【doc】清洁能源技术的发展与前景

【doc】清洁能源技术的发展与前景 清洁能源技术的发展与前景 清洁能源技术的发展与前景 沈晟,罗卫红 (浙江省洁净煤技术研究开发中心,浙江杭州310005) 摘要:舟绍了目前国斥上常用的电站锅炉烟气脱硫,燃气一蒸汽联合循环发电,低NOx燃烧,流化床燃烧,整 体煤气化联告循环发电等部分清洁能源技术的特点厦技术优势.简要介绍了这些技术国际厦国内的应用情 况,对这些技术在国内的应用前号作了一些撂计. 关键调:清洁能源技术;发展;简舟 中国分类号:82文献标识码:D文章编号:1(I)4—3950(2O02)02—0018—04 Briefintroductionfordeanenergytechnology SHENShen,LUOWei-hong (Z~jiangProvincialCleanCool.DevelopmentCenter,】310005,China) Abstaraet:Thisarticleirdrod~thetechnicalcharacter8b.Ilts02一removingfloraelectricpIaI1b’smoke,GasTurbineCem- hnstorforAir-AlownGasFuel,lowNOxbl?血technology,CFBCtechnologyandIGCCtechnology.ItalsobrletlyiIlI dueestheapplicationofthistechnologyat?neand,andmakesa咖 dyforthefulure0fthistechnologyin China. 1【eywords:cleanenergytechnology;development;introduction 近年来,随着经济全球化的浪潮席卷全球,能 源与环保等问题也El益成为国际间备受瞩目的话 题,国际间的环保合作正蓬勃兴起,众多环保能源 新技术也不断得到开发与应用.为了了解目前清 洁能源技术的发罹水平及应用情况,探讨适合在 中国发展的清洁能源技术.我们对部分国际及国 内清洁能源技术作了详细的调查与研究,下面就 对这些清洁能源技术作简要的介绍. 1电站锅炉烟气脱硫技术 1.1常规烟气脱硫技术 燃煤的烟气脱硫技术(FGD)是当前应用最 广,效率最高的脱硫技术.对燃煤电厂而言,在今 后一个相当长的时期内,FGD将是控制SOz排放 的主要.目前国内外火电厂烟气脱硫技术的 主要发展趋势为:脱硫效率高,装机容量大,技术 水平先进,投资省,占地少,运行费用低,自动化程 度高,可靠性好等. 1.1.1干式烟气脱硫 该工艺用于电厂烟气脱硫始于80年代初,与 收稿日期:2001—12一Il收惨改稿日期:?02—02一Ol 常规的湿式洗涤工艺相比有以下优点:投资费用 较低;脱硫产物呈干态,并和飞灰相混;无需装设 除雾器及再热器;设备不易腐蚀,不易发生结垢及 堵塞.其缺点是:吸收剂的利用率低于湿式烟气 脱硫工艺;用于高硫煤时经济性差;飞灰与脱硫产 物相混可能影响综合利用;对干燥过程控制要求 很高.常用的干式烟气脱硫工艺有两类: (1)喷雾干式烟气脱硫工艺:喷雾干式烟气 脱硫(简称干法FGD)是最先由美国JOY公司和丹 麦NimAtomier公司共同开发的脱硫工艺.70年 代中期得到发展,并在电力工业迅速推广应用. 该工艺用雾化的石灰浆液在喷雾干燥塔中与烟气 接触,石灰浆液与SOz反应后生成一种干燥的固 体反应物,最后连同飞灰一起被除尘器收集.我 国曾在四川省白马电厂进行了旋转喷雾干法烟气 脱硫的中间试验,取得了一些经验,为在200— 300lVlW机组上采用旋转喷雾干法烟气脱硫优化 参数的设计提供了依据. (2)粉煤灰干式烟气脱硫技术:日本从1985 年起开始研究利用粉煤灰作为脱硫剂的干式烟气 脱硫技术,到1988年底完成工业实用化试验, 1991年初投运了首台粉煤灰干式脱硫设备,处理 烟气量644,000Nm3/h.其特点是:脱硫率高达 60%以上,性能稳定,达到了一般湿式法脱硫性能 水平;脱硫剂成本低;用水量少,无需排水处理和 排烟再加热,设备总费用比湿式法脱硫低1/4;煤 灰脱硫剂可以复用;没有浆料,维护容易,设备系 统简单可靠. 