火力發(fā)電技術(shù)發(fā)展

火力發(fā)電技術(shù)進(jìn)展人類已進(jìn)入21世紀(jì)，“能源、環(huán)境、進(jìn)展”是世紀(jì)人類所面臨的三大主題。這三者之中，求火力發(fā)電技術(shù)不斷進(jìn)展、提髙。在已經(jīng)開頭的21世紀(jì)，火力發(fā)電技術(shù)進(jìn)展趨勢是我們格外關(guān)注的問題，本文就此作一綜述。1連續(xù)提超群臨界火電機(jī)組效率就能量轉(zhuǎn)換的形式而言，火力發(fā)電機(jī)組的作用是將燃料〔煤、石汕、自然氣〕的化學(xué)能經(jīng)燃燒釋放出熱能，再進(jìn)一步將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋Ｆ浒l(fā)電方式有汽輪機(jī)發(fā)電、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電及內(nèi)燃機(jī)發(fā)電三種。其中汽輪機(jī)發(fā)電所占比例最大，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電近年來有所進(jìn)展，內(nèi)燃機(jī)發(fā)電比〔即熬汽的壓力與溫度〕愈高，循環(huán)效率就愈髙。目前蒸汽壓力已超過臨界壓力〔大于22.2MPa〕,即所謂的超臨界機(jī)組。進(jìn)一步提髙超臨界機(jī)組的效率，主要從以下兩方而入手。1.1提高初參數(shù)，承受超超臨界初參數(shù)的提髙主要受金屬材料在髙溫下性能是否穩(wěn)左的限制，目前，超臨界機(jī)組初溫可達(dá)538°C?576°C°隨著冶金技術(shù)的進(jìn)展，耐高溫性能材料的不斷消滅,初溫可提髙到600C?70Oro19800700MW超超臨界汽輪機(jī)，并相繼于1989年和1990年投產(chǎn)，運(yùn)行穩(wěn)肚，到達(dá)提高發(fā)電端熱效率5%的預(yù)期目標(biāo)，即發(fā)電端效率為41%,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了在140分鐘內(nèi)啟動(dòng)的設(shè)計(jì)要求，且可在帶10%額泄負(fù)荷運(yùn)行。在此根底上，該公司正推動(dòng)1型〔30.99MPa、593/593/593°C〕、2型〔34.52MPa.650/593/593C〕279g/kWh。1.2承受高性能汽輪機(jī)汽輪機(jī)制造技術(shù)已很成熟，但仍有進(jìn)一步提高其效率的空間，主要有以下三種途徑：首先是進(jìn)一步增加末級葉片的環(huán)形排汽面積，從而到達(dá)減小排汽損失的目的。末級葉片的環(huán)形排汽面積取決于葉片髙度，后者受制于材料的耐離心力強(qiáng)度。日本700MW機(jī)組已成功承受12Cr0.842M排汽而積增加了40%,1.6%O貝次是承受削減二次流損失的葉柵。葉柵汽道中的二次流會干擾工作的主汽流產(chǎn)生較大的能量損失，要進(jìn)一步研制型葉柵，以削減二次流損失。最終是削減汽輪機(jī)內(nèi)部漏汽損失。汽輪機(jī)隔板與軸間、動(dòng)葉頂部與汽缸、動(dòng)葉與隔板間均有一左間隙。這些部位均裝有汽封，以削減漏汽損失。要研制型汽封件以削減漏汽損失。2干凈煤技術(shù)火力發(fā)電進(jìn)展至今，一次能源仍以煤為主。如我國煤炭在一次能源的生產(chǎn)和消費(fèi)中占了大頭，同時(shí)煤電在電力裝機(jī)總?cè)萘恐姓剂?5%,這種格局在21世紀(jì)中葉以前不會有大的轉(zhuǎn)變。眾所周知，燃煤發(fā)電目前存在著兩個(gè)突岀的問題：一是燃煤技術(shù)有待改善，煤的利用率要進(jìn)一步環(huán)境的排放物。我國煙塵排放量的70%、二氧化硫排放量的90%都來自燃煤。如何提髙煤的利用效率和降低燃煤對大氣的污染是我們迫切要解決的任務(wù)，為此，一個(gè)的技術(shù)領(lǐng)域即干凈煤技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生了。所謂干凈煤技術(shù)是指煤炭從開發(fā)到利用全過程中，旨在削減污染排放和提高利用效率的加工、轉(zhuǎn)化、燃燒和污染掌握等髙技術(shù)的總稱，按苴生產(chǎn)和利用過程，大致可分為三大類。