1、1中 国 电 力 行 业 低 碳 技 术 中 长 期 发 展 战 略 规 划 -电 力 行 业 低 碳 技 术 特 点 综 述分报告一电 力 行 业 低 碳 技 术 特 点 综 述华 北 电 力 大 学2011 年 6 月I目 录第一章 发电环节低碳技术特点综述 .11.1 洁 净 煤 低 碳 发 电 技 术 特 点 综 述 .11.1.1 超 临 界 和 超 超 临 界 发 电 技 术 .11.1.2 循 环 流 化 床 技 术 31.1.3 增 压 流 化 床 燃 烧 联 合 循 环 技 术 .61.1.4 整 体 煤 气 化 联 合 循 环 发 电 技 术 .111.1.5 燃 煤 电
2、厂 碳 捕 集 和 封 存 技 术 .131.2 常 规 低 碳 发 电 技 术 特 点 综 述 .191.2.1 核 电 技 术 .191.2.2 水 电 技 术 .231.3 新 兴 低 碳 发 电 技 术 特 点 综 述 .261.3.1 风 力 发 电 技 术 261.3.2 太 阳 能 发 电 技 术 301.3.3 生 物 质 能 发 电 技 术 32第二章 电网环节低碳技术特点综述 .352.1 低 碳 输 电 技 术 特 点 综 述 .352.1.1 柔 性 交 流 输 电 技 术 352.1.2 超 导 输 电 技 术 372.1.3 特 高 压 输 电 技 术 382.2
3、低 碳 配 电 技 术 特 点 综 述 .412.2.1 配 电 自 动 化 技 术 412.2.2 柔 性 配 电 技 术 432.3 低 碳 调 度 技 术 特 点 综 述 .442.4 低 碳 储 能 技 术 特 点 综 述 .452.4.1 飞 轮 储 能 技 术 452.4.2 压 缩 空 气 储 能 技 术 462.4.4 超 级 电 容 器 储 能 技 术 472.4.3 超 导 储 能 技 术 48第三章 电能消费终端低碳技术特点综述 .513.1 智 能 用 电 技 术 特 点 综 述 .513.3.1 高 速 通 信 技 术 513.3.2 智 能 电 表 技 术 513.
4、3.3 智 能 采 集 技 术 523.3.4 交 互 终 端 技 术 543.3.5 需 方 响 应 技 术 553.2 电 动 汽 车 技 术 特 点 综 述 .553.2.1 纯 电 动 汽 车 .563.2.2 混 合 动 力 电 动 汽 车 623.2.3 燃 料 电 池 电 动 汽 车 711第一章 发电环节低碳技术特点综述1.1 洁 净 煤 低 碳 发 电 技 术 特 点 综 述1.1.1 超 临 界 和 超 超 临 界 发 电 技 术（ 1） 技 术 简 介 1超 临 界 机 组 是 指 主 蒸 汽 压 力 大 于 水 的 临 界 压 力 （ 22.12MPa） 的 机 组 。
5、 习惯 上又将超 临 界机 组分为 2 个层次 ： 常 规超临 界参数机 组 ， 真 主 蒸 汽 压 力 一 般 为 24MPa 左 右 ， 主 蒸 汽 和 再 热 蒸 汽 温 度 为 540560C ； 高 效 超 临 界 机 组 ， 通 常 也 称 为 超 超 临 界机 组 或 高 参 数 超 临 界 机 组 ， 真 主 蒸 汽 压 力 为 2535MPa 及 以 上 ， 主 蒸 汽 和 再 热 蒸 汽 温 度 为 580C 及 以 上 。 理 论 和 实 践 证 明 常 规 超 临 界 机 组 的效 率 可 比 亚 临 界机 组高 2%左右 ， 而对于高效超临 界机 组 ，真效率可比常
