煤的清潔利用技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展

1、物理學(xué)與可持續(xù)發(fā)展專題編者按能源是社會(huì)發(fā)展和人類進(jìn)步的基礎(chǔ).物理學(xué)的任務(wù)之一就是要揭示能源生產(chǎn)和利用過(guò)程中的物理規(guī)律,保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展.在全球應(yīng)對(duì)氣候變化的大背景下,發(fā)展低碳能源技術(shù),實(shí)施低碳經(jīng)濟(jì),已成為世界經(jīng)濟(jì)社會(huì)變革及可持續(xù)發(fā)展的必由之路.在我國(guó),低碳能源技術(shù)主要包括現(xiàn)有資源(能源)的高效、清潔利用和新能源的開發(fā).根據(jù)這一思路,本期專題選擇了三篇文章,分別針對(duì)我國(guó)一次能源以煤為主的特點(diǎn),深入分析了幾種主要的煤的潔凈利用技術(shù)的現(xiàn)狀及存在的主要問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì);針對(duì)我國(guó)垃圾水分高、熱值低、品質(zhì)差的特點(diǎn),分析了中國(guó)垃圾無(wú)害化、減量化和資源化的狀況、優(yōu)缺點(diǎn),指出了資源化的目標(biāo)和未來(lái)的發(fā)展方向

2、;從“充分吸收光能,減少能量轉(zhuǎn)換損失”的角度,分析了新一代太陽(yáng)電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特征,對(duì)新一代太陽(yáng)電池的基本概念、研究現(xiàn)狀和研究目標(biāo)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹.煤的清潔利用技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展3陳昌和 王淑娟禚玉群趙博李彥(清華大學(xué)熱科學(xué)與動(dòng)力工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室摘要要問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì),其中包括大容量()、燃煤煙氣凈化技術(shù)、循環(huán)流化床燃燒技術(shù)(CFBC)、().在此基礎(chǔ)上,給出了中國(guó)煤的清潔利用方式的建議:(;整體燃?xì)饣?lián)合循環(huán)技術(shù)、()以及二氧化碳的捕集和封存技術(shù)(CCS),具有廣闊應(yīng)用前景,值得長(zhǎng)期大力發(fā)展.關(guān)鍵詞煤的清潔利用技術(shù)(CCT),超(超)臨界燃煤發(fā)電(USC),循環(huán)流化床鍋爐燃燒(CFBC),整體

3、煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC),二氧化碳捕集和封存(CCS)ThepresentandfutureofcleancoaltechnologyCHENChang2HeWANGShu2JuanZHUOYu2QunZHAOBoLIYanXUXu2Chang(KeyLaboratoryforThermalScienceandPowerEngineeringofMinistryofEducation,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China) AbstractBasedontheprimaryenergycharacteristicsofChina,thecurrents

4、tatusandfuturedevelop2mentofcleancoaltechnologies,includinglarge2scaleultra2super2critical(USC)powergenerators,fluegascleaning,circulatingfluidized2bedcombustion(CFBC),integratedgasificationcombinedcycle(IGCC)technology,andcoalwashingareanalyzedindetails.Itcanbeconcludedthat,intheshortterm,USCgenera

5、tionwithfluegascleaningandCFBCwillbethetwomajorcleancoaltechnologiesinChina.Howev2er,IGCC,oxy2fuelcombustion(especiallypressurizedoxy2fuelcombustion),andCO2captureandstorageareofgreatpotentialandareworthdevelopinginthelongterm.Keywordscleancoaltechnology,ultra2super2criticalgenerator,circulatingflui

6、dized2bedcombustion,integratedgasificationcombinedcycle,CO2captureandstorage(2008)和(2008)資助3中國(guó)工程院項(xiàng)目“煤的潔凈化技術(shù)前景及定量評(píng)估”“煤炭的高效潔凈化利用”2009-06-17收到通訊聯(lián)系人.Email:cch2dte物理39卷(2010年)5期http:301物理學(xué)與可持續(xù)發(fā)展專題家發(fā)改委能源局2008年統(tǒng)計(jì)資料3,我國(guó)優(yōu)質(zhì)資源1引言今后30至50年內(nèi),煤炭在我國(guó)一次能源構(gòu)成的主導(dǎo)地位不會(huì)改變.除少量用于煤化工等領(lǐng)域外,煤的主要利用方式是直接燃燒,火力發(fā)電、工業(yè)鍋爐和城鄉(xiāng)居民生活用煤占煤炭總產(chǎn)量

