發布時間:2023-03-15 15:01:11
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關鍵詞 火電廠;發電技術;大氣污染;環境成本
中圖分類號 TM611.3 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708(2013)89-0048-02
0 引言
電力處于我國能源戰略的中心,無論是電源還是電網,在建設和生產運營過程中都必須使用或者耗費大量的自然資源(水資源、土地、環境容量、煤炭、石油、天然氣等)。
目前電力市場已將環境成本納入發電總成本中,因而發電廠大氣污染物的控制已經是發電成本的組成部分,影響到發電企業的市場競爭力。
國內外針對火電廠大氣污染物的研究主要為針對單一污染物的控制技術研究,如除塵、脫硫、脫硝等。近年來,已經開始從發電技術角度來考慮污染物的控制及資源節約的問題。
1 主要火力發電技術
當前,為提高火電機組的環保性和經濟性,很多先進國家應用的火電新技術包括:燃氣--蒸汽聯合循環發電技術、超(超)臨界發電技術、循環流化床(CFB)發電技術、整體煤氣化聯合循環(IGCC)發電技術、大容量熱電聯產發電技術及大型空冷發電技術等。
根據發電技術的基本發展趨勢,結合對經濟、技術、環境等各方面因素的考慮,可以預測,在中長期內,世界發電技術的發展將主要集中在以下幾項技術:常規燃煤技術,流化床燃燒技術,燃氣-蒸汽聯合循環發電技術、超臨界和超超臨界發電技術、整體煤氣化聯合循環發電技術[1]。
2 污染物控制效果和環境優勢
2.1 高參數機組
超臨界、超臨界火電機組具有非常明顯的改善環境和節能的效果,超超臨界機組與超臨界機組相比,熱效率提高了1.2%。所以,未來火電建設將主要發展高效率高參數的超臨界(SC)和超超臨界(USC)火電機組。
超(超)臨界火電機組是目前世界上較為成熟的先進發電技術,主蒸汽溫度/再熱蒸汽溫度為600℃/600℃的超超臨界火電機組供電效率可高達45%。在對超超臨界機組安裝脫硫、脫硝裝置后,其SO2排放濃度能夠控制在200mg/m3,NOx排放濃度能夠控制在200 mg/m3以下。
2.2 流化床機組
循環流化床燃燒技術具有以下特點:氣固混合好;燃燒速率高,特別是對粗顆粒燃料;絕大部分未燃盡的燃料被再循環至爐膛,其燃燒效率可達到97.5%-99.5%。
循環流化床鍋爐800℃~900℃的燃燒方式和大量循環物料,一方面能夠控制氮氧化物(NOx)的生成,另一方面也是石灰石脫硫的最佳溫度。將石灰石隨著煤粒一并送入爐膛,就能夠在燃燒過程中進行高效地脫硫。脫硫率可達80%~95%,NOx排放可減少50%。
2.3 燃氣-蒸汽聯合循環發電技術
聯合循環是指將在中低溫區工作的蒸汽輪機的朗肯循環與在高溫區工作的燃氣輪機的布雷登循環進行疊置,將其組成一個總能系統循環,它的燃氣初溫很高(1 100℃~1 300℃),蒸汽做功后終溫又很低(30℃~40℃),這樣不僅實現了熱能的梯級利用,同時也提高了總的循環效率。
燃氣-蒸汽聯合循環的效率可以達到60%左右,聯合發電成本下降10%,與常規的亞臨界燃煤機組相比,CO2減排量可降低30%左右,SOx的排放減少90%,NOx的排放減少50%[2]。
2.4 整體煤氣化聯合循環發電技術
整體煤氣化聯合循環簡稱IGCC,是空氣分離技術、煤氣凈化技術、煤的氣化技術、高性能的燃氣-蒸汽聯合循環技術等多種高新技術的集成體。IGCC先是將煤氣化過程中產生的可燃氣體進行脫硫、凈化等處理,去除煤中的含硫化合物、灰等雜質,得到清潔且具有一定壓力的煤氣,將其供給燃氣輪機做功,然后與蒸汽輪機組合,形成聯合循環發電系統。
IGCC電站具有多級高壓的燃燒前除塵脫硫系統,煤氣的壓力高、流量小、濃度大,容易處理[3];此外,氣化爐的還原性氣氛以及燃氣輪機低NOx技術均能對NOx排放進行有效的控制;IGCC的高效率不僅能有效地降低CO2的排放,對煤氣中的CO2也較容易脫除[4]。綜上特點,IGCC在控制污染物排放方面有獨特的優勢,發展前景廣闊。
據中商情報網全新的《2011-2015年中國整體煤氣化聯合循環發電系統(IGCC)市場調查報告》報導,在我國目前的技術水平下,IGCC發電的凈效率在43%~45%,有望達到更高。脫硫效率高達99%,耗水為常規電站的1/3~1/2,氮氧化物排放也僅為常規電站的15%~20%,二氧化硫排放在25mg/Nm3左右,污染物的排放量僅為常規燃煤電站的1/10。
IGCC技術將高效的燃氣-蒸汽聯合循環發電系統與潔凈的煤氣化技術進行結合,既提高了發電效率,又達到了環保效果,不失為一種具有發展前景的潔凈煤發電技術。
3 結論
電力生產是工業和經濟發展的重要保證,同時也是大氣污染的主要來源之一。隨著社會和經濟的不斷發展,電力發展也開始受到自然資源的制約;在污染物排放方面,電力行業面臨著社會責任和環境成本的雙重挑戰。
目前火力發電廠環境治理主要是在對污染物控制技術方面,如除塵、脫硫和脫硝,這些技術對于治理污染物排放起到了明顯的、巨大的作用,然而也使發電成本顯著提高。因此發電技術的進步將向著同時提高發電效率和降低環境成本的方向發展。
從目前世界火力發電技術水平來看,超超臨界發電技術、整體煤氣化聯合循環、大型循環流化床鍋爐、燃氣―蒸汽聯合循環等將是同時提高火電廠效率和減少污染物排放的發電技術,是未來電力技術的主流。
大幅度提高發電效率、加速發展潔凈發電技術的是我國可持續發展、節約能源、保護環境的重要措施。
參考文獻
[1]梁月娥,何德文,柴立元.大氣污染物總量控制方法研究進展[J].工業安全與環保,2008,34(5):45-47.
[2]王柏仁.燃氣-蒸汽聯合循環發電技術發展對策研究.湖北電力,2007,31(1):64-66.