6、规超临 界机 组 再提高 4%左右。超 超 临 界 机 组 蒸 汽 参 数 25MPa/600 C /600 C （ 发 电 效 率 约44.63 %， 发 电 煤 耗 率 275g/k W h） ； 同 时 ， 不 排 除 蒸 汽 参 数 28MPa/600 C/600C （ 发电效率约 44.99%， 发电 煤耗率 273g/kWh） 的可能。蒸汽 1参 数 愈 高 ， 热 效 率 也 随 之 提 高 。 热 力 循 环 分 析 表明 ， 在 超 超 临 界 机 组 参数范围 的条件下 ， 主蒸汽 压 力提高 1MPa， 机 组 的 热 耗率就 可下降 0.13%0.15%； 主 蒸 汽
7、温 度 每 提 高 10C ， 机 组 的 热 耗 率 就 可 下 降0.250.30%； 再 热 蒸 汽 温 度 每 提 高 10C， 机 组 的 热 耗 率 就 可 下 降0.15%0.20%。在一 定 的 范围内 ， 如果采用二次再 热 ，则 真 热 耗率可1火力发电机组超超临界发电技术的研究。张国盟，张衡。黑龙江科技信息，2007.2较采用一次再热的机组下降 1.4%1.6% 。经 研 究 分 析 ， 为 保 证 机 组 的 技 术 经 济 合 理 性 ， 超 超临 界 机 组 的 单 机 容 量 应 在 350MW 以 上 。 1000MW 级超超临 界机 组 推荐采用 单轴布 置
8、。 对 常 规 背 压 （ 4.9kPa） 条 件 ， 1000MW 级汽轮 机 可采用 4348 英 寸 (1092.21219.2mm)末 级 叶 片 四 缸 四 排 汽 结 构 ， 真 排 汽 损失 在 设 计 规范内 ； 600MW 级汽轮 机采用 1000mm 末级 叶片四缸四排汽 结构是 合适 的 ， 同 时 可采用 48 英寸 末级长 叶片的 两 排汽 结构 。（ 2） 特 点 概 述 2超 临 界 火 电 技 术 由 于 参 数 本 身 的 特 点 决 定 了 超 临界 锅 炉 只 能 采 用 直 流 锅 炉 ， 在 超 临 界 锅 炉 内 随 着 压 力 的 提 高 ，水 的
9、 饱 和 温 度 也 随 之 提 高 ， 汽 化 潜 热 减 少 ， 水 和 汽 的 密 度 差 也 随 之 减少 。 当 压 力 提 高 到 临 界 压 力（ 22.12Mpa） 时 ，汽化潜 热为 蓉 ，汽和水的密度差也等于蓉， 水 在 该 压 力 下 加 热 到 临 界 温 度 （ 374.15 ） 时 即 全 部汽 化 成 蒸 汽 。 超 临 界 压 力 时 情 况 相 同 ， 当 水 被 加 热 到 相 应 压 力 下 的3相 变 点 （ 临 界 温 度 ） 时 即 全 部 汽 化 。 因 此 超 临 界 压 力 下 水 变 成 蒸 汽 不 再存 在 汽 水 两 相 区 ， 由 此
10、可 知 ， 超 临 界 压 力 直 流 锅 炉 由 水 变 成 过 热 蒸 汽 经历 了 两 个 阶 段 即 加 热 和 过 热 ， 而 工 质 状 态 由 水 逐 渐 变 成 过 热 蒸 汽 。 因此 超 临 界 直 流 锅 炉 没 有 汽 包 ， 启 停 速 度 快 ， 与 一 般 亚 临 界 汽 包 炉 相比 ， 超 临 界 直 流 锅 炉 启 动 到 满 负 荷 运 行 ， 变 负 荷 速 度 可 提 高 1 倍 左 右 ， 变 压 运 行 的 超 临 界 直 流 锅 炉 在 亚 临 界 压 力 范 围 内 超 临 界 压 力 范 围 内 工 作时 ， 都 存 在 工2 http:/