7、的80%以上,其中發(fā)電與熱電聯(lián)產(chǎn)用煤總量占煤炭總產(chǎn)量的50%以上;預(yù)計(jì)2010年我國(guó)煤炭生產(chǎn)和發(fā)電用煤分別達(dá)到26億噸和16億噸1.煤炭利用存在的問(wèn)題是:效率低和污染嚴(yán)重.對(duì)于工業(yè)鍋爐和城鄉(xiāng)居民生活用煤來(lái)說(shuō),由于量大面廣,利用效率極低并且污染特別嚴(yán)重,解決的方法是采用電和天然氣等潔凈燃料進(jìn)行替代,因此其煤炭消費(fèi)比例在不斷減小.而隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)繼續(xù)穩(wěn)定增長(zhǎng),對(duì)電力的需求的增大導(dǎo)致發(fā)電用煤的比例不斷增大.20012020年的中國(guó)電力裝機(jī)容量發(fā)展趨勢(shì)1如圖1所示.到2008年底,萬(wàn)千瓦,增長(zhǎng)10.34%.容量75.87煤13.4億噸,4.05%2.日漸減少和短缺,其中煤炭剩余儲(chǔ)量的保證程度不足100年

8、,石油剩余儲(chǔ)量的保證程度不足15年,天然氣剩余儲(chǔ)量的保證程度不足30年.若按照2020年我國(guó)的能源需求預(yù)測(cè)量估算的話,煤炭、石油和天然氣的資源保證程度,則分別下降到30年、5年和10年.這樣的需求總量,將使中國(guó)的能源安全和保障能源資源供應(yīng)面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn).因此,深入研究我國(guó)煤炭高效潔凈化利用,開發(fā)高效、潔凈的燃煤發(fā)電技術(shù),是保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康快速發(fā)展和保護(hù)環(huán)境的迫切需要.目前,煤的清潔利用的主要技術(shù)有:煤的高效燃燒及其燃燒后的煙氣處理、凈化,即脫硫、脫硝、CO2的捕獲與封存(CCS),循環(huán)流化床燃燒(,整體煤氣化IGCC).2.1煤的高效燃燒和燃煤煙氣污染物控制技術(shù)2.1.1超(超)臨界機(jī)組發(fā)

9、電技術(shù)目前我國(guó)火電廠煤粉鍋爐燃燒主要存在鍋爐燃燒不穩(wěn)定、爐膛結(jié)渣、發(fā)電效率低和環(huán)境污染等問(wèn)題,解決的途徑之一就是發(fā)展大型高效環(huán)保機(jī)組,建設(shè)大型超(超)臨界電站和加快淘汰落后的小火電機(jī)組.超臨界壓力機(jī)組已是世界上比較成熟的一項(xiàng)技術(shù),超超臨界發(fā)電技術(shù)是在超臨界技術(shù)的基礎(chǔ)上,通過(guò)進(jìn)一步提高主蒸汽的溫度和(或)壓力等級(jí)來(lái)不斷提高發(fā)電效率及相應(yīng)的節(jié)能環(huán)保水平.超臨界及超超臨界機(jī)組的最大優(yōu)勢(shì)是能夠大幅度提高循環(huán)熱效圖1中國(guó)電力裝機(jī)容量發(fā)展趨勢(shì)率,降低發(fā)電煤耗.一臺(tái)1000MW的超臨界參數(shù)燃煤機(jī)組比同容量亞臨界參數(shù)機(jī)組每年可以節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤20萬(wàn)噸以上2.20世紀(jì)60年代初,美國(guó)、俄羅斯和日本就開始燃煤電廠的污