2.1燃燒前的煤炭加工和轉(zhuǎn)化技術(shù)煤炭加工技術(shù)是指在煤炭燃燒之前，以物理方法為主對苴進(jìn)展加工的各類技術(shù)，主要包括和液化兩種。2.1.1洗選處理洗選是用物理和機(jī)械加工方法，將煤中雜質(zhì)除去并生產(chǎn)出不同質(zhì)捲，不同規(guī)格產(chǎn)品的加工過程。生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的方法有重力選煤和浮法選煤兩種。洗選可除去煤中60%的灰份和40%?50%的黃鐵礦硫，并可回收黃鐵礦。現(xiàn)階段煤炭洗選加工已較成熟，進(jìn)展的重點(diǎn)已由過去的煉焦煤轉(zhuǎn)為動(dòng)力煤，由過去的留意除灰轉(zhuǎn)為降灰與除硫并舉。洗選加工技術(shù)是干凈煤技術(shù)的源頭20238.08億噸，入洗比例髙達(dá)40%。此技術(shù)將來進(jìn)展重點(diǎn)是脫硫與排肝并舉，提髙選煤廠自動(dòng)化水平，進(jìn)展深度降灰脫硫技術(shù)及干洗或省水法脫硫。2.1.2型煤加工劑，以削減二氧化硫排放量。型煤多用于民用和工業(yè)。在工業(yè)型煤中，蒸汽機(jī)車試燒型煤與燒大塊10%；25%：30%。同時(shí)機(jī)車效率15%?18%,23%?80%,二氧化碳排放量減少47%?90%。工業(yè)型煤今后進(jìn)展的重點(diǎn)是進(jìn)展髙固硫率工業(yè)燃料和氣化型煤。2.1.3水煤漿具有一泄的流淌性和穩(wěn)立性的流體，且霧化性能好，可直接燃燒。水煤漿技術(shù)最重要的目的是以煤代油，節(jié)約能源，削減環(huán)境污染。與燒原煤相比，電廠燃用水煤漿可降能耗2.9%,2噸水煤漿可替代1噸燃料油，而其價(jià)格不到燃料油的1/3。水煤漿按質(zhì)量和用途可分為精選水煤漿、超精細(xì)水煤漿和煤泥水煤漿。它的商業(yè)化市場潛力很大，該技術(shù)的進(jìn)展以加快工業(yè)推廣為主。我國水煤漿的研制起步早，與國外同步，技術(shù)優(yōu)于國外。2.1.4煤炭氣化煤炭氣化的一般方法是把經(jīng)過適當(dāng)處理的煤送入反響器，在一立的溫度和壓力下通過氣化劑〔空氣或氧氣〕，廢渣排出，氣化后可脫除氣態(tài)硫和氮的成分。經(jīng)過凈化和氣化后的煤可代替自然氣，直接利用燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，既可提高煤炭利用率，又削減了環(huán)境污染。目前，煤炭氣化的另一種方法是地下氣化，它是煤炭開發(fā)利用的主要方向之一。地下氣化是對仍處于地下的煤炭進(jìn)展可控燃燒，從而產(chǎn)生可燃?xì)怏w引到地而利用。這一方式變常規(guī)物理前只有極少數(shù)幾個(gè)國家把握這一技術(shù)，中國是其中之一，山東汶集團(tuán)煤炭地下氣化已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。2.1.5煤炭液化煤炭液化分間接液化和直接液化兩種。間接液化是先將煤氣化，經(jīng)凈化后再進(jìn)展改質(zhì)反應(yīng)成液態(tài)燃料。直接液化是把煤直接轉(zhuǎn)化為液體產(chǎn)品，EDS法、SRC法、氫一煤法、煤一油共煉法等都是承受某種方法將煤和氫混合，再在反響器中分解煉制成液體燃料。液化后的煤可代替油放物大大削減。2.2燃燒中凈化技術(shù)燃燒中凈化技術(shù)是指燃料在燃燒過程中提髙效率削減污染排放的技術(shù),它是干凈煤技術(shù)的重要組成局部，由五項(xiàng)技術(shù)組成。2.2.1先進(jìn)的燃燒器NOX燃燒器，其燃燒過程是燃料和空氣漸漸混合，以降低火焰溫度，從而削減NoX生成：或者調(diào)整燃料與空氣的混合比，只供給夠燃料燃燒的氧量，而缺乏和氮結(jié)合生成NOX還有噴石灰石多段燃O燒器、加自然氣再燃燒器以及爐內(nèi)脫硫等技術(shù)。2.2.2循環(huán)流化床技術(shù)〔CFBC〕這是由于此種爐型還未大型化的緣由。流化床爐，是利用風(fēng)室中的空氣將固左爐篦或鏈條爐排上的灼熱料層吹成如沸騰液體般流態(tài)化顆粒層狀態(tài)，使其與預(yù)先制得的小顆粒煤粒一起上、下翻滾燃燒的鍋爐。