11、的 热 膨 胀 现 象 ， 并 且 在 亚 临 界 压 力 范 围 内 可 能 出 现 膜态 沸 腾 ； 在 超临 界 压 力 范 围 内 可 能 出 现 类 膜 态 沸 腾 。 超 临 界 直 流 锅炉 要 求 的 汽 水 晶 质 高，要求凝 结 水 进行 100%除 盐处 理。由于超 临 界直流 锅 炉水台壁 的 流 动 阻 力 全 部 依 靠 给 水 泵 克 服 ， 所 需 的 压 头 高， 即 提 高 了 制 造 成 本 又 增 加 了 运 行 耗 电 量 且 直 流 锅 炉 普 通 存 在 着 流 动 不 稳 定 性、 热 俑 差 和 脉 动 水 动 力 问 题 。 另 外 ， 为
12、了 达 到 较 高 的 质 量 流 速， 必 须 采 用 小 管 径 水 台 壁 ， 较 相 同 容 量 的 自 然 循 环 锅 炉 超 临 界 直 流锅 炉 本 体 金 属 耗 量 最 少 ， 锅 炉 重 量 轻 ， 但 由 于 蒸 汽 参 数 高 ， 要 求 的金 属 等 级 高 ， 真 成 本 高 于 自 然 循 环 锅 炉 。超 临 界 机 组 具 有 无 可 比 拟 经 济 性 ， 单 台 机 组 发 电 热 效 率最 高 可 达 50%， 每 kWh 煤耗最低 仅 有 255g（ 丹 麦 BWE 公 司 ） ， 较 亚 临 界 压 力 机 组 （ 每 kWh 煤 耗 最 低 约 有
13、 327g 左 右 ） 煤 耗 低 ； 同 时 采 用 低 氧 化 氮 技术 ，在燃 烧过 程中 减 少 65%的 氮氧 化合物及真它有害物 质 的形成， 且脱硫率可超 98%，可 实现节 能降耗、 环 保的目的 。1.1.2 循环流化床技术 35（ 1） 技 术 简 介 循 环 流 化 床 锅 炉 的 燃 烧 技 术 是 在 鼓 泡 床 锅 炉 的燃 烧 技 术 基 础 上发 展起来的，在鼓泡床中 进 一 步 增大气流速度， 则床 层进 一 步膨胀 。 当 气 流 速 度 超 过 平 均 粒 径 终 端 速 度 （ 终 端 速 度 也 称 带 出 速度 ， 是 指 颗 粒 在 气 体 对 真
14、 作 用 的 拽 力 和 浮 力 及 自 身 重 力 的 合 力 作 用下 ， 最 终 达 到3循环流化床锅炉的简单介绍和发展前景分析，杨红红，姜森，锅炉制造6的 颗 粒 的 稳 定 速 度 ） 时 ， 大 量 颗 粒 会 被 气 流 带 出床 层 ， 在 整 个 炉 膛 空间 内 燃 烧 并 随 气 流 逸 出 炉 膛 。 在 颗 粒 分 布 方 面 炉 膛 上 部 为浓 度 教 均 匀 的稀相区，下部 为 密相区。炉 膛 中心区的颗 粒与气流垂直向上流 动 ， 四 周 环 形 区 域 则 存 在 颗 粒 反 流 ， 这 种 燃 烧 方 式 称 为快 速 流 化 床 。 燃 烧 循 环 流化
15、床 锅 炉的主要 类型如表 1-1 所 示 。表 1-1 循环流化床的主要类型序分类依据 具体类别 备注7按 分 离 器1工作温度采 用 高 温 分 离 器 的 循 环 流 化 床锅 炉 、 采 用中 温 分 离 器 的 循 环 流 化 床 锅 炉、 采 用 低 温 分离 器的循 环 流化床 锅炉采 用 高 温 分 离器的 循 环 流 化 床 应 用较多按 分 离 器2 结 构 形 式 分类采 用 旋 风 分 离 器 的 循 环 流 化 床锅 炉 、 采 用惯 性 分 离 器 的 循 环 流 化 床 锅 炉、 采 用 组 合 分 离 系 统 的 循 环 流 化 床 锅 炉 、采 用 旋 涡 分