10、染主要有:大氣污染、水污染、固體廢棄物污染和噪聲污染等.其中大氣污染物主要是由煤燃燒后產(chǎn)生的污染物,包括二氧化碳(CO2)、二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)、煙塵和含有汞的重金屬等,其中SO2和NOx是形成“酸雨”的主要污染物,同時(shí)氮氧化物又能與碳?xì)浠衔锝Y(jié)合形成光化學(xué)煙霧,嚴(yán)重危及人體健康與自然環(huán)境.二氧化碳排放量的增加,使溫室效應(yīng)日益加重.根據(jù)國(guó)家環(huán)保部的測(cè)算,我國(guó)環(huán)境容量上限為二氧化硫1620萬(wàn)噸,氮氧化物1880萬(wàn)噸.如不采取有效措施,預(yù)計(jì)到2020年,SO2和NOx的排放量將分別達(dá)到4000萬(wàn)發(fā)展超臨界大型機(jī)組.近10年來(lái),高效超臨界技術(shù)在美國(guó)、日本和歐洲得到迅速發(fā)展,投入運(yùn)行

11、的高效超臨界機(jī)組取得了良好的運(yùn)行業(yè)績(jī),其經(jīng)濟(jì)性、可靠性和靈活性代表了當(dāng)代火力發(fā)電技術(shù)的先進(jìn)水平.在已投入運(yùn)行的高效超臨界機(jī)組中,單機(jī)容量多在7001000MW之間.隨著材料技術(shù)的發(fā)展,各國(guó)計(jì)劃在未來(lái)1020年間將開發(fā)蒸汽初參數(shù)更高的兩次再熱超臨界機(jī)組.我國(guó)超臨界發(fā)電技術(shù)從2000年起步,到2006年底,已有40余臺(tái)、近30000MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組噸和3500萬(wàn)噸,大大超出環(huán)境容量.另一方面,據(jù)國(guó)302http:物理39卷(2010年)5期物理學(xué)與可持續(xù)發(fā)展專題投產(chǎn)運(yùn)行,其中有3臺(tái)1000MW超超臨界機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電.據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前投產(chǎn)、建設(shè)和訂貨的600MW、1000MW超(超)臨界燃煤機(jī)

12、組達(dá)150余臺(tái).目前超(超)臨界機(jī)組存在以下三個(gè)問(wèn)題:一是隨著參數(shù)的提高,蒸汽對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的激振增加,固體顆粒的沖蝕趨于嚴(yán)重,疲勞耗損趨于嚴(yán)重等問(wèn)題,需要采用新的材料和相應(yīng)的設(shè)計(jì)制造技術(shù);二是燃煤量大,煙氣量大,排放粉塵量多,需要采用高效率的煙氣凈化技術(shù);三是采用3031MPa的高參數(shù)在設(shè)計(jì)、制造和安全可靠性方面尚有較高的風(fēng)險(xiǎn).2.1.2燃煤煙氣污染物控制技術(shù)用選擇性催化還原(SCR)和選擇性非催化還原(SNCR)兩種方式對(duì)NOx形成后的煙氣進(jìn)行凈化處理.我國(guó)低NOx燃燒技術(shù)開始于20世紀(jì)80年代,主要有低氮燃燒器技術(shù)、空氣分級(jí)燃燒技術(shù)、燃料分級(jí)燃燒技術(shù).低NOx燃燒技術(shù)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì),但

13、不能滿足較高的NOx排放標(biāo)準(zhǔn).SCR技術(shù)最早是在1950年代由美國(guó)人首先提出來(lái)的,是目前國(guó)際上技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的煙氣脫硝技術(shù).其反應(yīng)原理為:在催化劑作用下,向煙氣中噴入氨,將NOx還原成N2和H2O.該技術(shù)具有脫除效率高,無(wú)副產(chǎn)物二次污染,裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,運(yùn)行可靠,便于維護(hù),反應(yīng)溫度較低,催化劑不含貴金屬,壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn).;催化劑;3O2發(fā)生反應(yīng)生成O(由于現(xiàn)代化大型火力發(fā)電廠的除塵裝備比較完善,除塵效率已高達(dá)99%以上,因此目前煙氣凈化的任務(wù)是研發(fā)低費(fèi)用、高效率的脫硫(SO2)、脫硝(NOx)和二氧化碳的捕集與封存(CCS)技術(shù).典型的煙氣凈化系統(tǒng)如圖2所示.圖2(1)SO22005年,S

