温煤渣进行冷却收集处理,减少有害物质的排放,同时实现炉渣余热回收利用,提高了锅炉热效率,具有节能减排的功能。
(2)湿式炉渣处理系统:湿式炉渣处理系统是指依靠冷却水对高温炉渣进行冷却的炉渣环保处理系统。其主要工作原理是:经过燃烧后的高温炉渣由炉底连续排出,通过渣井和关断门后落到装满冷却水的刮板捞渣机槽体内,并经冷却、粒化后输送至渣仓中储存和定时卸料。
2、烟气节能环保处理系统:锅炉排放的烟气中含有大量粉尘、SOX、NOX等有害物质,是造成大气污染的主要原因之一。
锅炉排放烟气温度约140℃~160℃且体积流量大,有较高的余热利用价值。其中,低温烟气余热深度回收系统、细颗粒物去除系统和全负荷脱硝系统,有助于减少烟气有害物质排放和余热回收利用,实现节能减排效果。
1)低温烟气余热深度回收系统:低温烟气余热深度回收系统的核心设备为烟气深度冷却器(也称“低温省煤器”),是一种采用冷却工质对烟气进行深度冷却并吸收余热的热能转换装置。其采用翅片管作为换热元件,翅片管内通水,烟气流经翅片管外壁,因水温低于烟气温度,水经翅片管吸收烟气的热量,水温升高的同时使烟气温度降低。烟气深度冷却器具有节能降耗与增效减排的双重效果。
2)细颗粒物去除系统:细颗粒物去除系统核心设备烟气冷凝装置,是一种采用冷却工质对烟气进行更深度冷却的热能转换装置,该装置可使烟气中几乎所有的酸蒸汽和部分水蒸汽发生相变冷凝析出(烟气深度冷却器只使烟气中的硫酸发生相变和飞灰中碱性物质发生凝并吸收)。细颗粒物去除系统通过烟气冷凝装置将脱硫塔出口烟气温度降低,使烟气中的细颗粒物与水蒸汽凝结去除,实现环保排放的目的,冷凝水可循环利用;与烟气深度冷却器、烟气再热器联合配置可去除有色烟羽和白色烟羽,减轻烟囱腐蚀。
3)全负荷脱硝系统:为实现燃煤电厂超低排放的环保要求,大部分燃煤发电机组都使用SCR(选择性催化还原法)烟气脱硝技术。SCR系统的高效催化剂最佳运行烟温一般要求在300℃~420℃之间,但目前多数火力发电厂都存在机组锅炉低负荷运行、脱硝入口烟温不达标的问题。另外,未来火电机组承担电网深度调峰已成必然趋势,深度调峰时或锅炉启动过程中,脱硝入口烟温也达不到催化剂投运最低温度要求。烟温低于催化剂最佳运行温度时,会导致氨分子逃逸率增大,减少了与NOx的反应机率,脱硝效率下降,最终导致排放不达标。同时,逃逸的氨分子与SO3和H2O发生化学反应生成硫酸铵或硫酸氢铵,生成物附着在催化剂表面,易引起积灰进而堵塞催化剂的通道和微孔,降低催化剂的活性和脱硝效率,生成物也会随烟气到达空预器位置,引起空预器的堵塞,造成后续引风机等设备出力增加,严重时会造成机组停运事故。
针对锅炉低负荷调峰运行及启动时SCR入口烟温低的情况,公司研究开发了全负荷脱硝系统,通过锅炉省煤器水侧调节技术,减少锅炉省煤器内工质从烟气侧的吸热量,从而提高SCR装置进口烟气温度,满足电厂锅炉在并网后的全负荷范围内SCR系统正常投运的要求,满足低负荷及深度调峰时脱硝系统正常运行的要求,降低污染物排放,缓解空预器堵塞问题,确保锅炉长期的低负荷能力。
3、清洁能源消纳系统:清洁能源消纳系统包括电极锅炉系统和蓄热器系统,二者既可单独使用,又可联合配置使用,将电能转换成热能存储和供给,以实现火力发电机组灵活性调峰、清洁供热、清洁能源消纳等用途,从而减少弃风弃光率、解决热电联供用户热需求与电需求不平衡、促进供电负荷稳定等目标。