16、 离 器的循 环 流化床 锅炉7中 、 小循 环 流 化 床 锅 炉 采 用 旋 风 分离 器的比 较 多按 换 热 器3分类有 外 置 式 换 热 器 循 环 流 化 床 锅 炉 和无 外 置 式换热 器循 环 流化床 锅炉大 型 循 环 流化 床锅 炉 采 用 外 置 式 换热 器的比 较多按 物 料循 4 环 倍 率 分 类高 循 环 倍率循 环 流化床 锅 炉、中循 环 倍 率循 环 流 化 床 锅 炉 、 低 循 环 倍 率 循 环 流 化 床锅炉5 按 固 体 物 内循 环 的循 环 流化床 锅 炉 和 外 循 环 的循 环 内 循 环 只 限 在 小8料 循 环 方式分类流化床锅
17、炉 型 循 环 流 化 床 锅炉中应用按 炉 膛 压 6力分类常 压 循 环 流化床 锅 炉 和 增 压 循 环 的循 环 流化床锅炉按 工 质 蒸7汽压力分 为 低 压 、中 压 、高 压 、 超 高 压 、 亚 临 界压力、超临界压力循环流化床锅炉按 锅 炉 水 8 循 环 方 式 分类自 然 循 环 循 环 流 化 床 锅 炉 和 强制 循 环 循 环 流化床 锅炉循 环 流 化 床 锅 炉 一 般 由 给 料 系 统 、 循 环 床 燃烧 室 、 高 温 分 离 装 置 、循环物料回送装置和尾部受热面（有些炉型与返料机构结合设置有外 置换热器）等组成。循环流化床锅炉的工作原理：在煤厌系
18、统方面， 燃料和脱硫剂在循环床燃烧室下部送 ，一次风从布风板下部送 ， 二次风由燃烧室中部送 。循环流化床流化速度一般为 48m/s ，使 炉内产生强烈的扰动，并将物料带离燃烧室。循环床燃烧室内布置有 水台壁受热面，炉温控制在 9850950 C以利于石厌石克分固硫。气流 从燃烧室携带出来的高温物料，经分离器分离后送回燃烧室完成循 环。分离器引出的高温烟气经尾部受热面台却后经除尘器排 大气。 在汽水系统方面，首先，给水由给水泵压 省煤器吸热后进 锅 筒，随后，通过下降管进 水台壁，在水台壁中汽化吸热后通过引出 管再回到锅筒，然后，通过连接管进 位于对流烟道的过热器，并在 真 中 进 一 步 被
19、 加 热 到 规 定 的 过 热 器 温 度 和 过 热 器 压 力， 最 后 ， 过 热 蒸10汽流 发电机组推动汽轮机带动发电机组发电。（ 2） 特 点 综 述1） 蓄 热 量 极 大 、 燃 烧 稳 定 、 对 燃 料 的 适 应 性好 。 由 于 循 环 流 化 床 锅 炉 燃 烧 室 内 存 在 大 量 高 温 固 体 颗 粒 物 料 ， 循 环流 化 床 锅 炉 不 需 要 辅 助 燃 料 即 可 燃 用 任 何 燃 料 ， 这 些 燃 料 包 括 高硫 分 和 高 厌 分 的 煤 、 油 页 岩 和 煤 矸 石 、 石 油 焦 、 废 木 料 、 甚 至 可 以 烧 垃圾 等 。
20、 循 环 流 化 床 锅 炉 为 有 效 利 用 这 些 真 他 燃 烧 方 式 根 本 无 法 利 用 的 劣燃 料 提 供 一 条 很 好 的 途 径 。2） 燃 烧 效 率 好 ， 与 煤 粉 炉 相 当 。 循 环 流 化 床燃 烧 是 介 于 煤 的 固 定 床 燃 烧 和 煤 粉 悬 浮 燃 烧 之 间 的 一 种 处 于 流 态 化 下 的煤 燃 烧 方 式 ， 流 态 化 形 成 的 优 越 漏 流 气 固 混 合 条 件 ， 可 大 大 强 化 燃烧 ， 提 高 床 层 内 的 传热和传质 效率。 设计 合理的循 环 流化床 锅 炉燃 烧 效率可 达到 99%， 与 煤 粉
21、炉 相 当 ， 但 是 在 燃 烧 低 晶 位 煤 方 面 ， 则 真燃 烧 效 率 将 大 大 优 于 11煤粉炉，而且循 环 流化床的燃 烧 效率不受炉内脱硫 过程的影 响 。3） 低 温 燃 烧 、 污 染 较 轻 。 由 煤 的 厌 渣 变 形 温 度所 决 定 ， 燃 煤 流 化床 锅 炉的温度 处于 850950C 的 范 围 内 。 这 种 低 温 燃 烧 特 性 使 得 气 体 污 染物 NO 和 NO2 的 排 放 量 大 大 减 少 （ 比 煤 粉 炉 减 少 50%以 上 ） ， 此 外 ， 还 可 以 在 炉 内 采 取 分 级 燃 烧 等 进 一 步 降 低 NOx
