我國(guó)火電廠未來的發(fā)展方向

1、我國(guó)火電廠未來的發(fā)展方向一、我國(guó)火電廠今后的發(fā)展趨勢(shì)1、大規(guī)模發(fā)展超超臨界機(jī)組亞臨界機(jī)組參數(shù)16.7Mpa/538/538供電熱效率約為38%，超臨界機(jī)組參數(shù)24.1Mpa/538/538供電熱效率約為41%。超超臨界機(jī)組參數(shù)27.5Mpa/580/580供電熱效率約為43%。蒸汽參數(shù)愈高，熱效率也隨之提高。熱力循環(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1Mpa，機(jī)組的熱耗率就可下降0.13%0.15%；主蒸汽溫度每提高10，機(jī)組的熱耗率就可下降0.250.30%；再熱蒸汽溫度每提高10，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，則其熱耗率可

2、較采用一次再熱的機(jī)組下降1.4%1.6%。超臨界機(jī)組的熱效率比亞臨界高2%3%，超超臨界機(jī)組的熱效率比超臨界機(jī)組的高約24%左右。如果600MW燃煤機(jī)組采用超超臨界技術(shù)，按2013年1-8月供電煤耗302g/kwh計(jì)算，比同容量亞臨界機(jī)組320g/kwh的供電煤耗減少18 g/kwh，按年運(yùn)行5000 小時(shí)計(jì)算，一臺(tái)600MW 超超臨界機(jī)組可比同容量亞臨界機(jī)組節(jié)約標(biāo)煤近5.4萬(wàn)噸/年，相當(dāng)于減少SO排放891噸/年，NOx 排放842噸/年。按此計(jì)算，超超臨界機(jī)組減排的規(guī)模是相當(dāng)可觀的。所以超超臨界機(jī)組對(duì)節(jié)能降耗，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)，實(shí)現(xiàn)電力工業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。國(guó)家發(fā)改委在

3、“十一五”發(fā)展規(guī)劃中對(duì)火電發(fā)展提出的要求是大力發(fā)展600MW及以上的超（超）臨界機(jī)組，采用高效潔凈發(fā)電技術(shù)改造現(xiàn)役火電機(jī)組，實(shí)現(xiàn)“上大壓小”。超超臨界機(jī)組單位造價(jià)低、環(huán)保性能好、技術(shù)含量高，發(fā)電煤耗少，是目前最先進(jìn)的燃煤發(fā)電機(jī)組。用超超臨界機(jī)組作為中小機(jī)組更新?lián)Q代的一種主要模式已經(jīng)成為共識(shí)，加快超超臨界機(jī)組的建設(shè)已是勢(shì)在必行。2、燃?xì)鈾C(jī)組國(guó)家為遏制火電污染物的排放總量，推出了火電脫硫脫硝政策和相應(yīng)的補(bǔ)貼電價(jià)，但投入巨大。在PM2.5標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格執(zhí)行的情況下，火電勢(shì)必將會(huì)在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)受到抑制，而清潔的天然氣發(fā)電則將擁有更大的市場(chǎng)空間。根據(jù)石油和化學(xué)工業(yè)“十二五”發(fā)展指南，為實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和環(huán)境治理的

4、目標(biāo)，未來五到十年我國(guó)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整將向新能源、清潔能源傾斜，特別是屬于清潔能源的天然氣將獲得巨大的發(fā)展空間。預(yù)計(jì)到2015年，我國(guó)天然氣占一次能源消費(fèi)的比例將提高到7-8%，“十二五”末天然氣消費(fèi)量有望達(dá)到2300億立方米以上，并保持年均約18%的復(fù)合增速。而我國(guó)非常規(guī)天然氣開發(fā)潛力巨大，遠(yuǎn)景資源量達(dá)到常規(guī)天然氣的4倍左右，隨著新技術(shù)的逐步應(yīng)用，未來增儲(chǔ)上產(chǎn)空間巨大。在天然氣供應(yīng)能力不斷增強(qiáng)的背景下，燃?xì)饨?jīng)銷商將有更多的富余氣源，自建天然氣電廠既可以消化多余的天然氣，也能夠豐富業(yè)務(wù)構(gòu)成，提高自身盈利能力。對(duì)于電力集團(tuán)來講，主要經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)出于保護(hù)環(huán)境考慮，新批火電機(jī)組將以天然氣為主，電力集團(tuán)未

