中國(guó)電力行業(yè)低碳技術(shù)中長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃-電力行業(yè)低碳技術(shù)特點(diǎn)綜述

中國(guó)電力行業(yè)低磷支術(shù)中長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)I蹴賤卜電力行業(yè)

低磷支7|蟆點(diǎn)轆

分報(bào)告一

電力行業(yè)低碳技術(shù)特點(diǎn)綜述

華北電力大學(xué)

2011年6月

目錄

第一章發(fā)電環(huán)節(jié)低碳技術(shù)特點(diǎn)綜述...............................1

1.1潔凈煤低碳發(fā)電技術(shù)特點(diǎn)綜述.............................................1

1.1.1超臨界和超超臨界發(fā)電技術(shù)..........................................1

1.1.2循環(huán)流化床技術(shù)....................................................3

1.1.3增壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)技術(shù).......................................6

1.1.4整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)......................................11

1.1.5燃煤電廠碳捕集和封存技術(shù)........................................13

1.2常規(guī)低碳發(fā)電技術(shù)特點(diǎn)綜述..............................................19

1.2.1核電技術(shù).........................................................19

1.2.2水電技術(shù).........................................................23

1.3新興低碳發(fā)電技術(shù)特點(diǎn)綜述..............................................26

1.3.1風(fēng)力發(fā)電技術(shù).....................................................26

1.3.2太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)...................................................30

1.3.3生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)................................................32

第二章電網(wǎng)環(huán)節(jié)低碳技術(shù)特點(diǎn)綜述..............................35

2.1低碳輸電技術(shù)特點(diǎn)綜述..................................................35

2.1.1柔性交流輸電技術(shù).................................................35

2.1.2超導(dǎo)輸電技術(shù).....................................................37

2.1.3特高壓輸電技術(shù)...................................................38

2.2低碳配電技術(shù)特點(diǎn)綜述..................................................41

2.2.1配電自動(dòng)化技術(shù)...................................................41

2.2.2柔性配電技術(shù).....................................................43

2.3低碳調(diào)度技術(shù)特點(diǎn)綜述..................................................44

2.4低碳儲(chǔ)能技術(shù)特點(diǎn)綜述..................................................45

2.4.1飛輪儲(chǔ)能技術(shù).....................................................45

2.4.2壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)................................................46

2.4.4超級(jí)電容器儲(chǔ)能技術(shù)...............................................47

2.4.3超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù).....................................................48

第三章電能消費(fèi)終端低碳技術(shù)特點(diǎn)綜述..........................51

3.1智能用電技術(shù)特點(diǎn)綜述..................................................51

3.3.1高速通信技術(shù).....................................................51

3.3.2智能電表技術(shù).....................................................51

3.3.3智能采集技術(shù).....................................................52

3.3.4交互終端技術(shù).....................................................54

3.3.5需方響應(yīng)技術(shù).....................................................55

3.2電動(dòng)汽車技術(shù)特點(diǎn)綜述..................................................55

3.2.1純電動(dòng)汽車.......................................................56

3.2.2混合動(dòng)力電動(dòng)汽車................................................62

3.2.3燃料電池電動(dòng)汽車................................................71

I

第一章發(fā)電環(huán)節(jié)低碳技術(shù)特點(diǎn)綜述

1.1潔凈煤低碳發(fā)電技術(shù)特點(diǎn)綜述

1.1.1超臨界和超超臨界發(fā)電技術(shù)

(1)技術(shù)簡(jiǎn)介I

超臨界機(jī)組是指主蒸汽壓力大于水的臨界?壓力

(22.12MPa)的機(jī)組-習(xí)慣上又將超臨界機(jī)組分為2個(gè)層

次二①常規(guī)超臨界參數(shù)機(jī)組,真主蒸汽壓力一

般為24MPa左右,主蒸汽和再熱蒸汽溫度為

540?5600；②高效超臨界機(jī)組,通常也稱為超超臨界

機(jī)組或高參數(shù)超臨界機(jī)組,真主蒸汽壓力為25?35MPa及

以上，主蒸汽和再熱蒸汽溫度為580C及以上。王里

論和實(shí)臉證明聿規(guī)超臨界機(jī)組的效率可比亞臨界機(jī)組高2%

左右,而對(duì)于高效超臨界機(jī)組，真效率可比常規(guī)超臨

界機(jī)組再提高4%左右。

超超臨界機(jī)組蒸汽參數(shù)25Mpa/6000/6000(發(fā)電

效率約

44.63%，發(fā)電煤耗率275g/kWh)；同時(shí)，不排除蒸汽參數(shù)

28MPa/600C

/600CZ：(發(fā)電效率約44.99%,發(fā)電煤耗率273g/kWh)的

可能。蒸汽參數(shù)愈高,熱效率也隨之提高°熱力

彳盾環(huán)分析表明,在超超臨界機(jī)組參數(shù)范圍的條件下,

主蒸汽壓力提高IMPa,機(jī)組的熱耗率就可下降

0.13%?0.15%;主蒸汽溫度每提高10＜二,機(jī)組的熱

耗率就可下降

0.25-0.30%；再熱蒸汽溫度每提高10C,機(jī)組的熱耗

率就可下降

0.15%?0.20%。在一定的范圍內(nèi),如果采用二次再熱,

則真熱耗率可

1《火力發(fā)電機(jī)組超超臨界發(fā)電技術(shù)的研究》.張國(guó)盟，張衡。黑龍江科技信息，2007.