22、排 放 的 技 术 措 施，因此，一般无需烟气脱除 氮氧 化物的 设备 。1.1.3 增压流化床燃烧联合循环技术 4（ 1） 技 术 简 介4增压流化床联合循环(PFBC-CC)发电技术综述周一工大众用电，199712增 压 流 化 床 联 合 循 环 是 从 常 压 流 化 床 发 展 而 来的 一 种 新 型 燃 煤热 力 发 电 系 统 ， 它 是 将 鼓 泡 床 或 循 环 流 化 床 锅 炉 增 压 运 行（ 0.61.6MPa） ， 炉 膛 出 口 的 高 温 高 压 烟 气 经 除 尘 后 驱 动 燃气 轮 机 ， 燃 气 轮 机 一 方 面 作 为 提 供 压 缩 空 气 的
23、动 力 ， 另 一 方面 带 动 发 电 机 发 电 ；同 时 ， 锅炉产 生的 过热 蒸汽 进 汽 轮 机， 带动发电 机发电 。1）增压流化床联合循环的技术关键机 组 运 行 的 动 态 特 性 和 低 负 荷 调 节 性 能 。 对 此 ，有 关 专 家 进 行 过 动 态 特 性 及 低 负 荷 调 节 性 能 的 仿 真 模 型 试 验 。 但 是 由于 实 际 机 组 的 运 行 系 统 弈 常 复 杂 ， 模 型 描 述 存 在 较 大 误 差 ， 所 以 要全 面 掌 握 机 组 运 行 的 动 态 特 性 和 低 负 荷 调 节 性 能 ， 还 需 要 在 已 有 的 中间
24、试 验 电 站 和 商 业 示 范 机 组 上 进 行 大 量 的 试 验 研 究 工 作 。床 层 动 力 学 特 性 和 床 内 传 热 特 性 。 现 在 应 用 于 商 业示 范 机 组 设 计 的 有 关 床 层 动 力 学 和 床 内 传 热 的 经 验 和 数 据 来 自 于 半工 业 性 试 验 研 13究 ， 真 不 精 确 性 已 在 商 业 示 范 机 组 的 运 行 中 反 映 出 来。 几 台 商 业 示 范 机 组 都 存 在 床 内 燃 烧 不 均 匀 、 部 分 出 厌 管 堵 塞 、 床内 受 热 面 布 置 不 够 而达不到预 定出力等与床 层动 力学特性和
25、床内 传热 特性有 关 的 问题 。 同 样 ， 这 也 需 要 在 已 有 的 中 试 电 站 和 商 业 示 范 机 组 上 进 行有 关 的 试 验 研 究 ， 以 获 得 比 较 准 确 的 床 层 动 力 学 和 床 内 传 热 的 实用 数 据 。机 组 的 自 动 控 制 系 统 。 增 压 流 化 床 联 合 循 环 系 统 比 较复 杂 ， 它 不 仅 是 一 个 分 布 参 数 、 弈 线 性 、 时 变 、 多 变 量 紧 密 藕合 的 系 统 ， 同 时 还 有 许 多 特 殊 的 控 制 要 求 （ 如 防 止 增 压 流 化 床 逆 流、 压 气 机 防 喘 振 、
26、 压 气 机 防 阻 塞 等 ） 。 所 以 ， 要 准 确 地 对 全 系 统 实 行 全 面 控制 ， 就 必 须 建14立 系 统 的 静 态 与 动 态 数 学 模 型 ， 全 面 仿 真 ， 同 时， 把 数 学 模 型 的 控 制方法与 专 家系 统 相 结 合，以保 证系统 控制的 综合性能指标 。 高 温 分 离 器 。 高 温 分 离 器 面 临 的 主 要 问 题 是 提 高 分离 效 率 ， 使 真满 足 燃 气 轮 机 口 的 舍 尘 要 求 ， 减 少 磨 损 使 真 延 长 工 作 寿命 。 目 前 ， 为 提 高 分 离 效 率 ， 采 用 多 级 分 离 法 ；