5、來投資重點(diǎn)勢(shì)必向天然氣電廠轉(zhuǎn)移。天然氣發(fā)電包括集中式發(fā)電與分布式發(fā)電兩種模式，由于天然氣來源渠道分散，分布式發(fā)電將能源綜合利用分布在用戶端，相比集中發(fā)電具有投資更少、風(fēng)險(xiǎn)能夠有效分散以及高效減排的優(yōu)勢(shì)，是集中發(fā)電的有利補(bǔ)充。 在美國(guó)和歐洲，分布式能源應(yīng)用都很普遍，其中，分布式發(fā)電裝機(jī)容量占美國(guó)全國(guó)總裝機(jī)容量的8%左右，而其分布式能源主要采用天然氣作為燃料，占全部分布式發(fā)電裝機(jī)容量的70%以上；歐盟27國(guó)的分布式能源占比達(dá)到10%左右。而我國(guó)分布式發(fā)電還處于起步階段，尚未形成經(jīng)濟(jì)化的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，技術(shù)和裝備也有待改進(jìn)以進(jìn)一步降低成本。3、建設(shè)“大型煤炭基地電站群”大型煤炭基地電站群概念首先由美國(guó)人提

6、出，德國(guó)在這方面進(jìn)行了充分的實(shí)踐。德國(guó)1996年提出了在燃煤電站群建設(shè)中引入即燃褐煤的超超臨界機(jī)組設(shè)計(jì)技術(shù)集成技術(shù)。包括：采用超超臨界參數(shù)、冷端優(yōu)化、褐煤干燥、鍋爐系統(tǒng)優(yōu)化、汽輪機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化、熱力系統(tǒng)優(yōu)化、區(qū)域供熱等設(shè)計(jì)技術(shù)的工程集成應(yīng)用。大型煤炭基地電站群發(fā)展路線分成3個(gè)步驟實(shí)施，最終將所有設(shè)計(jì)技術(shù)集成在700蒸汽參數(shù)機(jī)組示范應(yīng)用。一是火電機(jī)組的技術(shù)發(fā)展緊跟國(guó)際和國(guó)家大的政策背景發(fā)展，采取包括褐煤干燥技術(shù)在內(nèi)的所有火電機(jī)組設(shè)計(jì)技術(shù)的集成，實(shí)現(xiàn)燃煤火電機(jī)組的節(jié)能減排。二是以燃煤火電機(jī)組的技術(shù)發(fā)展促進(jìn)大型褐煤煤炭基地電站群的發(fā)展。例如德國(guó)在煤炭基地運(yùn)營(yíng)的5個(gè)電廠，裝機(jī)總?cè)萘抗灿?jì)10,000MW，提

7、供德國(guó)13%總供電量。電廠燃用的褐煤從3個(gè)露天礦開采，年燃用褐煤8,700萬(wàn)噸以上。我國(guó)內(nèi)蒙古等煤炭基地的褐煤占很大比重，這對(duì)我們很有借鑒意義。三是煤炭和電力設(shè)計(jì)部門對(duì)煤質(zhì)的變化進(jìn)行長(zhǎng)期的研究。除了進(jìn)行火電機(jī)組設(shè)計(jì)技術(shù)集成應(yīng)用外，還進(jìn)一步考慮了對(duì)煤的評(píng)價(jià)，長(zhǎng)期評(píng)價(jià)露天煤礦的煤質(zhì)特性。使火電機(jī)組適應(yīng)各種褐煤煤質(zhì)特性。煤炭基地重點(diǎn)開發(fā)大型燃煤火電機(jī)組電站群，并使設(shè)計(jì)技術(shù)集成化，將是中國(guó)未來的一個(gè)主要發(fā)展方向。二、如何提高火電廠的發(fā)電效率1、推廣超超臨界發(fā)電技術(shù)：超超臨界的煤電機(jī)組發(fā)電效率可以達(dá)到40%-43%，目前，我國(guó)的燃煤電廠已大范圍使用超超臨界技術(shù)，處于世界領(lǐng)先水平。開展超700超超臨界發(fā)電

