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洁净煤发电技术

/clean coal-fired power generation technology/
条目作者电佰

电佰

最后更新 2023-06-21
浏览 197
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旨在减少污染物排放和提高利用效率而在燃煤发电的全过程中采用的技术。

英文名称
clean coal-fired power generation technology
所属学科
电气工程

洁净煤发电技术是节约能源、保护环境和应对全球气候变化的先进燃煤发电技术。洁净煤发电技术主要包括:先进发电技术(超临界、超超临界发电技术,整体煤气化联合循环等),洁净煤燃烧技术[流化床燃烧技术、低氮氧化物(NOx)燃烧技术等],燃煤电厂污染物和CO2排放控制技术(烟气除尘、脱硫、脱硝、脱汞等技术以及污染物联合脱除技术,CO2捕集技术等),资源综合利用技术(多联产技术、CO2的封存和利用技术、废弃物资源化利用技术等)等。

自1957年世界上第一台超超临界机组在美国投产以来,超超临界发电技术逐渐在世界范围内得到广泛的应用和发展。经过半个多世纪的发展,超临界、超超临界发电技术已成为技术成熟、经济可行、应用广泛的洁净煤发电技术。在可靠性、可用率、热机动性、机组寿命等方面不亚于亚临界机组。已投运的超临界机组最大容量为1300兆瓦(双轴)和1200兆瓦(单轴);已投运的超超临界机组最大容量为1100兆瓦,最高压力为31兆帕,最高主蒸汽温度为600℃,最高再热温度为620℃(最大容量、最高压力、最高温度不在同一台机组)。

煤炭通过气化、煤气净化制成洁净煤气以供联合循环发电的一种燃煤联合循环。IGCC的技术特点是:①对污染物的处理是在高压煤气中进行的,其质量流量仅为尾部烟气流量的1/10量级,处理装置体积小、处理效果好、费用较低;燃用中低热值煤气的燃气轮机在采用低NOx燃烧技术后,NOx排放水平很低;可生产元素硫或硫酸等副产品;对气流床气化工艺,排出的渣为不浸出熔渣,有商业利用价值。②采用联合循环,机组效率高且耗水量比同容量燃煤蒸汽电厂减少30%~50%。③可对煤气实施燃烧前脱除CO2。④原理上更有利于实现多联产。但IGCC技术也存在系统比较复杂、造价高等缺点。

流化床可分为鼓泡流化床和循环流化床,也可分为常压流化床和增压流化床。由于床层热容量大,燃料颗粒在流化床内停留时间较长,故可燃用多灰的劣质煤。流化床采用石灰石或白云石做脱硫剂,在合理的钙硫比(Ca/S)下脱硫效率可以达到80%~90%或更高。流化床燃烧一般控制炉膛温度在800~950℃,采用低温燃烧可以减少NOx排放。大型常压循环流化床锅炉已经成熟。国外已投运的循环流化床锅炉(采用超临界参数)最大容量达到460兆瓦(电功率)。中国投运的最大容量的常压循环流化床锅炉为四川白马发电厂的循环流化床锅炉,容量已达600兆瓦(电功率),这也是世界上已投运的功率最大的循环流化床锅炉。循环流化床锅炉将向更高容量、更高蒸汽参数、更高性能的方向发展,并将得到更广泛的应用。

气化产生的煤气中的化学能,在燃料电池[注](FC)内经过电化学过程直接转化为电能,以及在此基础上再采用联合循环系统的发电技术。熔融碳酸盐燃料电池[注](MCFC)和固体氧化物燃料电池[注](SOFC)的工作温度分别为约600℃和900~1000℃。MCFC和SOFC可以和煤气化工艺、煤气净化工艺以及联合循环结合起来形成整体煤气化燃料电池联合循环[注](IGFC-CC)。未来燃用天然气的燃料电池联合循环净热效率有可能达到70%甚至更高,而IGFC-CC则要低一些,如采用热电联产系统可提高能源利用效率。如果FC的大容量化得到解决,还可用于中心电站。除降低造价和提高寿命外,IGFC-CC还需解决煤气净化和系统优化等问题。

燃气轮机工质采用闭式循环的一种燃煤联合循环方式。一般以空气作为工质,利用布置在燃煤锅炉中的高压高温空气加热器对其加热。采用联合循环可提高机组热效率,但需解决高压高温空气加热器的材料、设计以及腐蚀和磨损等问题。这一技术正在研究开发中。

减少燃煤电厂烟尘、硫氧化物、氮氧化物、汞等重金属和其他污染物排放的技术。污染物排放控制技术可分为:①燃烧前污染物排放控制技术。②燃烧中污染物排放控制技术;污染物控制技术。烟气多种污染物联合脱除技术正在研究中。

燃煤电厂是CO2重要的排放来源。为了应对全球气候变化,CO2的排放控制、封存和利用变得越来越重要。

包括常规热电联产或热电冷联产,以及基于煤气化的多联产等技术,是提高资源利用水平、促进循环经济发展的有效技术手段。多联产已成为未来煤炭高效清洁利用的重要发展方向。

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