較采用一次再熱的機(jī)組下降14%?1.6%。

經(jīng)研究分析，為保證機(jī)組的技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性,超超

臨界機(jī)組的單機(jī)容量應(yīng)在350MW以上01000MW級(jí)超超臨

界機(jī)組推薦采用單軸布置。對(duì)規(guī)背壓(4.9kPa)條件,

1000MW級(jí)汽輪機(jī)可采用43?48英寸(1092.2~1219.2mm)末級(jí)

葉片四缸四排汽結(jié)構(gòu),真排汽損失在設(shè)計(jì)規(guī)范內(nèi)；

600MW級(jí)汽輪機(jī)采用1000mm末級(jí)葉片四缸四排汽結(jié)構(gòu)是合適

的，同時(shí)可采用48矣寸末級(jí)長(zhǎng)葉片的兩排汽結(jié)構(gòu)°

(2)特點(diǎn)概述2

超臨界火電技術(shù)由于參數(shù)本身的特點(diǎn)決定了超臨

界^鍋爐只能采用直流鍋爐,在超臨界■鍋爐內(nèi)隨著壓力

的提高,水的飽和溫度也隨之提高,汽化潛熱減

少，水和汽的密度差也隨之減少Q(mào)當(dāng)壓力提高到

臨壓力(22.12Mpa)時(shí),汽化潛熱為蓉，汽和水

的密度差也等于蓉，水在該壓力下力口熱到臨界溫度

(374.15C)時(shí)即?金部汽彳匕成蒸汽。超臨界?壓力時(shí)情

況相同，當(dāng)水被加熱到相應(yīng)壓力下的木目變點(diǎn)(臨界

溫度)時(shí)即全部汽化。因此超臨界?壓力下水變成

蒸汽不再存在汽水兩木目區(qū),由此可知，超臨界~

壓力直流鍋爐由水變成過熱蒸汽經(jīng)歷了兩個(gè)階段艮［3力口熱

和過熱，而工質(zhì)1犬態(tài)由水逐漸變成過熱蒸汽Q因此超臨

界直流鍋爐沒有汽包,啟停速度快,與一般亞臨

界汽包爐相比,超臨界直流鍋爐啟動(dòng)到滿負(fù)字文運(yùn)行

變負(fù)荷速度可提高1倍左右,變壓運(yùn)行的超臨界直流

鍋爐在亞臨壓力范圍內(nèi)超臨壓力范圍內(nèi)工作時(shí),都

存在工

2

/view/2302964.htm

3

質(zhì)的熱膨脹現(xiàn)象,并且在亞臨界-壓力范圍內(nèi)可能出現(xiàn)月莫

態(tài)沸騰；在超

臨界■壓力范圍內(nèi)可能出現(xiàn)類膜態(tài)沸騰Q超臨界直流鍋

爐要求的汽水晶質(zhì)高，要求凝結(jié)水進(jìn)行100%除鹽處理。

由于超臨界直流鍋爐水臺(tái)壁的流動(dòng)阻力全部依靠

給水泵克服,所需的壓頭高,即提高了制造成本

又增加了運(yùn)行耗電量且直流鍋爐普通存在著流動(dòng)不穩(wěn)定性-

熱俑差和脈動(dòng)水動(dòng)力問題Q另外,為了達(dá)到較高的

質(zhì)量流速,必須采用小管徑水臺(tái)壁,較相同容

量的自然循環(huán)鍋爐超臨界直流鍋爐本體金屬耗量最

少,鍋爐重量輕,但由于蒸汽參數(shù)高,要求的

金屬等級(jí)高,真成本高于自然循環(huán)鍋爐。

超臨界機(jī)組具有無(wú)可比擬經(jīng)濟(jì)性，單臺(tái)機(jī)組發(fā)電熱效率

最高可達(dá)50%,每kWh煤耗最低僅有255g（丹安BWE

公司），較亞臨■^^壓力機(jī)組（每kWh煤耗最低約有

327g左右）煤耗低；同時(shí)采用低氧彳匕氮技術(shù)，在燃燒過程

中減少65%的氮氧化合物及真它有害物質(zhì)的形成，且脫硫

率可超98%,可實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、環(huán)保的目的°

1.1.2循環(huán)流化床技術(shù)3