8、機(jī)組的鍋爐、汽機(jī)、輔機(jī)以及高溫材料等關(guān)鍵技術(shù)研究，為“十三五”期間實(shí)現(xiàn)工程示范打下基礎(chǔ)，主要技術(shù)指標(biāo)：蒸汽溫度>700，壓力>30MPa，機(jī)組容量600MW；鍋爐效率>94%；汽輪機(jī)熱耗<6950Kj/KWH；發(fā)電機(jī)額定功率600MW，發(fā)電機(jī)效率99；機(jī)組循環(huán)效率48.37。除了超超臨界還有高超臨界，但需要材料、鍋爐等方面的技術(shù)進(jìn)一步改進(jìn)，還有一些技術(shù)沒有解決。提高效率會(huì)帶來更相對(duì)的經(jīng)濟(jì)性，但現(xiàn)在還不是經(jīng)濟(jì)性最好的階段，很多技術(shù)在一個(gè)時(shí)期內(nèi)將存在經(jīng)濟(jì)性的挑戰(zhàn)。2、優(yōu)化控制系統(tǒng)：開展以節(jié)能降耗為主要目標(biāo)的多目標(biāo)優(yōu)化控制理論與應(yīng)用的研究。目前的熱工優(yōu)化控制系統(tǒng)只局限于優(yōu)化單

9、一控制指標(biāo)（參數(shù)指標(biāo)），這種優(yōu)化的結(jié)果往往只局限于尋找一個(gè)有效的控制器或一個(gè)控制方案，僅僅能確保控制偏差的最優(yōu)性，難于兼顧其他的目標(biāo)（如：機(jī)組效率、能耗等指標(biāo)）。事實(shí)上，從整個(gè)熱力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的角度來看，優(yōu)化控制的目標(biāo)應(yīng)該是多方面的，除保證具有最小的控制偏差外，還應(yīng)確保火電機(jī)組有較高的運(yùn)行效率且要盡可能有延長(zhǎng)熱力設(shè)備的壽命等。因此，基于火電機(jī)組能耗等指標(biāo)的多目標(biāo)優(yōu)化控制方法的研究，有效降低火電機(jī)組的發(fā)電煤耗，具有廣闊的應(yīng)用前景。三、如何進(jìn)一步降低火電廠的煤耗和廠用電率對(duì)于新設(shè)計(jì)機(jī)組，可通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，合理配套進(jìn)行節(jié)能；而對(duì)于運(yùn)行機(jī)組，可通過節(jié)能診斷，優(yōu)化改造，監(jiān)測(cè)能損，指導(dǎo)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。

10、1、采用回?zé)岷驮贌醿煞N循環(huán)方式，使得循環(huán)效率大為提高。2、汽輪機(jī)通流部分實(shí)施技術(shù)改造。目前這種改造大體可以分為兩類：一類是提高汽輪機(jī)內(nèi)效率，達(dá)到降耗目的；另一類是降耗的同時(shí)提高汽輪機(jī)的出力。具體改造措施有更換氣缸，將雙列調(diào)節(jié)級(jí)改為單列調(diào)節(jié)級(jí)等。 3、鍋爐制粉系統(tǒng)技術(shù)改造。通過改造磨煤機(jī)系統(tǒng)、密封系統(tǒng)，可以提高制粉效率，降低制粉單耗，從而降低煤耗。采用新型密封技術(shù)改造鍋爐空氣預(yù)熱器?？疹A(yù)器的漏風(fēng)問題一直是影響鍋爐燃燒，降低效率的威脅。通過采用新型密封技術(shù)，降低空預(yù)器漏風(fēng)率，不僅減少排煙損失，降低飛灰含碳量，還可以節(jié)約廠用電，降低廠用電率。 4、電站循環(huán)冷卻水余熱再利用。通過凝汽器由循環(huán)冷卻水帶走