1.1.2湿法FGD工艺 世界各国的湿法烟气脱硫工艺,形式和 机理太同小异,主要是使用石灰石(CaCo3),石灰 (CaO)或碳酸钠(Na2Co3)等浆液作洗涤剂,在反应 塔中对烟气进行洗涤,从而除去烟气中的so2. 这种工艺已有50年的历史,经过不断地改进和完 善后.技术比较成熟,而且具有脱硫效率高(90% 一 98%),机组容量大,煤种适应性强,运行费用较 低和副产品易回收等优点.据美国环保局(EPA) 的统计资料,全美火电厂采用湿式脱硫装置中,湿 式石灰法占39.6%,石灰石法占47.4%,两法共 占87%;双碱法占4.1%,碳酸钠法占3.1%.世 界各国(如德国,日本等),在大型火电厂中,90% 以上采用湿式石灰/石灰石一石膏法烟气脱硫工 艺流程. 石灰或石灰石法主要的化学反应机理为: 石灰法:s02+CaO+1/2H20=C2SO3.1/2H20 石灰石法:s+c~co3+1/2la20=c~so3’ 1/2l-lz0+C 其主要优点是能广泛地进行商品化开发,且其 吸收剂的资源丰富,成本低廉,废渣既可抛弃,也可 作为商品石膏回收.目前,石灰/石灰石法是世界 上应用最多的一种FGD工艺,对高硫煤脱硫率可 在9o%以上,对低硫煤脱硫率可在95%以上. 传统的石灰/石灰石工艺有其潜在的缺陷,主 要表现为设备的积垢,堵塞,腐蚀与磨损.为了解 决这些问题,各设备制造厂商采用了各种不同的 方法,开发出第二代,第三代石灰/石灰石脱硫工 艺系统. 湿法FGD工艺较为成熟的还有:氢氧化镁 法;氢氧化钠法;美国DavyMckee公司WeUman- L0rdFC,D工艺;氨法等. 在湿法工艺中,烟气的再热问题直接影响整 个FGD工艺的投资.因为经过湿法工艺脱硫后 的烟气一般温度较低(4S~C),大都在露点以下,若 不经过再加热而直接排人烟囱,则容易形成酸雾, 腐蚀烟囱,也不利于烟气的扩散,所以湿法FGD 装置一般都配有烟气再热系统.目前,应用较多 的是技术上成熟的再生(回转)式烟气热交换器 (GeH).GcH价格较贵,占整个FGD工艺投资的 比例较高.近年来,日本三菱公司开发出一种可 省去无泄漏型的GcH,较好地解决了烟气泄漏问 题,但价格仍然较高.前德国SHU公司开发出一 种可省去GGH和烟囱的新工艺,它将整个FGD 装置安装在电厂的冷却塔内,利用电厂循环水余 热来加热烟气,运行情况良好,是一种十分有前途 的方法. 1.2等离子体烟气脱硫技术 等离子体烟气脱硫技术研究始于7O年代,目 前世界上已较大规模开展研究的方法有2类: I.2.I电子束辐照法(EB) 电子束辐照含有水蒸气的烟气时,会使烟气 中的分子如o2,n20等处于激发态,离子或裂解, 产生强氧化性的自由基0,OH,I-lO2和o3等.这 些自由基对烟气中的So2和NO进行氧化,分剐 变成so3和No2或相应的酸.在有氨存在的情况 下,生成较稳定的硫铵和硫硝铵固体,它们被除尘 器捕集下来而达到脱硫脱硝的目的. 1.22脉冲电晕法(PPcP) 脉冲电晕放电脱硫脱硝的基本原理和电子束 辐照脱硫脱硝的基本原理基本一致,世界上许多 国家进行了大量的实验研究,并且进行了较大规 模的中间试验,但仍然有许多问题有待研究解决. 2海水脱硫 海水通常呈碱性,自然碱度太约为1.2, 2.5mmol/L,这使得海水具有天然的酸碱缓冲能力 及吸收so2的能力.国外一些脱硫公司利用海水 的这种特性,开发并成功地应用海水洗涤烟气中 的sO2,达到烟气净化的目的. 海水脱硫工艺主要由烟气系统,供排海水系 统,海水恢复系统等组成. 21燃气一蒸汽联合循环发电技术 燃气一蒸汽赋合循环即利用简单燃气轮机循 环吸热平均温度高和纯蒸汽轮机循环放热平均温 度低的特点,各取所长,把这两种循环联合起来组 成燃气一蒸汽联合循环,此循环具有较高的吸热 平均温度和较低的放热平均温度,其循环热效率 加02?麓谭工景一1g一 就会很高.燃气一蒸汽联合循环电厂主要采用天 然气为燃料. 天然气(kNG)是世界上70年代以来发展最 快的能源,目前其年耗量已接近石油,并将最终取 代石油,成为21世纪初中期世界上最重要的化石 能源. 