爐中煤粒呈沸騰狀燃燒，煤粒與空氣的攪動(dòng)和混合特別猛烈，煤粒加熱及燃燒極好。彼稱為其次代流化床燃燒鍋爐的循環(huán)流化床爐，承受了飛灰復(fù)燃裝置，它將被煙氣帶走的小煤粒經(jīng)髙/中溫除塵器分別后送回燃饒室循環(huán)〔二次〕燃燒，燃燒效率提髙。這為大型化制造了條件，便于在電力工業(yè)中推廣。此技術(shù)可進(jìn)展?fàn)t內(nèi)脫硫，在燃燒室中參加石灰石為脫硫吸附劑，煙氣中二氧化硫與石灰石受熱后分解出的氧化鈣反響生產(chǎn)硫酸鈣而被脫掉。80%?95%,NOX50%,這是它最大的優(yōu)點(diǎn)；對燃料適應(yīng)性強(qiáng)，可燒劣質(zhì)煤、煤肝石；燃燒效率髙，可達(dá)95%?99%；負(fù)荷適應(yīng)性30%?100%額定負(fù)荷內(nèi)穩(wěn)定調(diào)整。自徳國195480各國都投運(yùn)了130T/H爐〔30MW機(jī)組〕600?IOOoMW大容量沸騰爐的設(shè)計(jì)爭論。我國四川白馬電廠300MW循環(huán)流化床示范工程今年年底將開工，此為引進(jìn)技術(shù)。我410T/H循環(huán)流化床爐已在江西分宜電廠開工興建。2.2.3增壓流化床聯(lián)合循環(huán)技術(shù)〔PFBC—CC〕850°C?IOOOoCO10?16850°C?900°C〔出力占總岀力20%25%〕,排出的煙氣進(jìn)入另一臺鍋爐，利用產(chǎn)生的蒸汽再帶動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電，形成燃?xì)夂驼羝麅删植堪l(fā)電的聯(lián)合循環(huán)，故稱為增壓流化床聯(lián)合循環(huán)。此項(xiàng)技術(shù)可進(jìn)展?fàn)t內(nèi)脫硫脫氮，爐內(nèi)燃燒生成的二氧化硫與參加的石灰石反響生成硫酸鈣被脫掉，NOX排放量大大削減。增壓流化床聯(lián)合循環(huán)技術(shù)具有適合建電站和舊電站改造、占地而積少、可用系數(shù)高、灰100%,200MWPFBC-CC示范工程。2.2.4整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)技術(shù)〔IGCC〕整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)技術(shù)是當(dāng)今國際上正在興起的一種先進(jìn)的干凈煤技術(shù)，是目前已進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)行的干凈煤發(fā)電技術(shù)中發(fā)電效率和環(huán)保性能最好的技術(shù)。發(fā)電效率可達(dá)45%以上，二氧化硫10毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米左右。IGCC的原理是：煤經(jīng)過氣化和凈化后，固體燃料已轉(zhuǎn)化成涓潔氣體燃料，以此驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，再用排岀的高溫燃?xì)膺M(jìn)入鍋爐，產(chǎn)生蒸汽帶動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電，形成燃?xì)馀c蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電?，F(xiàn)在，全世界已建、在建和擬建的IGCC電站近30套，最大的為美國的440MW機(jī)組，打算900MW1OOOMWIGCC電站示300IVlW400MW機(jī)組，并留有擴(kuò)建余地。IGCC43%?46%,202350%；環(huán)保性能好,脫硫率98%?99%,NoX及CO2排放削減：燃料適應(yīng)性強(qiáng)，對高硫煤有獨(dú)特的適應(yīng)性：可用于老機(jī)組的改造。2.2.5直接燃用超凈煤粉的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)技術(shù)〔CEN-CC〕CEN-CC僅為0.2%超凈煤粉的制備技術(shù)，超凈煤粉可在燃?xì)廨啓C(jī)中直接燃饒發(fā)電，然后再與蒸汽輪機(jī)3∞MW,供電效率為44%?46%,環(huán)保性能好，投資費(fèi)用低。