1)电极锅炉系统:电极锅炉是电极锅炉系统的核心设备,是一种利用水的高电阻特性,采用三相电极直接在锅炉内设定电导率的炉水中放电发热,使得电能以接近100%的转换效率转换成热能,产生热水或蒸汽的装置。
2)蓄热器系统:蓄热器是利用水的蓄热能力蓄存热能的一种装置,其工作原理是基于不同温度下水密度的差异,在罐体容器中,密度不同的冷热水因重力影响而自然分层,热水在上,冷水在下,中间形成厚度1米左右的过渡层。当热源产热量大于用户用热量时蓄热器蓄热,当热源产热量小于用户用热量时蓄热器放热。蓄热器罐体中水的质量是保持恒定不变的,而储热量是变化的。蓄热器通过解决热能供需在时间和空间上的矛盾,来实现削峰填谷、蓄存热能的作用,以满足火力发电机组灵活性调峰、清洁能源消纳及清洁供热的节能环保需求。
4、脱硫废水环保处理系统:脱硫废水处于全厂水处理的最末端环节,已成为燃煤电厂中最难处理的高盐废水,为最低成本的实现脱硫废水零排放,公司根据用户需求及现场情况提供不同解决方案,主要工艺路线为浓缩减量+干燥固化,将废水中清洁的水进行分离回用,废水中的石膏、粉尘、杂盐进行干燥固化。
(2)行业整体发展态势分析:节能环保产业是指为节约能源资源、发展循环经济、保护生态环境提供物质基础和技术保障的产业,主要包括节能产业、环保产业和资源循环利用产业,是国家鼓励发展的战略性新兴产业之一。
1)行业发展阶段和基本特点:节能环保产业的发展历史可以追溯到20世纪30年代,发达国家大规模工业生产和经济水平快速发展,造成了严重的环境污染,并引发多起环境公害事件,环保重要性开始受到广泛重视。20世纪70年代各国开始建立环境保护相关政策法律,推动产业进入发展正轨。20世纪80年代开始至今,环保产业进入高速发展阶段,可持续发展理念深入人心,各项先进技术纷纷运用到环保产业中,产业体系趋于成熟。我国节能环保产业从20世纪60年代中后期开始萌芽,重点是“三废”治理和综合利用;1973年国务院召开第一次全国环境保护会议,标志着环境保护工作全面起步;1988年首次提出发展环保产业这一概念,引发社会广泛关注;20世纪90年代开始,随着中国经济快速发展,国内生态环境质量不断恶化,环保产业开始进入高速发展阶段;2000年后,政府出台了一系列推动节能环保产业发展的意见和规划,节能环保相关政策法规也不断完善,节能环保产业产值和规模增长迅速,成为国家战略新兴产业。
以火电行业为例,从上世纪末期到2010前,电力系统经历建设高潮以后,逐渐进入环保改造的新阶段,电力系统也从量的发展阶段进入质的发展阶段。国家于2011年颁布新版大气污染物排放标准,随后电站锅炉脱硝、脱硫、除尘等新工艺改造提上日程。2014年9月,国家发改委、环境保护部、国家能源局联合印发《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)》,提出行动目标“全国新建燃煤发电机组平均供电煤耗低于300克标准煤/千瓦时”。2015年12月,环境保护部、国家发改委、国家能源局联合印发《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》,全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造,燃煤电厂节能减排改造进入快车道。为加快能源技术创新,挖掘燃煤机组调峰潜力,提升我国火电运行灵活性,全面提高系统调峰和新能源消纳能力,2016年6月,国家能源局发布了《关于下达火电灵活性改造试点项目的通知》确定丹东电厂等16个项目为提升火电灵活性改造试点项目。2016年11月,东北能源监管局连续出台《东北电力辅助服务市场专项改革试点方案》、《东北电力辅助服务市场运营规则(试行)》,通过建立电力辅助服务市场及分担共享市场机制,深度挖掘火电机组调峰潜力、引导火电机组为风电、光伏、核电让路,保障电力系统安全、稳定、经济运行,促进风电、核电等清洁能源消纳。火电灵活性改造、深度调峰与新能源消纳开始提上日程。
