基于清潔高效的火力發(fā)電技術(shù)分析

李 波（中國電建集團(tuán)四川電力建設(shè)三公司，四川內(nèi)江641000）

基于清潔高效的火力發(fā)電技術(shù)分析

李 波（中國電建集團(tuán)四川電力建設(shè)三公司，四川內(nèi)江641000）

近年來，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，人們對(duì)電能的需求量也逐漸增大，因而對(duì)發(fā)電技術(shù)的要求也更高，確保其能適應(yīng)市場(chǎng)需求而發(fā)展?；鹆Πl(fā)電是發(fā)電技術(shù)中的重要內(nèi)容，其行業(yè)消耗的煤礦資源較高，不但影響煤礦資源的可持續(xù)發(fā)展，也嚴(yán)重污染環(huán)境，因此，發(fā)展清潔高效的火力發(fā)電技術(shù)對(duì)社會(huì)生態(tài)環(huán)境具有較大作用。本文主要針對(duì)基于清潔高效的火力發(fā)電技術(shù)進(jìn)行分析，研究潔凈煤發(fā)電技術(shù)及常規(guī)的發(fā)電能源結(jié)構(gòu)，以期提供相關(guān)人員參考價(jià)值。

火力發(fā)電技術(shù)；發(fā)電能源；清潔高效；分析

火力發(fā)電技術(shù)是電力生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛的的技術(shù)，隨著人們對(duì)電能的需求量不斷增加，火力發(fā)電所消耗的能源也不斷增加，且其不但消耗煤礦資源，更產(chǎn)生大量的二氧化碳污染物，嚴(yán)重影響大氣環(huán)境。因此，保證電力的清潔高效及可持續(xù)發(fā)展成為人們關(guān)注的重要問題，為減少火力發(fā)電廠中燃煤發(fā)電對(duì)環(huán)境的污染，提高煤礦資源的利用率，研究清潔高效的火力發(fā)電技術(shù)勢(shì)在必行。潔凈煤發(fā)電技術(shù)是目前火力發(fā)電廠中清潔高效發(fā)電的重要技術(shù)，其主要在于通過提高發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行效率，從而使煤礦資源利用率得以提高，降低了燃煤發(fā)電污染物排放對(duì)環(huán)境的污染，也實(shí)現(xiàn)了火力發(fā)電清潔高效的目標(biāo)。潔凈煤發(fā)電技術(shù)主要包括煤炭加工、煙氣凈化、燃料電池、煤炭的清潔燃燒、煤炭轉(zhuǎn)化等方面的技術(shù)。

1 煤炭加工技術(shù)及煙氣凈化

煤炭加工技術(shù)主要是在使用煤炭發(fā)電之前先對(duì)其進(jìn)行一定的物理加工，合理選擇煤炭，并將不同類別、不同質(zhì)量的單種煤篩選后破碎進(jìn)行動(dòng)力配煤，合理造型，從而保證其能潔凈燃燒，提高利用率，降低污染氣體排放。例如通過噴燃、泵送的方式將煤水混合的液態(tài)燃料加入水煤漿中，能夠形成新型煤油，提高煤礦利用率。燃煤發(fā)電通常伴有大量二氧化碳?xì)怏w排放，從而形成大氣污染，因而可采用煙氣凈化技術(shù)消除其大氣污染。煙氣凈化技術(shù)又分為除塵、脫除重金屬、脫氮及脫硫氧化物等技術(shù)，隨著科技的不斷發(fā)展，目前除塵技術(shù)已逐漸成熟并得到了廣泛的應(yīng)用。煙氣凈化技術(shù)還采用濕式石灰石裝置，能有效的吸收空氣中燃煤產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w，將其還原成活性較低的CaCO3，從而凈化空氣環(huán)境。脫硫氧化物即是利用二氧化硫在低溫條件下反應(yīng)活性較高的特點(diǎn)，將其冷凍后脫硫，從而消除煙氣中的二氧化硫及三氧化硫。脫氮氧化物是目前噴氨或者尿素使其與燃煤后空氣中的NO2等產(chǎn)生反應(yīng)，從而達(dá)到煙氣凈化效果，但其技術(shù)尚不成熟，應(yīng)用尚不廣泛。而煙氣凈化技術(shù)脫除重金屬主要是利用吸附原理脫除燃煤氣體中的重金屬污染物質(zhì)，能取得較好的效果。