（1）技術(shù)簡(jiǎn)介彳盾環(huán)流彳匕床鍋爐的燃燒技術(shù)是在鼓

泡床鍋爐的燃燒技術(shù)耋礎(chǔ)上

發(fā)展起來(lái)的，在鼓泡床中進(jìn)一步增大氣流速度，則

4

慶層進(jìn)一步膨脹Q當(dāng)氣流速度超過平均粒彳圣終端速度

（終端速度也稱帶出速度，是指顆粒在氣體對(duì)真作用

的拽力和浮力及自身重力的合力作用下,最終達(dá)到

3《循環(huán)流化床鍋爐的簡(jiǎn)單介紹和發(fā)展前景分析》，楊紅紅，姜森，鍋爐制造

5

的顆粒的穩(wěn)定速度）時(shí),大量顆粒會(huì)被氣流帶出

樂層,在整個(gè)爐膛^

間內(nèi)燃燒并隨氣流逸出爐膛。在顆粒分布方面爐膛上部為

濃度教均勻的稀相區(qū)，下音B為宙相區(qū)。爐膛

中，O區(qū)的顆粒與氣流垂直向上流動(dòng)，四周環(huán)

形區(qū)域則存在顆粒反流,這種燃燒方式稱為快速

流化床Q燃燒彳盾環(huán)流彳匕床鍋爐的主要類型如表1-

1所示。

表1-1循環(huán)流化床的主要類型

分類依病具體類別備注

7

采用高溫分離器的循環(huán)流彳匕樂采用溫分離

按分離鍋爐、采用器

器

1中溫分離器的循環(huán)流彳匕床鍋爐、的循環(huán)流化

工作溫度

’采用低溫分離器的循環(huán)流彳匕床床應(yīng)用較多

鍋爐

采用旋風(fēng)分離器的循環(huán)流彳匕床

按分離鍋爐、采用中、<1、

器

慣性分離器的循環(huán)流彳匕慶鍋爐、循環(huán)流彳匕

2結(jié)構(gòu)形式

采用組合分離系統(tǒng)的彳盾環(huán)流彳匕樂鍋爐采用

分類

床鍋爐、采用旋渦分離器的循旋風(fēng)分離器的

環(huán)流彳匕床鍋爐比較多

器分類

按換熱3

6

大型循環(huán)流彳匕床

有外置式換熱

鍋爐采用外置式換熱器的比較多

器彳盾環(huán)流

彳匕床鍋爐和

無(wú)外置式換熱

器循環(huán)流

彳匕床鍋爐

按物料高循環(huán)倍率循環(huán)流化床鍋爐、中循環(huán)倍率

循

循環(huán)流化床鍋爐、低循環(huán)倍率循環(huán)流化床

4環(huán)倍率分

鍋爐

類

5按固體物內(nèi)循環(huán)的循環(huán)流化床鍋爐和外循環(huán)的循環(huán)內(nèi)

循環(huán)只邛艮在小—

7

料彳盾流化床鍋爐型循環(huán)流化

環(huán)方床鍋

式分類爐中應(yīng)用

按爐膛壓常壓循環(huán)流化床鍋爐和增壓循環(huán)的循環(huán)流

6

力分類化床鍋爐

按工質(zhì)分為低壓、中壓、高壓、超高壓、亞臨界

蒸

7壓力、超臨界壓力循環(huán)流化床鍋爐

汽壓力

按鍋爐

水自然彳盾環(huán)彳盾環(huán)流彳匕床鍋爐和強(qiáng)

8彳盾環(huán)方串11彳盾環(huán)彳盾環(huán)流彳匕床鍋爐

式分類

彳盾環(huán)流彳匕床鍋爐一般由給料系統(tǒng)-彳盾環(huán)樂燃

燒室一高溫分離裝置、

循環(huán)物料回送裝置和尾部受熱面（有些爐型與返料機(jī)構(gòu)

結(jié)合設(shè)置有外置換熱器）等組成。循環(huán)流化床鍋爐的

工作原理：在煤厭系統(tǒng)方面，燃料和脫硫劑在循環(huán)

床燃燒室下部送入，一次風(fēng)從布風(fēng)板下部送入，二次

風(fēng)由燃燒室中部送入。循環(huán)流化床流化速度一般為4?8m/s,

使?fàn)t內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的擾動(dòng)，并將物料帶離燃燒室。循