14、O2排放總量為2549萬(wàn)噸,占世,NH3,將煙氣中的NOx還原成N2和H2O.SNCR技術(shù)是已投入商業(yè)運(yùn)行的比較成熟的煙氣脫硝技術(shù),具有建設(shè)周期短、投資少、脫硝效率中等等優(yōu)點(diǎn),比較適合于中小型電廠改造項(xiàng)目.(3)CO2捕獲、埋存技術(shù)(CCS)及CO2利用CO2捕獲和埋存(CCS)是燃煤減排CO2的主要方法.通常,CO2捕獲的技術(shù)路線可以分為:燃燒前脫碳、燃燒后脫碳和富氧燃燒技術(shù),如圖3所示.界第一,比2000年增加了27%.其中燃煤電廠SO2排放量占全國(guó)SO2總排放量的52%,比2000年增加了58%1.煙氣脫硫技術(shù)經(jīng)歷了30多年的發(fā)展,已經(jīng)投入應(yīng)用的技術(shù)有十余種,其中80%以上為石灰石-石膏

15、濕法技術(shù).我國(guó)300MW及以上火電機(jī)組煙氣脫硫以石灰石-石膏濕法脫硫?yàn)橹?100300MW火電機(jī)組少量采用石灰石干法脫硫,沿海地區(qū)個(gè)別電廠采用海水脫硫等技術(shù).石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)如下:技術(shù)成熟,脫硫率高(可達(dá)95%以上),煙氣處理量大,煤種適應(yīng)性強(qiáng),對(duì)高硫煤優(yōu)勢(shì)突出,吸收劑利用率高(90%).但也存在如下缺點(diǎn):易于結(jié)垢、堵塞,設(shè)備受磨損和腐蝕性高,投資費(fèi)用高,占地面積大,耗水量相對(duì)較大,有少量污水排放.(2)NOx排放控制技術(shù)我國(guó)大氣污染物中,NOx約60%來(lái)自于煤的燃燒.2000年,火電廠NOx排放量為469萬(wàn)噸,2006年NOx排放量增到了850萬(wàn)噸,比2000年增長(zhǎng)了81.2%

16、.目前,國(guó)內(nèi)外控制NOx排放的技術(shù)措施主要有兩大類:一是采用低NOx的燃燒技術(shù),即通過(guò)改變?nèi)紵^(guò)程來(lái)有效地控制NOx的生成.這些技術(shù)主要包括低NOx燃燒器、低過(guò)量空氣系數(shù)、空氣分級(jí)燃燒、燃料分級(jí)燃燒等;二是尾部煙氣脫硝處理,即使圖3CO2捕獲技術(shù)路線燃燒后的煙氣中分離和捕集CO2技術(shù)有化學(xué)吸收法、物理吸收法、吸附法、膜分離法和低溫分離法等.燃燒前脫碳技術(shù)是將煤首先進(jìn)行氣化得到合成氣,在合成氣凈化后進(jìn)行變換,最終變?yōu)镃O2和H2的混合物,再對(duì)CO2和H2進(jìn)行分離.IGCC是典型的可以進(jìn)行燃燒前脫碳的系統(tǒng).富氧燃燒技術(shù)首先要制取富氧或純氧,然后用303物理39卷(2010年)5期http:物理學(xué)與