2.3燃燒后凈化技術(shù)燃燒后凈化技術(shù)是指燃燒后煙氣的脫硫技術(shù)。目前，一般火電廠，特別是進(jìn)展中國家火電廠對待煙氣排放處理，僅限于除塵，而不留意脫硫，這與環(huán)保要求相差甚遠(yuǎn)。按可持續(xù)發(fā)展要求，煙氣脫硫是一項(xiàng)重要任務(wù)。目前，廣泛使用及開發(fā)爭論的脫硫工藝有以下幾種。2.3.1石灰石〔石灰〕石膏濕法脫硫工藝〔CaCO3〕水混塔內(nèi)，吸取漿液與煙氣接觸混合，煙氣中的SO2與漿液中的石灰石及鼓入的氧化空氣進(jìn)展化學(xué)反響，生成石膏被脫除。脫硫后的煙氣經(jīng)除霧器除去帶出的細(xì)小液滴，經(jīng)加熱器加熱升溫后排入煙囪。脫硫石膏漿液經(jīng)脫水裝置脫水后回收成副產(chǎn)品石膏，吸取漿液可循環(huán)使用。此法是95%以上，吸取劑利用率達(dá)90%以上。假設(shè)副產(chǎn)品石膏得不到利用，又會造成的污染〔〕，這是此法的缺乏之處。2.3.2爐內(nèi)噴鈣加尾部煙氣增濕活化脫硫工藝該工藝分兩段進(jìn)展，第一段是爐內(nèi)噴石灰石粉脫硫，其次段是尾部煙道增設(shè)增濕段，以提高脫硫效率。將石灰石粉噴入爐膛850°C?1150C的溫度區(qū)內(nèi)，石灰石受熱分解出氧化鈣,氧增濕水霧狀噴入，與未反響的氧化鈣接觸生成氫氧化鈣，再與煙氣中的二氧化硫反響，到達(dá)進(jìn)一步脫硫的3001VlW。我國南京下關(guān)電廠已引進(jìn)這一工藝。2.3.3電子束法脫硫工藝該工藝由排煙預(yù)除塵、煙氣冷卻、氨的參加、電子束照耀和副產(chǎn)品捕集等工序組成。鍋爐排岀的煙氣,經(jīng)過除塵器的粗濾處理得到預(yù)除塵后進(jìn)入冷卻塔,在噴射入的冷卻水冷卻下,煙氣溫度降到適合于脫硫脫氮的溫度〔約70oC〕o經(jīng)過冷卻后的煙氣流進(jìn)反響器，在反響器進(jìn)口處將一泄的氨氣、圧縮空氣混合物噴入，經(jīng)電子束照耀后，煙氣中的SoX、NOX在自由基作用下與氨進(jìn)展中和反響生成硫酸鞍和硝酸彼的混合粉體，這一副產(chǎn)品為化肥。這些粉狀微粒一局部沉淀到反響器底部排岀，英余局部被除塵器捕集，凈化后煙氣經(jīng)脫硫風(fēng)機(jī)由煙囪排入大氣。此工藝僅在日本、美國進(jìn)展過一些小型工業(yè)試驗(yàn)，尚無大型機(jī)組的應(yīng)用業(yè)績。我國成都熱電廠一臺200MW機(jī)組上，中日合作電子束脫硫工藝裝宜已投運(yùn)。2.3.4NADS氨一肥法〔NH3〕作為脫硫劑，將煙氣中的二氧化硫回收，生產(chǎn)出髙效農(nóng)用化肥。此法在25MW機(jī)組中型試驗(yàn)已獲成功。目前，爭論者正進(jìn)展200MW機(jī)組的放大示范爭論。NADS氨一肥法在工藝上的重要?jiǎng)?chuàng)是，不僅可生產(chǎn)硫酸彼，還可生產(chǎn)磷酸讓和硝酸彼，同時(shí)聯(lián)產(chǎn)髙濃度〔9&3%〕硫酸。結(jié)合不同條件，生產(chǎn)不同化肥，敏捷性較大，因此稱為氨一肥法。與前述鈣法相比，NADS是我國隱藏屋大且質(zhì)優(yōu)的石膏，所以NADS技術(shù)將對我國的電力工作和煤炭工業(yè)、化肥工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生樂觀、深遠(yuǎn)的影響。2.3.5噴霧枯燥法脫硫工藝此工藝以石灰為脫硫吸取劑，石灰經(jīng)消化并加水制成消石灰乳，消石灰乳由泵打入位于吸取塔內(nèi)的霧扮裝置。在吸取塔內(nèi)，被霧化成細(xì)小液滴的吸取劑與煙氣混合接觸，與煙氣中的二而T?燥，T燥的顆粒狀物質(zhì)隨煙氣帶出吸取塔，520MW,該法技術(shù)成熟、工藝流程較為簡潔、系統(tǒng)牢靠性髙。2.3.6海水脫硫工藝海水脫硫工藝是利用海水堿度到達(dá)脫除煙氣中的二氧化硫的目的。在脫硫吸取塔內(nèi)，大量除霧，曝氣處理，使其中的三氧化硫被氧化成四氧化硫，并使海水的PH值和CoD凋整到達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)后排入大海。