環(huán)床燃燒室內(nèi)布置有水臺(tái)壁受熱面，爐溫控制在

850-950C以利于石厭石克分固硫。氣流從燃燒室攜帶

出來(lái)的高溫物料，經(jīng)分離器分離后送回燃燒室完成循

環(huán)。分離器引出的高溫?zé)煔饨?jīng)尾部受熱面臺(tái)卻后經(jīng)除

8

塵器排入大氣。在汽水系統(tǒng)方面，首先，給水由給

水泵壓入省煤器吸熱后進(jìn)入鍋筒，隨后，通過下降

管進(jìn)入水臺(tái)壁，在水臺(tái)壁中汽化吸熱后通過引出管

再回到鍋筒，然后，通過連接管進(jìn)入位于對(duì)流煙道的過

熱器，并在其中進(jìn)一步被加熱到規(guī)定的過熱器溫度和過熱

器壓力,最后，過熱蒸

9

汽流入發(fā)電機(jī)組推動(dòng)汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電。

（2）特點(diǎn)綜述

1）蓄熱量極大、煤燒穩(wěn)定、對(duì)燃料的適應(yīng)性

好。由于循環(huán)流彳匕樂鍋爐燃燒室內(nèi)存在大量高溫固

體顆粒物料,彳盾環(huán)流彳匕床鍋爐不需要輔助燃料

即可燃用任何燃料,這些燃料包括高硫分和高厭

分的煤-5由頁(yè)巖和煤砰石-石油焦一廢木料一

甚至可以燒垃圾等Q彳盾環(huán)流彳匕床鍋爐為有效利用

這些真他燃燒方式根本無(wú)法利用的劣燃料提供一條

很好的途徑。

2）燃燒效率好，與煤粉爐相當(dāng)。循環(huán)流彳匕樂

燃燒是介于煤的固定床燃燒和煤粉懸浮燃燒乏間的

一種處于流態(tài)彳匕下的煤燃燒方式，流態(tài)化形成的優(yōu)

越漏流氣固混合條件,可天大強(qiáng)彳匕燃燒，提高

床層內(nèi)的傳熱和傳質(zhì)效率。設(shè)計(jì)合理的循環(huán)流彳匕床鍋爐

燃燒效率可達(dá)到99%,與煤粉爐相當(dāng)，但是在燃

燒低晶位煤方面,則真燃燒效率將大大優(yōu)于煤粉爐，

而且循環(huán)流彳匕床的燃燒效率不受爐內(nèi)脫硫過程的影響°

3）低溫燃燒-污染較輕。由煤的厭渣變形溫度

所決定，燃煤流彳匕床鍋爐的溫度處于850-950C的范圍

內(nèi)°這種低溫燃燒特性使得氣體污染物NO和N02的

掃E放量大大減少（比煤粉爐減少50%以上）,止匕

10

夕木，還可以在爐內(nèi)采取分級(jí)燃燒等進(jìn)一步降低NOX排放的

技術(shù)孑昔施，因此，一般無(wú)需煙氣脫除氮氧化物的設(shè)

備O

1.1.3增壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)技術(shù)4

(1)技術(shù)簡(jiǎn)介

《增壓流化床聯(lián)合循環(huán)(PFBC-CC)發(fā)電技術(shù)綜述》.周一工.大眾用電，1997.

I1

增壓流彳匕床聯(lián)合循環(huán)是從常壓流彳匕床發(fā)展而來(lái)

的一種新型燃煤

熱力發(fā)電系統(tǒng)，它是將鼓泡床或循環(huán)流化床

鍋爐增壓運(yùn)行

(0.6-1.6MPa),爐膛出口的高溫高壓煙氣經(jīng)除塵后驅(qū)動(dòng)燃

代輪機(jī)，燃代輪機(jī)一方面作為提供壓縮空氣的動(dòng)力,

另一方面帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電；同時(shí)，鍋爐產(chǎn)生的過熱蒸汽

進(jìn)入汽輪機(jī)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電O

1)增壓流化床聯(lián)合循環(huán)的技術(shù)關(guān)鍵

機(jī)組運(yùn)行的動(dòng)態(tài)特性和低負(fù)75調(diào)節(jié)性能Q對(duì)此,

有■關(guān)專家進(jìn)行過動(dòng)態(tài)特性及低負(fù)75調(diào)節(jié)性能的仿真模型

試驗(yàn)°但是由于實(shí)際機(jī)組的運(yùn)行系統(tǒng)弈常復(fù)雜,模型

描述存在較大誤差,所以要全面掌握機(jī)組運(yùn)行的動(dòng)態(tài)

特性和低負(fù)7^調(diào)節(jié)性能,還需要在已有的中間試驗(yàn)

電站和商業(yè)示范機(jī)組上進(jìn)行1大量的試驗(yàn)研究工作。

樂層動(dòng)力學(xué)特性和床內(nèi)傳熱特性o現(xiàn)在應(yīng)用于商業(yè)

示范機(jī)組設(shè)計(jì)的有關(guān)樂層動(dòng)力學(xué)和床內(nèi)傳熱的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)

據(jù)來(lái)自于半工業(yè)性試驗(yàn)研究,真不精確性已在商業(yè)示范機(jī)