17、可持續(xù)發(fā)展專題氧氣代替空氣燃燒,生成的煙氣主要成分是CO2和水蒸氣,很容易得到高濃度的CO2.這可能需要重新設(shè)計(jì)鍋爐,同時(shí)會(huì)帶來(lái)燃燒、傳熱方面的新的問(wèn)題.目前大型富氧燃燒技術(shù)正處于研究階段.捕集后液態(tài)化的CO2如何處理也是一個(gè)有待深入研究的重大課題,主要包括被動(dòng)儲(chǔ)存和積極利用兩方面.地質(zhì)封存是封存CO2方法之一,主要是將捕集后的CO2注入到地下地質(zhì)構(gòu)造中及深海中,或者通過(guò)工業(yè)流程將其凝固在無(wú)機(jī)碳酸鹽之中.目前,還沒有找到大量利用CO2的可行方案,因?yàn)槔肅O2制造化學(xué)品要消耗能量而產(chǎn)生額外的CO2,某些利用CO2的過(guò)程(如食品工業(yè))并不能達(dá)到固定CO2的目的.未來(lái)最具發(fā)展前景的技術(shù)是利用CO2

18、提高石油采收率(EOR),目前正處于工程示范階段.2.2循環(huán)流化床燃燒(CFBC)技術(shù)流化床燃燒技術(shù)是高效、低污染的新一代燃煤技術(shù),過(guò)程.,特點(diǎn),.基于循投入商業(yè)化燃煤發(fā)電運(yùn)營(yíng),由于其煤種適應(yīng)性廣,燃燒效率高,以及爐內(nèi)脫硫脫硝等特點(diǎn),近二十年來(lái),大容量的循環(huán)流化床燃煤鍋爐取得了迅速的發(fā)展.目前,世界上單機(jī)最大容量循環(huán)流化床鍋爐發(fā)電機(jī)組已達(dá)600MW.法國(guó)已投入單機(jī)容量250MW、蒸發(fā)量700t/h的CFBC鍋爐運(yùn)行,鍋爐效率90.5%,脫硫率93%,NOx排放低于250mg/Nm3.我國(guó)建設(shè)的第一個(gè)國(guó)產(chǎn)化300MW大型循環(huán)流化床機(jī)組開遠(yuǎn)電廠工程,它的脫硫效率可達(dá)95%;NOx最高排放質(zhì)量濃度僅

19、為標(biāo)準(zhǔn)限值的1/2;耐磨性能要求更高;(3)鍋爐系統(tǒng)的煙風(fēng)阻力較大,需要采用高壓鼓風(fēng)機(jī),因此,存在風(fēng)機(jī)電耗高、噪音大等問(wèn)題;(4)鍋爐受熱面的磨損嚴(yán)重;(5)燃燒控制系統(tǒng)比較復(fù)雜;(6)流化床燃燒中的N2O生成物大大高于常規(guī)的煤粉燃燒系統(tǒng).N2O是一種對(duì)大氣臭氧層破壞性極強(qiáng)的有害氣體,同時(shí)對(duì)人的神經(jīng)系統(tǒng)也有毒害作用.2.3整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)技術(shù)目前,在潔凈煤發(fā)電領(lǐng)域中,IGCC發(fā)電技術(shù)被普遍認(rèn)為是最具有競(jìng)爭(zhēng)力、最有發(fā)展前途的燃煤發(fā)電技術(shù)之一.自20世紀(jì)80年代中期開始運(yùn)行第一臺(tái)整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)電站以來(lái),全世界已建、在建和擬建的IGCC電站近30套,單機(jī)最大為美國(guó)的440MW機(jī)組,

20、900MW.,具有以下明顯特7:1)燃料適應(yīng)性強(qiáng).可利用高硫分、高灰分、低熱值的低品位煤以及常規(guī)火力發(fā)電技術(shù)不能接受的劣質(zhì)燃料(固體或液體);(2)發(fā)電效率高,可達(dá)45%以上,高于同容量的燃煤機(jī)組5%以上;(3)環(huán)保性能優(yōu)良.粉塵排放低于10mg/m3,基本沒有脫硫副產(chǎn)品的二次污染,與同容量的燃煤電站相比,NOx和SO2排放減少90%以上;(4)耗水量較少,只有常規(guī)火電廠耗水量的50%70%;(5)可以實(shí)現(xiàn)多聯(lián)產(chǎn);(6)可以為較經(jīng)濟(jì)地去除CO2創(chuàng)造條件.在IGCC發(fā)電系統(tǒng)中,通過(guò)對(duì)合成煤氣中CO轉(zhuǎn)換并進(jìn)行CO2脫除,可實(shí)現(xiàn)CO2零排放,是目前現(xiàn)有發(fā)電技術(shù)中減排溫室氣體最可行、最經(jīng)濟(jì)的方法.與同