11、的熱量一般占輸送總能量的15%以上，有的甚至高達(dá)25%以上，造成了能量的極大浪費(fèi)。如果能采用余熱利用技術(shù)把這部分能量利用起來，勢(shì)必會(huì)對(duì)電廠效率提高產(chǎn)生明顯的效果。 目前，面臨著能源資源逐漸匱乏和能源需求總量日益增大的雙重挑戰(zhàn)，節(jié)能降耗刻不容緩。電廠熱力系統(tǒng)首當(dāng)其沖，且與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的熱力系統(tǒng)節(jié)能降耗還是有很大的潛力和空間可以充分挖掘。有理由相信，隨著相關(guān)熱力系統(tǒng)分析方法的逐步發(fā)展和完善，電廠熱力系統(tǒng)節(jié)能降耗將會(huì)取得更長(zhǎng)遠(yuǎn)的進(jìn)步。 四、如果進(jìn)一步降低火電廠的環(huán)保排放指標(biāo) 1、濕法電除塵技術(shù) 我國(guó)燃煤電廠90%以上采用傳統(tǒng)的普通干式電除塵，由于存在供電電壓不高、火花放電導(dǎo)致電壓降低、反電暈、

12、電暈風(fēng)和振打引起二次飛揚(yáng)、選型偏小等原因，難以達(dá)到每立方米20mg的新標(biāo)準(zhǔn)。近幾年來，燃煤電廠除塵技術(shù)出現(xiàn)了新動(dòng)態(tài)，袋式除塵器和電袋復(fù)合除塵器開始應(yīng)用，這兩種方案雖然都能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，但最終除塵手段都是袋式過濾，存在對(duì)于煙氣溫度、煙氣成份等適應(yīng)性差、濾袋壽命短、運(yùn)行費(fèi)用高、維護(hù)工作量大等缺點(diǎn)，不適用低溫含濕量大煙氣。燃煤電廠電除塵器改造采用這兩種技術(shù)方案等于新建一套袋式除塵器，耗資大，加重企業(yè)負(fù)擔(dān)。即便是新建機(jī)組，煙塵比電阻合適，電除塵和濕式脫硫系統(tǒng)相結(jié)合至今仍是多數(shù)電廠的選擇。此外，作為最重要煙氣脫硫手段的濕法脫硫裝置，在脫硫過程中產(chǎn)生的新污染物硫酸霧，它無(wú)法采用袋式除塵器進(jìn)行治理，必須采用

13、濕式電除塵才能有效脫除。采用高頻電源+輔助電極+濕式清灰綜合技術(shù)方案，最高除塵效率達(dá)到94.01%，而采用普通電除塵技術(shù)方案除塵效率最高84.98%，除塵效率明顯提高，降低煙塵排放60.12%，今年來濕法電除塵技術(shù)發(fā)展迅速，其中遠(yuǎn)達(dá)環(huán)保的技術(shù)可以做到控制出口煙塵濃度小于5mg，PM2.5去除率大于50%，SO3去除率大于70%。并可脫除重金屬等多種污染物。2、開展鍋爐低排放優(yōu)化控制理論與應(yīng)用的研究。隨著國(guó)家能源政策和環(huán)保法規(guī)的不斷完善，對(duì)鍋爐燃燒控制系統(tǒng)提出了更高的要求，即鍋爐燃燒控制系統(tǒng)不僅要確保鍋爐安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求，而且還要盡可能地減少鍋爐尾部煙氣的各種污染物的排放量，許多理論研究

14、和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)均已證實(shí)，當(dāng)改變鍋爐的各層風(fēng)量和各層煤粉量的分配時(shí)，鍋爐尾部煙氣的NOx排放量有明顯的變化，也就是只要合理分配各層的風(fēng)量和煤粉量，就可以降低NOx的排放量，但目前的鍋爐燃燒控制系統(tǒng)中只考慮讓鍋爐總的風(fēng)量和煤粉量隨鍋爐熱負(fù)荷而變化，沒有考慮如何減少鍋爐尾部煙氣的各種污染物排放量。將鍋爐燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性、安全性與燃燒過程的低排放控制有機(jī)地結(jié)合起來，通過理論分析和試驗(yàn)相結(jié)合的方法，研究提出鍋爐燃燒系統(tǒng)高效率和低排放的最佳控制方案。3、低氮燃燒技術(shù) 為了實(shí)現(xiàn)清潔燃燒，目前降低燃燒中NO、排放污染的技術(shù)措施可分為兩大類：一類是爐內(nèi)脫氮，另一類是尾部脫氮。爐內(nèi)脫氮:就是采用各種燃燒技術(shù)手段來控制