組的運(yùn)行中反映出來(lái)°幾臺(tái)商業(yè)示范機(jī)組都存在床內(nèi)燃

燒不均勻一部分出厭管堵塞一床內(nèi)受熱面布置不夠

而達(dá)不到預(yù)定出力等與床層動(dòng)力學(xué)特性和床內(nèi)傳熱特性

有關(guān)的問題Q同樣,這也需要在已有的中試電站和

商業(yè)示范機(jī)組上進(jìn)行有關(guān)的試驗(yàn)研究，以獲得比較Ate確的

12

床層動(dòng)力學(xué)和床內(nèi)傳熱的實(shí)用數(shù)據(jù)。

機(jī)組的自動(dòng)控制系統(tǒng)Q增壓流彳匕床聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)比較

復(fù)雜，它不僅是一個(gè)分布參數(shù)一弈線性一時(shí)變一

多變量緊密藕合的系統(tǒng)，同時(shí)還有■許多特殊的控制

要求（如防止增壓流彳匕床逆流一壓氣機(jī)防喘振一壓

氣機(jī)防阻塞等）。所以，要準(zhǔn)確地對(duì)全系統(tǒng)實(shí)行全面控

制，就必須建

13

立系統(tǒng)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型,全面仿真，同時(shí)

把數(shù)學(xué)模型的控制

方法與專冢系統(tǒng)木目結(jié)合,以保證系統(tǒng)控制的綜合性能指

標(biāo)Q高溫分離器Q高溫分離器面臨的主要問題

是提高分離效率,使真

滿足燃?xì)廨啓C(jī)入口的舍塵要求，減少磨損使真延長(zhǎng)工作

壽命。目前，為提高分離效率,采用多級(jí)分離法；

為減少分離器磨損，采用金屬表面涂層或陶登材料Q

新型高溫分離器一般采用兩級(jí)分離,第一級(jí)用兩組串

聯(lián)的金屬表面涂層（碳化硅）的旋風(fēng)分離器，第二級(jí)用

陶登過濾器。目前正在研究的陶號(hào)過濾器有三種

棒式過濾器-管式過濾器和錯(cuò)流式過濾器Q最新研究報(bào)

告稱新型兩級(jí)分離法可使煙氣舍塵率下降到2mg/m3,所有

粒子均小于3Lmo

燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)o燃?xì)廨啓C(jī)面臨的主要問題是,床

粒對(duì)葉片的磨損及舍有SOx和腐蝕性堿金屬的蒸汽對(duì)葉片

的腐蝕°目前正在研制各種金屬和弈金屬涂層以增

加葉片表面硬度和使葉片不受有害包體的腐蝕Q

增壓流彳匕床聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)Q典型增壓流彳匕床聯(lián)合

循環(huán)系統(tǒng)是由煤預(yù)處理系統(tǒng)、煤和脫硫劑添加系統(tǒng)一鍋

爐燃燒系統(tǒng)一鍋爐汽水系統(tǒng)一厭渣排放系統(tǒng)和壓縮

空代系統(tǒng)組成的Q煤預(yù)處理系統(tǒng):采用風(fēng)選技術(shù),

使煤粒的粒徑在0?6mm范圍內(nèi)，并用燃?xì)廨啓C(jī)排出的煙

14

氣干燥原煤；煤和脫硫劑添加系統(tǒng)二煤和脫硫劑在進(jìn)入

壓料斗前按比例混合,采用力口壓鎖斗系統(tǒng)斗哥燃

料用氣力輸送至流化床燃燒室內(nèi),氣力輸送的固氣比

一般為8?10:1。也可將煤和脫硫劑制成水煤漿,用泵

將真注入流彳匕樂燃燒室內(nèi)；鍋爐燃燒系統(tǒng)二由空

氣壓縮機(jī)提供的壓縮空氣經(jīng)爐

15

原風(fēng)室和布風(fēng)板進(jìn)入床內(nèi)，使燃料流化-燃燒V

爐膛出口煙氣經(jīng)高溫

除塵后進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)，然后，煙氣經(jīng)余熱鍋爐吸熱

后與F入煙囪Q鍋爐點(diǎn)火由啟動(dòng)燃燒室完成Q在系統(tǒng)

中有兩個(gè)旁路，一個(gè)是啟動(dòng)旁路,作為鍋爐常壓?jiǎn)?dòng)

時(shí)的煙氣通道,另一個(gè)是安全旁路,用于燃?xì)廨啓C(jī)

甩負(fù)彳宣T發(fā)生故障時(shí)的煙氣排放,在安全旁路

上裝有減溫減壓裝置,以使高溫高壓的煙氣安全排放；

鍋爐汽水系統(tǒng)二增壓流彳匕床鍋爐的汽水彳盾環(huán)一般采

用由自然循環(huán)和強(qiáng)串U彳盾環(huán)組成的混合循環(huán)系統(tǒng)Q從凝

汽器排出的凝結(jié)水由凝結(jié)水泵力口壓后進(jìn)入低壓力口

熱器,再經(jīng)除氧器除氧后，由給水泵分流進(jìn)入高壓

力口熱器和余熱鍋爐的低溫省煤器,繼而合并進(jìn)入余熱

鍋爐的高溫省煤器再至汽包o然后,一路給水自汽

包下降管至膜式水臺(tái)壁構(gòu)成自然循環(huán),另一路經(jīng)彳盾

環(huán)泵至水臺(tái)風(fēng)室一水臺(tái)布風(fēng)板和床內(nèi)蒸發(fā)埋管構(gòu)成強(qiáng)