2 燃料電池

燃料電池的方法主要通過一定的條件利用電化學(xué)裝置將燃料與空氣中的氧氣結(jié)合發(fā)生相關(guān)電化學(xué)反應(yīng)，從而形成低壓的直流電能及熱能。隨著火力發(fā)電技術(shù)的不斷成熟發(fā)展，燃料電池主要有堿性、磷酸型、熔融碳酸鹽、固體氧化物、質(zhì)子交換膜幾種類型燃料電池，其中熔融碳酸鹽燃料電池能夠與煤氣化聯(lián)合循環(huán)結(jié)合，從而使得發(fā)電技術(shù)清潔高效，提高發(fā)電率。采用燃料電池不易受到卡諾循環(huán)的影響，只要持續(xù)不斷添加燃料與氧化劑，化學(xué)能就能持續(xù)轉(zhuǎn)化為電能，因而其能量轉(zhuǎn)化率較高，理論上能夠轉(zhuǎn)化83%左右，而實(shí)際應(yīng)用中也能轉(zhuǎn)化達(dá)到60%以上[1]。除可將燃料電池用于發(fā)電外，還可將其用于固定的汽車電源、分布式電源等，通過燃料電池發(fā)電不但不會(huì)產(chǎn)生污染物，且其不需要轉(zhuǎn)動(dòng)部件控制，能夠降低噪聲污染。此外，燃料電池裝置所占土地面積較小，便于火電廠配備響應(yīng)設(shè)備，且其不耗費(fèi)水資源，重量較輕便于移動(dòng)調(diào)整，對(duì)于分散式電源的火電廠布置較為適用。

3 煤炭的清潔燃燒

火力發(fā)電技術(shù)中想要保證其發(fā)電清潔高效，則需控制煤炭的全面、清潔燃燒，通常煤炭完全燃燒的工藝主要是使用新型燃燒工藝或是煤炭的轉(zhuǎn)變工藝聯(lián)合循環(huán)技術(shù)實(shí)現(xiàn)煤炭的清潔燃燒。新型燃燒工藝主要是總體的煤氣化與循環(huán)技術(shù)結(jié)合、部分的煤氣與循環(huán)技術(shù)結(jié)合、循環(huán)流化床燃燒技術(shù)與燃?xì)饨Y(jié)合、并將蒸汽聯(lián)產(chǎn)技術(shù)及增壓流化床與循環(huán)技術(shù)聯(lián)合，從而實(shí)現(xiàn)煤炭的全面、清潔燃燒。而在其中采用循環(huán)流化床發(fā)電具有較為突出的效果，由于其流化床燃燒需在800～850℃的低溫下進(jìn)行，因而可適用于脫硫氧化物技術(shù)，從而提高了脫硫率，且低溫下燃燒也能減少氧化氮物質(zhì)的排放，提高清潔效果[2]。此外循環(huán)流化床中采用燃料與床料配比后燃燒發(fā)電，而其采用燃料占比較低，因而其燃料具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，不同的劣質(zhì)燃料也能在其中燃燒，從而提高了燃燒效率，也能有效的提高煤礦資源的利用率。同時(shí)可將燃燒后產(chǎn)生的灰渣作為水泥填料利用，作為建筑材料。隨著科技的不斷發(fā)展，循環(huán)流化床單位機(jī)器容量逐漸達(dá)到300～600MW，而循環(huán)流化床中也逐漸改進(jìn)相關(guān)設(shè)置，并能逐漸采用型煤作為燃料，且凈化煤氣。而煤炭的轉(zhuǎn)變工藝聯(lián)合循環(huán)技術(shù)則是采用聯(lián)合循環(huán)的方式，其采用梯級(jí)遞增的形式利用提供熱能的利用，不但能夠取得較好的熱效率，也能取得較好的脫硫效果。而煤炭的轉(zhuǎn)變工藝聯(lián)合循環(huán)技術(shù)能夠有效的降低燃煤的氧化氮排放量，其排放幾乎與天然氣相同，具有較高的環(huán)保效果。而由于此技術(shù)能夠?qū)⒉煌愋偷拿航Y(jié)合使用，通過各類工藝處理后能夠有效的提高其對(duì)煤種的適應(yīng)性，其已成為目前火電廠發(fā)電的主要發(fā)展趨勢(shì)。而加壓流化床聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)也是目前基于流化床工藝形成的清潔煤發(fā)電技術(shù)，相比于蒸汽循環(huán)機(jī)發(fā)電，其熱效率較高，且對(duì)自然環(huán)境影響較小，而若其與超臨界機(jī)組合理融合后更能有效的提高系統(tǒng)的運(yùn)行速率[3]。

4 煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)

煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)主要是利用化學(xué)作用的方式將煤料轉(zhuǎn)化為液態(tài)、氣態(tài)或重新造型固態(tài)的燃料，從而提高其燃煤利用率，例如常見的煤氣、液化氣[4]。煤炭氣化主要是通過特定的設(shè)備、適宜的溫度及相關(guān)有機(jī)質(zhì)、氣化劑產(chǎn)生相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)后將固態(tài)煤轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w，如圖1。煤炭氣化中可采用集成式煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，利用高溫氣化后通過濕法或干法凈化工藝將氣化產(chǎn)生的污染物質(zhì)出去，并通過高壓蒸汽驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電，此方法不但能有效提高發(fā)電效率，也能降低CO2排放量，達(dá)到清潔高效的目標(biāo)。可建立相應(yīng)的加工基地，從而便于大面積的運(yùn)用處理，而為進(jìn)一步提高煤氣化技術(shù)的水平，可采用增壓液化床氣化爐提高其轉(zhuǎn)化效率。