15、燃燒過程中NOx的生成，又稱低NOx燃燒技術(shù)，下表給出了現(xiàn)有幾種典型爐內(nèi)脫氮技術(shù)的比較。技術(shù)名稱效果優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)低氧燃燒根據(jù)原來運(yùn)行條件，最多降低20%投資最少導(dǎo)致飛灰含碳量增加降低投入運(yùn)行的燃燒器數(shù)目15%30%投資低，易于鍋爐改裝有引起爐內(nèi)腐蝕和結(jié)渣的可能，并導(dǎo)致飛灰含碳量增加空氣分級(jí)燃燒（OFA）最多30%投資低并不是對(duì)所有爐膛都適用，有可能引起爐內(nèi)腐蝕和結(jié)渣，并降低燃燒效率低NOx燃燒器與空氣分級(jí)燃燒相結(jié)合時(shí)可達(dá)60%用于新的和改裝的鍋爐，中等投資，有運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)結(jié)構(gòu)比常規(guī)燃燒器復(fù)雜.煙氣再循環(huán)（FGR）最多20%能改善混合燃燒，中等投資增加再循環(huán)風(fēng)機(jī)，使用不廣泛燃料分級(jí)(再燃)達(dá)到50%適用

16、于新的和改造現(xiàn)有鍋爐，可減少已形成的NOX，中等投資可能需要增加第二種燃料，可能導(dǎo)致飛灰含碳量增加，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)較少尾部脫氮:尾部脫氮又稱煙氣凈化技術(shù)，即把尾部煙氣中已經(jīng)生成的氮氧化物還原或吸附，從而降低NOx排放。煙氣脫氮的處理方法可分為：催化還原法、液體吸收法和吸附法三大類。催化還原法是在催化劑作用下，利用還原劑將NOx還原為無(wú)害的N2。這種方法雖然投資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高，且需消耗氨和燃料，但由于對(duì)NOx效率很高，設(shè)備緊湊，故在國(guó)外得到了廣泛應(yīng)用，催化還原法可分為選擇性非催化還原法和選擇性催化還原法相比，設(shè)備簡(jiǎn)單、運(yùn)轉(zhuǎn)資金少，是一種有吸引力的技術(shù)。液體吸收法是用水或者其他溶液吸收煙氣中的NOx。該法

17、工藝簡(jiǎn)單，能夠以硝酸鹽等形式回收N進(jìn)行綜合利用，但是吸收效率不高。吸附法是用吸附劑對(duì)煙氣中的NOx進(jìn)行吸附，然后在一定條件下使被吸附的NOx脫附回收，同時(shí)吸附劑再生。此法的NOx脫除率非常高，并且能回收利用。但一次性投資很高。爐內(nèi)脫氮與尾部脫氮相比，具有應(yīng)用廣泛、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)有效等優(yōu)點(diǎn)。表中各種低NOx燃燒技術(shù)是降低燃煤鍋爐NOx排放最主要也是比較成熟的技術(shù)措施。一般情況下，這些措施最多能達(dá)到50%的脫除率。當(dāng)要進(jìn)一步提高脫除率時(shí)，就要考慮采用尾部煙氣脫氮的技術(shù)措施，SCR和SNCR法能大幅度地把NOx排放量降低到200mg/m3，但它的設(shè)備昂貴、運(yùn)行費(fèi)用很高。在今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，我國(guó)更適合發(fā)展投資少、效果也比較顯著的爐內(nèi)脫氮技術(shù)。即使采用煙氣凈化技術(shù)，同時(shí)采用低NOx燃煤技術(shù)來控制燃燒過程N(yùn)Ox的產(chǎn)生，以盡可能降低化設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用。爐內(nèi)脫氮技術(shù)又以燃料分級(jí)效率較高。燃料再燃技術(shù)是有效的降低NOx排放的措施，早在1980年日本的三菱公司就將天然氣再燃技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際鍋爐，NOx排放減少50%以上。美國(guó)能源部的“潔凈煤技術(shù)”計(jì)劃也包括再燃技術(shù)，其示范項(xiàng)目分別采用煤或天然氣作為再燃燃料，NOx排放減少30%