等U彳盾環(huán)Q汽包出口的飽和蒸汽進(jìn)入床內(nèi)低溫過熱埋

管，經(jīng)噴水減溫后再至高溫過熱段Q過熱蒸汽經(jīng)母管進(jìn)

入汽輪機(jī)；厭渣排放系統(tǒng);包括鍋爐出渣系統(tǒng)和高溫除

塵器排厭系統(tǒng)=流化床內(nèi)產(chǎn)生的高溫厭渣通過一個(gè)

弈機(jī)械控制閥排至爐渣臺(tái)卻罐,由空氣將真臺(tái)

去,經(jīng)鎖斗擰F至常壓渣罐，再送至渣庫(kù)=高溫除

塵器分離一^來(lái)的細(xì)厭則經(jīng)過減溫減壓裝置臺(tái)卻后送至厭

16

庫(kù)；壓縮空氣系統(tǒng)二壓縮空氣由燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)的空氣

壓縮機(jī)提供,它主要供以下幾個(gè)用途二燃料氣

力輸送氣源，控制系統(tǒng)和特殊測(cè)量系統(tǒng)氣源，儀表測(cè)點(diǎn)的

吹掃,壓力料罐的克壓及松動(dòng)氣源等。

2）第二代增壓流化床聯(lián)合循環(huán)

由于受到增壓流彳匕床燃燒溫度的限制,燃?xì)廨啓C(jī)

進(jìn)口的溫度最高

17

只能達(dá)到950C,而現(xiàn)代燃?xì)廨啓C(jī)允許的最高進(jìn)口溫度為

1200C,為

了克分發(fā)揮設(shè)備性能,進(jìn)一步提高循環(huán)效率，目前正

在開發(fā)第二代增壓流彳匕床聯(lián)合循環(huán)Q第二代增壓流

彳匕床聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)如圖3所示=它是將煤先送入一個(gè)

加壓的氣化爐,用以產(chǎn)生低熱值煤氣，剩余的焦展

和另一些煤一起送入增壓流彳匕床鍋爐中,通以高的過

量空?燃燒Q增壓流化床排出的高溫舍氧煙氣經(jīng)

除塵后與氣化爐產(chǎn)生的煤氣（經(jīng)除塵）共同進(jìn)入一個(gè)前置燃燒

室中燃燒,然后再進(jìn)入燃?xì)?輪機(jī)，并帶動(dòng)空氣；壓縮

機(jī)做功和發(fā)電機(jī)發(fā)電,這樣可使燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)口溫度提高到

1150U二左右,預(yù)計(jì)彳盾環(huán)效率可達(dá)45%=

（2）特點(diǎn)綜述

1）燃燒效率高。由于燃燒反應(yīng)在增壓燃燒室進(jìn)行

（壓力為

0.6-1.6MPa）,煤燃燒反應(yīng)速度大大力口快。在商業(yè)示范

機(jī)組上測(cè)得的燃燒效率在99%以上。

2）發(fā)電效率高。增壓流彳匕床聯(lián)合循環(huán)的熱力學(xué)特

性是蒸汽、燃?xì)饴?lián)合循環(huán),熱力學(xué)分析證明了

該循環(huán)的效率高于朗肯循環(huán)的效率。示范機(jī)組的運(yùn)行實(shí)踐

也證明了發(fā)電效率比同參數(shù)的常壓燃煤熱力發(fā)電機(jī)組的效

率相對(duì)高出8%?10%,可達(dá)40%?42%0

3）低污染。在示范機(jī)組上的測(cè)定結(jié)果表明增壓流彳匕

18

床聯(lián)合循環(huán)的NOx-SOx及顆粒的排放濃度可以滿足

嚴(yán)格的環(huán)保控制要求,NOx的排放濃度為20mg/MJ一

SOX的掃E放濃度為60mg/MJ,顆粒掃E放濃度為

lOmg/MJo

4）結(jié)構(gòu)緊湊、成本低。增壓流彳匕床的體積比同等

容量普通鍋爐

19

的體積小得多,可減少使用土地面積Q另外,

主要部件可以做成模塊

結(jié)構(gòu)，算中絕大部分可以在工廠的車間內(nèi)組裝。這樣可

以降低成本，提高產(chǎn)晶質(zhì)盤,縮短工期。

1.1.4整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)5

（1）技術(shù)簡(jiǎn)介整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng),是將

煤氣化技術(shù)和高效的聯(lián)合循

環(huán)木目結(jié)合的先進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)Q它由兩大部分組成,HP