为助力全国碳达峰、碳中和目标如期实现,进一步降低煤电机组能耗,提升灵活性和调节能力,提高清洁高效水平,促进电力行业清洁低碳转型,2021年国家发展改革委、国家能源局发布《关于开展全国煤电机组改造升级的通知》(发改运行【2021】1519号)和《全国煤电机组改造升级实施方案》,提出了十四五期间节煤降耗改造、灵活性改造和清洁能源消纳目标,拉开了火电灵活性改造大幕。
随着政府十四五规划和碳达峰、碳中和目标的提出,电力、钢铁、化工、建材、水泥等重点碳排放行业的节能环保改造目标和措施陆续推出,节能环保行业面临新的重大历史发展机遇。
作为战略性新兴产业之一,环保产业是环境保护的物质基础和技术保障,是推进节能减排的重要支撑。环保产业涉及技术、装备、产品、材料、工程、服务等各方面,与国民经济的很多行业具有全方位、多层次的关联作用。环保产业的发展,一方面增加了污染治理能力,为改善环境质量提供了条件;另一方面,由于环保产业渗透于国民经济的各个环节,具有产业链长、设计面广、影响力大等特点,其发展也带动了相关产业技术升级和产业机构调整、增加了就业机会、促进了社会的稳定和和谐。
2)主要技术门槛:环保技术产品种类庞杂,各门类之间关联性不强,难以实现大规模生产。环保产品多为集成产品﹐且受地方自然经济条件影响,本土化因素强,复制性较差。节能环保技术涉及行业多,经验丰富的多专业人才门槛较高。环保产业的服务和装备制造、试制研发需要涉及机械工程、电气、热动、环境、土建工程等多个专业领域,一项工程设计和实施需要多专业领域的人才团队才能实现。节能环保巿场多样化、非标化程度高,难以实现标准化,需要定制设计、生产、施工。这主要是因为﹐在工业领域﹐环保工程是依托于其他产业生产过程,受其他产业生产线规模大小、现场环境、排放条件等影响而不同。整体来看,节能环保产业是一个需要个性化设计、生产、施工、运营的产业。
水、气、土和固废等节能减排、污染防治关键技术工艺的技术水平高、系统集成复杂,节能环保技术创新和产业化投资大、周期长、专业化程度高、风险大,当前的招标体制下,客户资源、品牌资源、项目业绩经验、运营资质、研发能力、技术专利和行业标准等都形成了较高的技术壁垒。
中金企信国际咨询公布的《2022-2028年中国炉渣节能环保处理系统行业专项深度调研及投资规划指导可行性预测报告》
(3)产业发展趋势分析:近年来,节能环保技术装备迅速升级,技术水平不断提升,主导技术和产品基本满足市场需求,重点节能环保技术方面也取得一定突破,部分技术装备水平达到国际领先。虽然我国节能环保产业发展进入快车道,取得一系列成绩,但与新时代生态文明建设目标和经济高质量发展要求相比仍然存在较大差距,面临产业集中度低、污染治理任务重、商业模式创新不足、资金短缺、科技创新动力不强等一系列突出问题。我国节能环保产业总体规模在国民经济结构中的比重偏低,仅占3%,与国民经济支柱产业的要求仍有一定差距。
1)新技术发展情况和未来发展趋势:
①电站炉渣节能环保处理:
②电站烟气治理及余热回收:
③灵活性改造和清洁能源消纳:
④非电节能装备技术:
2)新产业发展情况和未来发展趋势:随着我国“3060双碳政策”的要求以及节能环保要求的提高和应用范围的扩大,火力发电已经由燃煤发电向生物质、垃圾燃料发电发展,其炉渣节能环保处理系统和烟气节能环保处理系统在本领域不断改造升级。同时非电行业成为节能环保行业新的热点,炉渣节能环保处理系统和烟气节能环保处理系统已经向冶金、垃圾处理等行业领域拓展,并取得工程应用,新型耐腐蚀塑料合金管及制成的管壳式换热器、气气换热器、管式换热器等新型换热器已在化工、冶金、石油等非电行业取得部分工程应用。随着双燃煤机组逐渐承担更多的调峰职责,清洁能源发电及清洁能源消纳产业持续向好发展,清洁取暖由京津冀及周边地区大气污染传输通道重点“2+26”试点城市向全国范围推广;火力发电灵活性调峰、调频等电力辅助服务市场已从东北三省发展到山西、福建、山东、新疆、宁夏、广东、甘肃、四川等省份。城乡垃圾源头治理、减量化、资源化需求逐步增加。通过电站燃煤锅炉、垃圾焚烧锅炉耦合消纳污泥的需求逐步增加。
2021年11月3日,国家发展改革委、国家能源局发布《关于开展全国煤电机组改造升级的通知》(发改运行【2021】1519号)中提出,为认真贯彻落实《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》精神,进一步降低煤电机组能耗,提升灵活性和调节能力,提高清洁高效水平,促进电力行业清洁低碳转型,助力全国碳达峰、碳中和目标如期实现,国家发展改革委、国家能源局会同有关方面制定了《全国煤电机组改造升级实施方案》,提出十四五期间的三项改造目标:节煤降耗改造规模不低于3.5亿千瓦;存量煤电机组灵活性改造应改尽改,“十四五”期间完成2亿千瓦,增加系统调节能力3000—4000万千瓦,促进清洁能源消纳。“十四五”期间,实现煤电机组灵活制造规模1.5亿千瓦。同时,《关于进一步完善分时电价机制的通知》《电力并网运行管理规定》《电力辅助服务管理办法》等电力市场化交易、辅助服务市场配套政策频出,伴随峰谷电价的拉大以及辅助服务市场机制的成熟,火电灵活性改造市场将迎来巨大的市场空间,节能环保行业面临新的重大发展机遇。
“十三五”期间,智慧电厂相关技术得到了广泛的关注,多个发电集团在该领域启动了相关研究和应用探索试点。但大数据与人工智能在火电机组复杂过程控制中的闭环应用等关键技术有待突破。未来的发展重点为以煤质为核心的火电全过程自适应优化控制系统、大数据与人工智能在锅炉燃烧过程控制中的闭环应用,例如低负荷稳燃及煤粉输送均布等,建成具有“自学习、自趋优、少人值守”特征的智慧电厂。
3)新业态、新模式发展情况和未来发展趋势:近年来,随着我国经济的快速发展、信息化时代冲击和行业技术进步,大量大型企业涌入节能环保领域,加剧了市场竞争和技术发展。目前节能环保供应商主要包括三类:一是节能环保工程总包商,承揽节能环保产品采购或设计生产和安装施工服务;二是节能环保设备生产商,凭借其研发、生产优势,承揽节能环保产品的设计制造;三是性能检测验收机构,提供节能环保系统设备性能验收和检测服务。随着行业内供应商的增多和竞争日益激烈,供应商也越来越重视服务质量,以争取更大的市场份额,由提供保障性服务向支持性、增值性、升级性服务扩大,从单一的方案设计和产品供给到全生命周期管理和服务转变,“EMC(合同能源管理)”和“EPC+C(总承包+托管运营)”、“BOT(建设-运营-移交)”模式得到迅速发展。