由于种种原因,我国的天然气工业发展滞后, 1998年生产量约为200亿,只占全国能源总量 的2%,非但远远低于先进的工业国家和石油生 产国,也低于发展中国家的平均水平.近年来国 家加大天然气的勘探和开发力度,储采比已太于 60%,具备了快速发展采气的条件.除了四川和 各太油田的老生产基地以外,陕甘内蒙,青海柴达 木,新疆吐哈盆地,海南莺歌海和东海大陆架,都 已具备和正在形成大规模开采的条件,天然气产 量翻一翻的局面很快就将形成.此外,从俄罗斯 和独联体国家大规模引进天然气的谈判即将完成 并转向实施,海外投资开采的工作也在加速进展, 加上国家已批准在华南建站购进液化天然气 (LNG)300万一500万t,如果从现在起,重视并大 力开发蕴藏丰富的煤层气,估计到2005年前后, 我国天然气的总消耗量可达l0o0亿,约合1.2 亿t标准煤.可占到当时能源总消耗的6.0%一 7.5%.我国天然气的工业应用时代即将到来. 而目前常规燃煤电厂由于其循环及设备的限 制,它的热效率已很难有突破性的提高.依据统 计,1998年我国6000kW以上火电机组的平均供 电标煤耗为406s/kWh,折算的平均供电效率为 30,3%.目前我国最大的超临界600MW的火电 机组,其供电效率约40%左右1989年6月日本 九洲松浦发电厂正式投入商业运行的东芝 700MW超临界机组,采用液化石油气(LPG)为燃 料,其发电效率达41.9o%,是当今世界最先进的 火电厂水平.而燃气一蒸汽联合循环发电的热效 率则远高于这一数据.我国南京汽轮电机厂与美 国GE公司合作生产的PG6551B型37MW燃气轮 发电机组,其单循环的热效率为31.5%,配置余 热锅炉和汽轮发电机组成55MW等级的联台循 环,其热效率为45%,48%.该厂正与美国GE 公司进一步洽谈,拟合作生产更先进,更大容量的 燃机.近来,国外正发展大容量,高效的燃气轮 机,进口温度从1100~C提高到l3??级,使燃机 效率大大提高.如香港龙鼓滩燃汽一蒸汽联合循 一 ?一ENERGYENGINEERING200吧? 环电厂,共有8台机组,每台为32万kW,总装机 容量为250万kW设备由通用电气阿尔斯通和 美国通用电气公司(GE)所组成的联营公司提供. 燃机型号为50Hz,22万kW的9FA,是世界上最大 型的燃气轮机之一,其效率也最高,达40%一 4l%,联合效率达54%以上.当以天然气为燃料 时NOx排放量<2.5%. 燃气一蒸汽联合循环电厂另一个主要优点是 它能适应环保要求,被称为”清洁电厂”.因为它 采用油或天然气为燃料,燃烧产物没灰渣,不用灰 渣排放;燃烧效率高(供电效率高j,能完全燃烧; 由于节约燃料,燃烧产物c02少,其中NOx可采 用注水,注气,DLN,SGR等方法,将NOx的含量降 低至国家排放标准以下. 3低NOx燃烧技术 我国的电力系统从80年代初就开始进行通 过燃烧控制NOx的研究,90年代初对中国主 要的炉型烟气中的NOx排放量进行普查,为制定 中国的NOx排放标准提供了依据.目前国家电 力公司正在开展300MW及以上容量的机组在燃 用不同煤种及不同燃烧方式下的NOx生成与排 放性能的测试诵研与评价分析.降低NOx排放 主要在燃烧器和燃烧过程中做工作. 分级燃烧方式:最先在501VlW机组上进行了 试验,新投产的300MW,6COMW机组的燃烧器也 具有分级燃烧功能,可降低NOx的排放量约2o% 一 30%. 新型燃烧器的设计:如多功能船形体煤粉燃 烧器,钝体燃烧器,浓淡型燃烧器,都用于四角切 圆燃烧,研究的重点是稳定燃烧,但也具有一定的 降低NOx生成的功能.而新型低NOx圆型旋流 燃烧器,可以降低NOx的生成量达到50%以上, 这种燃烧器用于前后墙布置,对冲燃烧,目前已在 北京高井电站1001W~”机组进行整台锅炉改造的 试验. 烟气脱硝装置:具有较高的脱硝效率,但价格 昂贵,目前只是开展前期的研究工作. 4流化床燃烧技术 4.1循环流化床(eric)燃烧技术 国家电站锅炉清洁煤燃烧研究中心早在 90年代初期就建立了一系列CFBC试验台,相继 开展了CFBC系统关键技术及燃烧,脱硫特性的 试验研究,取得了对大中型CFBC锅炉设计和运 行具有指导意义的试验结果. 