此工藝一般適用于靠海、集中條件較好的電廠，繼印度TATA電廠在500MW機(jī)組上安裝兩300MW機(jī)組海水脫硫試驗(yàn)示范工程已付實(shí)施。燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)上世紀(jì)四十年月消滅燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)試驗(yàn)電廠，自此之后，經(jīng)過多年的改進(jìn)，技術(shù)已經(jīng)成熟。英工作原理是：石汕〔自然氣〕燃燒生成的高溫高壓燃?xì)馐紫韧苿?dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電,燃?xì)廨啓C(jī)排出的煙氣〔溫度通常為400°C?600°C〕推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電，形成燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)發(fā)電。隨著石油、自然氣產(chǎn)量的不斷增長,特別是由于自然氣儲量大大高于石汕，此類發(fā)電技術(shù)日益得到重視。隨著干凈煤技術(shù)的不斷完善，燃?xì)廨啓C(jī)的燃料已不再局限于石油及自然氣，前文所述的增壓流化床產(chǎn)生的髙溫高壓煙氣、整體煤氣化得到的氣態(tài)煤以及超凈煤粉均可成為其主要成員，此聯(lián)合循環(huán)發(fā)電大有可為。燃?xì)廨啓C(jī)的技術(shù)尚有一沱進(jìn)展空間：承受提高壓縮空氣溫度以及多噴嘴的燃燒技術(shù)?？梢酝茰y，聯(lián)合循環(huán)50%60%。這一發(fā)電方式優(yōu)點(diǎn)：效率高；投資與發(fā)電本錢低：牢靠性高：敏捷性高，啟動(dòng)快，整套機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)不過3小時(shí)，熱態(tài)只需1小時(shí)：占地少，節(jié)水。燃煤磁流體發(fā)電技術(shù)磁流體發(fā)電原理是：髙溫導(dǎo)電氣體〔等離子體〕高速切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。燃煤磁流體發(fā)電是在煤燃燒產(chǎn)生的髙溫?zé)煔庵刑砑与婋x種子鉀，然后通過磁流體發(fā)電機(jī)發(fā)出直流電，我國是較早開發(fā)此技術(shù)的國家之一，該技術(shù)1986年列入國家髙技術(shù)打算，目前已有25MW55%：由于添加的電離種子鉀與硫反響生成鉀的硫化物，回收種子時(shí)起到了自動(dòng)脫硫的作用：磁流體發(fā)電局部無旋轉(zhuǎn)部件，髙溫設(shè)備可通水冷卻，機(jī)械強(qiáng)度易得到保證：磁流體發(fā)電不象汽輪機(jī)發(fā)電那樣需要冷凝排汽的冷卻水，因而可節(jié)約大雖用水?？绽浒l(fā)電技術(shù)一般汽輪機(jī)的排汽進(jìn)入凝汽器，由循環(huán)冷卻水對排汽進(jìn)展冷卻，使英分散成水。這種冷卻方式需要大量循環(huán)水，一個(gè)IOOOMW大型火電廠每天用水量約500萬噸，耗水量約10萬噸，相當(dāng)于一座中等城市的日用水量。在缺水和少水地區(qū)，這一水冷方式難以實(shí)現(xiàn)。而汽輪機(jī)排汽承受冷卻這一技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用。它有直接空冷與間接空冷兩種：所謂直接空冷是汽輪機(jī)排汽進(jìn)入空冷散熱器,用空氣直接冷卻排汽；間接冷卻是用空氣來冷卻循環(huán)分散水,再用冷卻后的循環(huán)分散水與排汽直接接觸冷凝排汽。我國已能自行制造2∞MW間接空冷機(jī)組，并于1993年4臺。協(xié)作西部大開發(fā)戰(zhàn)略，這一技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)將更為突出?；痣姀S計(jì)算機(jī)掌握技術(shù)火電廠發(fā)岀的電量時(shí)刻都要滿足外界用戶負(fù)荷的需要，其生產(chǎn)過程的變化是格外簡單、快速動(dòng)化水平目前已到達(dá)相當(dāng)高的程度。隨著髙參數(shù)