21、容量的常規(guī)火電機(jī)組相比,IGCC存在的主要問(wèn)題2如下:(1)國(guó)外投產(chǎn)和運(yùn)行的IGCC示范電站僅有10余臺(tái),運(yùn)行不穩(wěn)定,缺乏成熟的經(jīng)驗(yàn),如果不采用CCS技術(shù),CO2排放量也較高;(2)裝置系統(tǒng)復(fù)雜,造價(jià)高(約為14001700美元/kWh),因此,IGCC單機(jī)容量以300600MW較合適,還不宜大型化;(3)大容量煤氣化設(shè)備、高溫煤氣除塵及脫硫技術(shù)有待于進(jìn)一步開發(fā);(4)系統(tǒng)的整體優(yōu)化配置和電站系統(tǒng)的控制技術(shù)有待于深入研究;(5)廠用電率高.由于IGCC電站需設(shè)置制氧設(shè)備,用于提供氧氣作為煤的氣化劑,因此,其廠用電率通常高達(dá)10%12%;(6)目前燃?xì)廨啓C(jī)葉片耐高溫及磨蝕的性能尚不能很好地滿足直

22、接燃用煤氣的要求,需要進(jìn)一步的改進(jìn).2.4煤炭洗選技術(shù)加強(qiáng)煤炭洗選是實(shí)現(xiàn)資源價(jià)值最大化和實(shí)現(xiàn)煤除塵效率達(dá)99.6%以上;各種廢水經(jīng)多級(jí)處理后可3實(shí)現(xiàn)“零排放”.到目前為止,在我國(guó)云南、四川、河北等地的發(fā)電廠中,已建成并投入運(yùn)行的有8臺(tái)300MW的大型循環(huán)流化床機(jī)組.與常規(guī)煤粉爐機(jī)組相比,循環(huán)流化床機(jī)組(CFB)具有效率高、污染低、煤種適應(yīng)性好的環(huán)保特性,不僅解決了SO2和NOx的污染問(wèn)題,又能燃用高灰、高硫和低熱值煤,而且可以燃燒木材和固體廢棄物,還可實(shí)現(xiàn)液體燃料的混合燃燒,是一項(xiàng)極為實(shí)用的技術(shù).循環(huán)流化床燃煤鍋爐尚存在以下的問(wèn)題4:(1)雖然循環(huán)流化床的燃燒效率與煤粉爐相當(dāng),但除燃燒無(wú)煙煤等

23、難燃煤種外,其飛灰含碳量仍略高于煤粉爐;(2)對(duì)固體顆粒分離設(shè)備的效率以及耐高溫和304http:物理39卷(2010年)5期物理學(xué)與可持續(xù)發(fā)展專題的潔凈利用的重要途徑之一.我國(guó)原煤洗選加工中煉焦煤洗選占了很大比例,而真正進(jìn)入洗煤系統(tǒng)的動(dòng)力煤比例非常之小.其結(jié)果一是導(dǎo)致鍋爐熱效率下降,造成能源浪費(fèi);二是加大運(yùn)輸負(fù)荷,造成運(yùn)力浪費(fèi);三是排放煙塵量增加,造成大氣嚴(yán)重污染.煤炭洗選技術(shù)主要有:三產(chǎn)品重介及二產(chǎn)品重介工藝,煤泥加壓脫水工藝,噴射式浮選機(jī)及微泡浮選柱工藝技術(shù)等.煤炭洗選中存在的主要問(wèn)題:我國(guó)原煤入洗比例只有30%左右,與美、英、澳等發(fā)達(dá)國(guó)家(入洗比例達(dá)55%95%)相比8,相差甚遠(yuǎn);煤炭