目前国外的CFBC技术在向大型化发展.单 机容量最大的CFBC锅炉(250MW,蒸发量700t/h) 电站已在法国投入运行,锅炉效率90.5%,脱硫 率93%,NOx排放低于250mg/Nm3.我国现已具 备设计制造75t/h循环流化床锅炉的能力,自行 开发的220t/hCFB锅炉示范工程和引进410t/h循 环床锅炉工程也正在进行目前在建和建成的 220(配50MW机组)CFBC锅炉已超过10台, CFB的设计基础研究方面也取得了一些进展,完 成了循环床专用设计软件,125MW再热炉型的工 程设计研究和新型75t/h,130t/h循环流化床锅炉 的研究设计工作. 4.2增压流化床(PFBC)燃烧技术 我国自1981年开始进行PFBC技术的实验室 研究.于1984年建成了热输入功率为1MW的PF. BC试验装置.目前已进行了长达700多h的性 能试验研究,成功地解决了压力下加料及排渣两 项关键技术,保证了增压流化床的正常操作运行, 分别对高灰烟煤(含灰量576%)及中等含硫煤 进行了试验,燃烧效率为97%一99%,脱硫效率 为80%,89%(Ca/S比1.3,1-8),高温除尘系统 达到了很好的指标.取得了有关传热,燃烧,脱硫 及高温除尘的基本数据和经验. 国家电力公司计划在大连和江苏贾汪分别建 造一座100MW容量等级的PFBC试验电站,每个 试验电站将采用2台P2o0型增压流化床锅炉,与 机械制造部门联合通过技贸结合方式引进设备和 技术,该项目正处于谈判阶段. 5整体煤气化联合循环(IGCC)发电技术 整体煤气化联合循环发电(IGCC)是目前世 界发达国家大力开发的一项高效,低污染清洁煤 发电技术,它不仅能满足目趋严格的环保要求,而 且发电效率可达45%以上,极有可能成为21世纪 主要的洁净煤发电方式之一.中国于1994年成 立了由三部委组成的国家IGCC示范项目领导小 组,组织有关单位开展并完成了IGCC示范电站 技术的可行性研究及工程预可行性研究,提出了 中国发展IGCC示范电站的容量等级,对IGCC系 统中的主要工艺过程——煤气化工艺,煤气净化 工艺,空分系统,燃气轮机系统,余热锅炉与蒸汽 轮机等主要工艺系统等进行了技术经济分析评 估,基本上掌握了各工艺过程的运行特性. 近年来,美国的IGCC示范工程取得重大进 展.Tmnpa电力公司的IGCC电厂,其系统供电能 力250MW,设计供电效率4o%,脱硫效率>96%, 预计2001年1O月完成商业化示范运行.而Pinon Pine的IGCC发电项目,系统供电能力99MW,设 计供电效率4o.7%,预计2000年7月完成商业化 示范运行 为在2l世纪推广应用先进的IGCG发电技 术,国家电力公司已决定在山东烟台建设IGCC 项目,并已将项目建议书报国家发展计划委员会. 6结语 21世纪,既充满希望,又面临新的挑战和机 遇可持续发展是2l世纪发展的战略,它不仅指 满足当代人的需要,还要充分考虑不对后代人满 足其需求的能力构成危害可持续发展既包括经 济和社会的发展,也包括保持和建设人类赖以生 存的地球的良好生态环境.因而,环保问题必将 而且已经成为世界各国发展环节中的重中之重, 清洁能源技术也获得了前所未有的大发展. 参考文献 [1]张晓鲁.中国火力发电洁净煤技术的发展A].全国 清洁能源技术研讨会论文集[C].北京:1999,7. [2]成玉琪.我国洁净煤技术现状与发展思路[A1.全国 清洁能源技术研讨会论文集[C]北京:1999,7. :3j焦树建我国的燃气轮机]业何时启动[J]燃气轮 机技术,1997,10(1). ????? 我国将加紧治理空气污染源 &P,p口 为加紧治理燃煤造成的空气污染,国家环保总局,经贸委,科技部2002年3月19日联合发布了《燃煤二氧化硫排放 污染防治技术政策》,要求推行节约并合理使用能源,提高煤炭质量,商效低污染燃烧及与柬端治理相结台的综合防治措 施.实现”十五”计划中关于刘2005年全国二氧化硫排放量在加00年基础上削减10%的目标.?本刊 加l02?能谭”rtl一21—