煤的氣化與凈化部分和燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電部分。第

一部分的主要設(shè)備有氣化爐、空氣分離裝置、煤氣

凈彳匕設(shè)備，第二部分的主要設(shè)備有燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)、

余熱鍋爐、蒸汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)Q

IGCC的工藝流程為:煤（以水煤漿或干煤粉的形式）

進(jìn)入氣化裝置，在氣化裝置中與氣化介質(zhì)（蒸汽、氧或

空—發(fā)生氣彳匕過程，成為中低熱值煤氣（以co-

H2為主要成分），生成的煤氣進(jìn)入凈彳匕系統(tǒng)，煤氣

中的顆粒一硫一錄等污染成分被分離出來(lái),凈

化后的煤氣進(jìn)入觸氣輪機(jī)的燃燒室中燃燒并做功,拖

動(dòng)發(fā)電機(jī)；從燃?xì)廨啓C(jī)排出的高溫氣體進(jìn)入余熱鍋爐,

產(chǎn)生的蒸汽推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組,形成聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)Q

整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)中的/整體0有■兩個(gè)舍義:1）在這

個(gè)系統(tǒng)中,氣化爐所用的蒸汽和空氣多數(shù)情況下都直接

20

來(lái)自于系統(tǒng)內(nèi)的汽輪機(jī)和燃汽輪機(jī)Q同時(shí),包化過程中

產(chǎn)生的各種顯熱,都在系統(tǒng)適當(dāng)?shù)墓に嚟h(huán)節(jié)中克分地

利用，這樣的系統(tǒng)是一個(gè)有機(jī)的整體；2）系統(tǒng)

5《潔凈煤發(fā)電技術(shù)》。閻維平。中國(guó)電力出版社，2008.

21

流程及系統(tǒng)內(nèi)各處的參數(shù)都要從機(jī)組整體性能最優(yōu)的角度仔

細(xì)考慮

和設(shè)計(jì)。

(2)特點(diǎn)綜述

IGCC裝置自20世紀(jì)70年代初期研發(fā),至今已有30多年

了，在整個(gè)技術(shù)的總體上已經(jīng)取得了重大發(fā)展,進(jìn)

行了商業(yè)示范運(yùn)行，取得了不少經(jīng)驗(yàn),驗(yàn)證了真本

身所具有的優(yōu)勢(shì)=

1)優(yōu)良的環(huán)保性能oIGCC系統(tǒng)在將固體燃料比較

經(jīng)濟(jì)地轉(zhuǎn)化成燃?xì)廨啓C(jī)能燃用的清潔氣體燃料的基礎(chǔ)上，

很好地解決了燃煤污染嚴(yán)重且不易治理的問題,因此：

它具有大氣污染物排放量少,廢物處理量小等

突出優(yōu)點(diǎn),足以滿足對(duì)未來(lái)燃煤發(fā)電系統(tǒng)日益嚴(yán)格

的環(huán)保指標(biāo)要求Q由于燃?xì)廨啓C(jī)的入口煤氣的舍塵濃

度有比煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)要求高得多的限制,因此，

在煤氣進(jìn)入燃?xì)?輪機(jī)前腰進(jìn)行嚴(yán)格的除塵，一般情況

下，IGCC發(fā)電裝置的粉塵排放均低于10mg/n?,基本上

不排放粉塵O

2)節(jié)能，具有進(jìn)一步提高效率的前景0IGCC

的凈效率取決于燃?xì)馔钙降倪M(jìn)口溫度、煤氣化顯熱的利

用程度、電站系統(tǒng)的整體化水平以及廠用電率等Q

先進(jìn)的煤氣化技術(shù)可達(dá)到99%的碳轉(zhuǎn)化率,氣化爐的總

效率可達(dá)94%。但.由于在煤氣彳匕和粗煤氣的凈彳匕過程中

22

能量轉(zhuǎn)彳匕所造成的損失,再加上目前言氧作為q化劑

空氣分離裝置所消耗的電力，使整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)的效

率低于燃?xì)庹羝h(huán)機(jī)組的效率，但是隨著未來(lái)采用成熟

可靠的高溫煤氣凈化技術(shù)，IGCC具有■較大幅度提

高燃煤發(fā)電效率的潛力。

23

3）能克分綜合利用煤展資源和煤化工結(jié)合成多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，

便于

與生產(chǎn)甲醇一醋酸-尿素等化工過程相結(jié)合，

使煤得以克分綜合禾I」用,同時(shí)生產(chǎn)電-熱、燃料氣

和化工產(chǎn)晶，有利于降低生產(chǎn)成本。

4）當(dāng)天然氣和石油枯竭時(shí)，可用IGCC改造現(xiàn)