24、洗選過(guò)程產(chǎn)生的污染物需要妥善處理,以避免二次污染.圖4富氧燃燒技術(shù)表1500MW電廠效率比較(基于高位發(fā)熱量)技術(shù)類型毛輸出功率凈循環(huán)效率453326377500500500()898997()383841()3423303煤的主要清潔技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)考慮煤炭利用技術(shù)的現(xiàn)狀及未來(lái)對(duì)環(huán)境保護(hù)更高的要求,未來(lái)煤炭高效潔凈化利用必將是煤的高效燃燒、,超(超)術(shù),超(超)化技術(shù),+燃燒前分離CO2技術(shù),.3.1超(超)臨界燃煤機(jī)組常規(guī)燃燒+燃燒后煙氣由表1可知,富氧燃燒可以提高鍋爐效率2%7%,但凈效率下降4%11%,凈效率下降;但如2.隨著科,O2/CO2燃,從而提高凈循環(huán)效率.3.3循環(huán)流化床燃燒(

25、CFBC)技術(shù)我國(guó)煤炭包括種類繁多的劣質(zhì)煤,還有大量的煤矸石和洗煤泥.要合理利用這些資源,循環(huán)流化床鍋爐是首選.未來(lái),我國(guó)將建設(shè)一批利用煤矸石資源和燃用普通動(dòng)力煤的循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組.清華大學(xué)、西安熱工研究院等單位,在國(guó)家科技部支撐計(jì)劃的支持下,已經(jīng)開展600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐的相關(guān)研究工作,三大鍋爐廠已分別提出了各自的600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)方案.600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐的示范工程的啟動(dòng),標(biāo)志著我國(guó)潔凈煤發(fā)電技術(shù)步入了更高的臺(tái)階.該機(jī)組的主要優(yōu)點(diǎn)如下:(1)具有較高的機(jī)組發(fā)電效率,脫硫運(yùn)行成本比煤粉爐尾部煙氣脫硫(FGD)低50%以上,而投資與煤粉爐加FGD持平;(2)

26、在不需要采用其他技術(shù)措施的情況下,可將NOx排放值減至200mg/m3以下,低于國(guó)內(nèi)目前采凈化技術(shù)目前,超超臨界發(fā)電機(jī)組技術(shù)已經(jīng)成熟,由于蒸汽壓力和蒸汽溫度的提高,機(jī)組熱效率提高,供電煤耗降低.預(yù)期在未來(lái)的2030年內(nèi)蒸汽溫度和壓力還將大幅度升高.對(duì)蒸汽溫度為760、壓力為35MPa的750MW燃煤超超臨界發(fā)電機(jī)組的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性研究表明,電廠凈效率將達(dá)到45%(基于高位發(fā)熱量),發(fā)電煤耗為230240g/kWh;如果采用兩次再熱方式,效率可達(dá)到47%,所有氣體與固體污染物排放將減少約1/49.但是,當(dāng)超(超)臨界燃煤機(jī)組采用燃燒后分離CO2技術(shù),發(fā)電效率將會(huì)下降,效率降低的主要原因是:CO2

27、分離、壓縮和CO2吸收劑再生時(shí)的能耗.3.2超(超)臨界燃煤機(jī)組富氧燃燒+燃燒后煙氣凈化技術(shù)燃料在氧氣和二氧化碳混合氣體中的燃燒,能大幅度地提高燃燒產(chǎn)物中的CO2濃度,將會(huì)使分離和捕集CO2的工藝相對(duì)簡(jiǎn)單且成本降低,同時(shí)可以大幅度減少甚至消除燃煤產(chǎn)生的其他污染物的排放.因此,目前該項(xiàng)技術(shù)被認(rèn)為是一項(xiàng)可以實(shí)現(xiàn)污染物零排放的新型燃煤潔凈發(fā)電技術(shù),正處于實(shí)驗(yàn)研究與工程示范階段.富氧燃燒過(guò)程如圖4所示.用超細(xì)粉再燃技術(shù)的同容量燃用褐煤的煤粉爐的NOx排放值;(3)和具有高發(fā)電效率的先進(jìn)的IGCC技術(shù)相比,在電廠的復(fù)雜性、可靠性、投資成本等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì).3.4整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)技術(shù)(IGCC)+燃