圖1 煤炭氣化流程圖

煤炭的液化則可采用高壓加氫的方法，通過裂解反應(yīng)將多數(shù)雜原子脫除，在適宜溫度條件下將固態(tài)煤轉(zhuǎn)化為液態(tài)燃料，通常褐煤、煙煤的生產(chǎn)中則可采用此類技術(shù)。煤炭液化工藝所需條件簡單，能夠有效降低工藝成本，其液化率較高，有效提高了煤資源的利用率。隨著相關(guān)人員的不斷研究，煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)也逐漸提高，且各類燃料增加劑不斷開發(fā)，其轉(zhuǎn)化技術(shù)水平也增加。

5 常規(guī)的發(fā)電能源技術(shù)

隨著電力工業(yè)的逐漸發(fā)展，發(fā)電技術(shù)逐漸朝著可控核聚變技術(shù)及天然氣燃料的方向發(fā)展。相比于其他形式的能源站，核能能夠有效的替代化石能源，核電站建設(shè)較為廣泛，核電站建設(shè)成本較低，不但能提高能源的可再生利用率，也能節(jié)省投資成本及建設(shè)時(shí)間，也能提高環(huán)境保護(hù)效果。而天然氣具有較好的燃燒性能，不但易于燃燒，且具有較高熱量，采用天然氣燃燒時(shí)其排放的污染物遠(yuǎn)低于煤炭燃燒產(chǎn)生的污染物，通常天然氣發(fā)電所排放的二氧化碳量只占煤炭燃燒發(fā)電排放量的一半，而其氮氧化物排放量只占20%左右[5]。天然氣發(fā)電站的運(yùn)行方式較為靈活，相關(guān)機(jī)組啟動(dòng)較快，具有較高的可用率。而由于天然氣發(fā)電站無污染，其在用水量、占地面積及生態(tài)環(huán)境的保護(hù)方面遠(yuǎn)比火力發(fā)電廠更優(yōu)秀，對(duì)生產(chǎn)地點(diǎn)無較大限制，通常在電力負(fù)荷中心便能構(gòu)建天然氣發(fā)電站，便于就近輸電[6]。雖然我國現(xiàn)今火力發(fā)電仍以煤炭等化石資源作為重要發(fā)電技術(shù)，而隨著人們對(duì)發(fā)電技術(shù)的要求逐漸提高，除需依據(jù)煤炭發(fā)電研究清潔高效的火力發(fā)電技術(shù)外，還需積極研究使用天然氣能源，提高其能源的高效利用及清潔性。

6 結(jié)束語

綜上所述，由于煤炭能源燃燒發(fā)電仍是火力發(fā)電中的主要能源，而燃煤產(chǎn)生的污染較高，因而在火力發(fā)電中需針對(duì)煤炭的清潔高效發(fā)電技術(shù)分析。通過潔凈煤發(fā)電技術(shù)降低燃煤排放的污染氣體，并盡量提高煤炭的全面、清潔燃燒程度，增強(qiáng)其環(huán)保效果，同時(shí)大力研究煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)，確?；鹆Πl(fā)電技術(shù)今后朝向清潔高效的方向發(fā)展。同時(shí)隨著各類能源逐漸應(yīng)用于發(fā)電技術(shù)中，發(fā)電技術(shù)的低耗節(jié)能及環(huán)保清潔程度也逐漸提高，發(fā)電能源也需朝向多元化的方向發(fā)展，盡量采用天然氣、核能等發(fā)電技術(shù)能夠取得更好的效果。

[1]焦振興.清潔高效的火力發(fā)電技術(shù)分析[J].科技風(fēng)，2014，19：53.

[2]王二偉.火力發(fā)電技術(shù)中清潔能源的分析[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2015，14：91.

[3]本報(bào)記者霍麗文.發(fā)展清潔高效的火力發(fā)電技術(shù)[N].中國電力報(bào)，2012，04.

[4]史建軍.火力發(fā)電廠綠色經(jīng)濟(jì)運(yùn)營管理研究[D].大連理工大學(xué)，2005.

[5]周亮亮.清潔燃煤發(fā)電技術(shù)全生命周期評(píng)價(jià)[D].重慶大學(xué)，2011.

[6]肖 堯.清潔煤技術(shù)推廣的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)測(cè)度—基于中國省區(qū)動(dòng)態(tài)面板模型[J].財(cái)經(jīng)科學(xué)，2015（08）：29～30.

TM611

A

2095-2066（2016）34-0058-02

2016-11-17

李 波（1974-），男，高級(jí)工程師，本科，主要從事電力建設(shè)及管理方面工作。