有燃油氣的聯(lián)合循環(huán)。IGCC也可用于對(duì)現(xiàn)有蒸汽電

站的增容改造，便于實(shí)施電站的分階段建設(shè)，能有效

的利用建設(shè)資金。

1.1.5燃煤電廠碳捕集和封存技術(shù)6

（1）技術(shù)簡(jiǎn)介地下是地球最大的碳接收器，世界

上絕大部分的碳都貯藏在這

里，如煤、5由、煤氣、有機(jī)頁(yè)巖、石厭石和白云

石。作為地球外殼內(nèi)一種自然過程，C02的地質(zhì)存儲(chǔ)已

進(jìn)行了數(shù)億年。生物行為一點(diǎn)火行為和巖石與流體間

彳匕學(xué)反應(yīng)形成的C02已被捕獲,并在自然界的地下環(huán)

境中以碳酸鹽礦物形式一溶液形式一氣體或超臨界形

式存儲(chǔ)o在工程上C02被注入地下地質(zhì)巖層,首先于

20世紀(jì)70年代初在美國(guó)得克薩斯州被采用，真目的主要是

作為EOR（提高石油采集率）的一部分。之后人為

CO2的地質(zhì)存儲(chǔ),也在70年代首先作為溫室氣體減擰F可

選方案被提出，但隨后的研究工作很少，直到20世紀(jì)90

24

年代初，通過一些個(gè)人和研究小組的工作，這種概念才

得到認(rèn)可。目前C02地質(zhì)存儲(chǔ)方案作為C02減排方案之

—,取得了一定的進(jìn)展,示范性和商業(yè)性項(xiàng)目初步

取得了成功,技術(shù)可信度的水平有了提高Q但

是,這種可能性要變成現(xiàn)實(shí)，真技術(shù)必須是安金的,

在環(huán)保上要有持久性，

6《二氧化碳地質(zhì)封存技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望》.龐忠和等.第二界廢物地下處置學(xué)術(shù)研究會(huì)論文集。2008.

25

真成本可以接受，并能夠被廣泛應(yīng)用。

碳捕獲和存儲(chǔ)技術(shù)主要由3個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成：

1）碳捕獲

對(duì)于大量分散型的C02排放源是難于實(shí)現(xiàn)碳的收集,

因此碳捕獲的主要目標(biāo)是化石燃料電廠一鋼鐵廠一

水泥廠一煉油廠一合成氨廠等C02的集中排放

源Q針對(duì)電廠打F放的C02的捕獲分離系統(tǒng)主要有3類

燃燒后系統(tǒng)、言氧燃燒系統(tǒng)以及燃燒前系統(tǒng)Q

燃燒后捕獲與分離主要是煙氣中C02與N2的分離。

彳匕孚石齊收法是當(dāng)前最好的燃燒后C02收集

法，具有■較高的捕集效率和選擇性，而能源消耗和收集

成本較低Q除了化學(xué)溶劑吸收法,還有■吸附

法、膜分離等方法Q彳匕學(xué)吸收法是利用堿性

溶液與酸性氣體之間的可逆化學(xué)反應(yīng)Q由于燃煤煙

氣中不僅舍有C02-N2-。2和H2。,還舍有■SOx一

NOx-塵埃、HCL_HF等污染物。雜質(zhì)的存在會(huì)

增加捕獲與分離的成本，因此煙氣進(jìn)入吸收塔之前，

需要進(jìn)行預(yù)處王里，包括水洗臺(tái)去口、除水、

靜電除塵一脫硫與脫硝等。煙氣在預(yù)處理后，進(jìn)入吸

“攵塔,收塔溫度保持在40?600,C02被吸收

齊IJ吸收，通常用的溶劑是胺收劑（如一乙

醛胺MEA）。然后煙氣進(jìn)入一個(gè)水洗容器以平衡系統(tǒng)

26

中的水分并除去氣體中的溶劑液酒與溶劑蒸汽7之

后離開吸收塔o吸收了C02的言溶劑經(jīng)由熱交換器

被抽到再生塔的頂端。吸收劑在溫度100?1400和比大

氣壓略高的壓力下得到再生。水蒸汽經(jīng)過凝結(jié)器返

回再生塔，而C02離開再生塔°再生堿溶劑通過熱交

換器和臺(tái)卻器后被抽運(yùn)回吸收塔。

27

言氧燃燒系統(tǒng)是用純氧或言氧代替空氣作為化石

燃料燃燒的介

質(zhì)o燃燒產(chǎn)物主要是C02和水蒸氣，另外還有多余

的氧氣以保證燃燒完全,以及燃料中所有組成成分

的氧彳匕產(chǎn)物一燃料或泄漏進(jìn)入系統(tǒng)的空氣中的惰

性成分等。經(jīng)過臺(tái)去口水蒸汽臺(tái)凝后，煙氣中C02

舍量在80%?98%之間o這樣高濃度的CO2經(jīng)過壓縮、干

燥和進(jìn)一步的凈彳匕可進(jìn)入管道