28、燒前分離CO2技術(shù)先進(jìn)IGCC技術(shù)在能源轉(zhuǎn)化效率、常規(guī)污染物脫除與分離CO2方面獨(dú)具技術(shù)、經(jīng)濟(jì)與環(huán)保的整體優(yōu)勢(shì),是一種在國(guó)內(nèi)外都很有前途的發(fā)展中的高新技術(shù).我國(guó)電力行業(yè)2008年以來(lái)計(jì)劃建設(shè)20套以305物理39卷(2010年)5期http:物理學(xué)與可持續(xù)發(fā)展專題上200400MW的IGCC發(fā)電機(jī)組.IGCC+燃燒前分離CO2技術(shù),比沒有CO2的捕集與封存(CCS)技術(shù)時(shí)增加了給煤量,發(fā)電效率也有所下降,但可以去除90%以上的CO2,減輕溫室效應(yīng).未來(lái)隨著技術(shù)不斷發(fā)展,采用CCS技術(shù)成本會(huì)下降,CO2捕獲技術(shù)與IGCC結(jié)合,是最有競(jìng)爭(zhēng)力的發(fā)電技術(shù),且CO2捕獲投資費(fèi)用要比燃煤發(fā)電的費(fèi)用低.如果

29、不考慮CCS,則IGCC的發(fā)電成本比超超臨界煤粉鍋爐發(fā)電機(jī)組(USCPC)高,但如果考慮CCS,則IGCC優(yōu)于US2CPC,這對(duì)現(xiàn)有發(fā)電機(jī)組未來(lái)實(shí)現(xiàn)CCS的改造有利.會(huì),西安,2007,10HuangQL.TheNowandFutureofCoal2firedElectricityGenerationTechnologyinChina.TheWorkshopofCleanFossilFuelEnergy.Xian,Oct.2007(inChinese)2閻維平.潔凈煤發(fā)電技術(shù).北京:中國(guó)電力出版社,2008.YanWP.CleanCoalPowerGenerationTechnology.Be

30、ijing:ChinaElectricPowerPress,2008(inChinese)3工程動(dòng)態(tài):國(guó)產(chǎn)化300MWCFB鍋爐連續(xù)運(yùn)行200天,循環(huán)流化床,8(20),2008.EngineeringNews:China2made300MWCFBBoilerConsecutivelyOperated200Days.CirculatingFluidizedBed,8(20),2008(inChinese)4劉德昌,閻維平.流化床燃燒技術(shù).北京:水利電力出版社,1995LiuDC,YanWP.FluidizedBedCombustionTech2nology.Beijing:WaterResou

31、rcesandElectricPowerPress,1995(inChinese)5焦樹建.整體煤氣化燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán).北京:中國(guó)電力出版4結(jié)束語(yǔ)(1)高效率的燃煤發(fā)電機(jī)組,特別是超(超)臨界燃社,1996JiaoSJ.CombinedCycle.:China(inChinese)6-.:水利電力出版社,Gas2SteamCyclePowerGener2:WaterResourcesandElectricPowerPress,1995(inChinese)7清華大學(xué)熱能工程系動(dòng)力機(jī)械與工程研究所等.燃?xì)廨啓C(jī)與煤機(jī)組+燃燒后煙氣凈化技術(shù),是我國(guó)煤的清潔利用的主要技術(shù),將在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)為我國(guó)煤炭的高效率、低污染的燃燒發(fā)電發(fā)揮頭等重要的作用.(2)煤的清潔利用技術(shù),.(3)技術(shù)是未來(lái)潔凈煤技術(shù)發(fā)展的方向.因此,與之相關(guān)的煤的氣化技術(shù)和燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)也會(huì)取得長(zhǎng)足的進(jìn)步.(4)隨著溫室氣體CO2引起的氣候變化問(wèn)題受到