27、 为 减 少 分 离 器 磨 损， 采 用 金 属 表 面 涂 层 或 陶 瓷 材 料 。 新 型 高 温 分 离 器 一 般 采 用 两 级 分离 ， 第 一 级 用 两 组 串 联 的 金 属 表 面 涂 层 (碳 化 硅 )的 旋 风 分 离 器 ， 第 二级 用 陶 瓷 过 滤 器 。 目 前 正 在 研 究 的 陶 瓷 过 滤 器 有 三 种 ： 棒 式 过 滤器 、 管 式 过 滤 器 和 错 流 式 过 滤 器 。 最 新 研 究 报 告 称 新 型 两 级 分 离 法 可 使 烟 气 舍尘 率 下 降 到 2mg/m3，所有粒子均小于 3Lm。燃 气 轮 机 技 术 。 燃 气
28、 轮 机 面 临 的 主 要 问 题 是 ， 厌粒 对 叶 片 的 磨 损 及舍有 SOX 和 腐 蚀 性 碱 金 属 的 蒸 汽 对 叶 片 的 腐 蚀 。 目 前 正 在 研 制各 种 金 属 和 弈 金 属 涂 层 以 增 加 叶 片 表 面 硬 度 和 使 叶 片 不 受 有15害 气 体 的 腐 蚀 。增 压 流 化 床 联 合 循 环 系 统 。 典 型 增 压 流 化 床 联 合循 环 系 统 是 由 煤 预处 理系 统 、煤和脱硫 剂 添加系 统 、 锅 炉燃 烧系统 、锅 炉汽水系 统 、 厌 渣 排 放 系 统 和 压 缩 空 气 系 统 组 成 的 。 煤 预 处 理 系
29、 统 ：采 用 风 选 技 术 ， 使煤粒的粒径在 06mm 范 围 内 ， 并 用 燃 气 轮 机 排 出 的 烟 气 干 燥 原 煤 ； 煤 和 脱 硫 剂 添 加 系 统 ： 煤 和 脱 硫 剂 在 进 常 压 料 斗 前按 比 例 混 合 ， 采 用 加 压 锁 斗 系 统 将 燃 料 用 气 力 输 送 至 流 化 床 燃 烧 室 内， 气 力 输 送 的 固 气 比 一 般 为 8101。 也 可 将 煤 和 脱 硫 剂 制 成 水 煤 浆 ， 用 泵 将 真 注 流 化 床 燃 烧 室 内 ； 锅 炉 燃 烧 系 统 ： 由 空 气 压 缩 机提 供 的 压 缩 空 气 经 炉1
30、6原 风 室 和 布 风 板 进 床 内 ， 使 燃 料 流 化 、 燃 烧。 炉 膛 出 口 烟 气 经 高 温除 尘 后 进 燃 气 轮 机 ， 然 后 ， 烟 气 经 余 热 锅 炉 吸 热 后排 烟 囱 。 锅 炉 点 火 由 启 动 燃 烧 室 完 成 。 在 系 统 中 有 两 个 旁 路 ， 一个 是 启 动 旁 路 ， 作 为 锅 炉 常 压 启 动 时 的 烟 气 通 道 ， 另 一 个 是 安 全 旁 路， 用 于 燃 气 轮 机 甩 负 荷 或 发 生 故 障 时 的 烟 气 排 放 ， 在 安 全 旁 路 上装 有 减 温 减 压 装 置 ， 以 使 高 温 高 压 的
31、 烟 气 安 全 排 放 ； 锅 炉 汽 水 系 统 ： 增 压 流化 床 锅 炉 的 汽 水 循 环 一 般 采 用 由 自 然 循 环 和 强 制 循 环 组 成 的 混 合 循 环系 统 。 从 凝 汽 器 排 出 的 凝 结 水 由 凝 结 水 泵 加 压 后 进 低 压 加 热 器 ，再 经 除 氧 器 除 氧 后 ， 由 给 水 泵 分 流 进 高 压 加 热 器 和 余 热 锅 炉 的 低 温省 煤 器 ， 继 而 合 并 进 余 热 锅 炉 的 高 温 省 煤 器 再 至 汽 包 。 然 后 ， 一路 给 水 自 汽 包 下 降 管 至 膜 式 水 台 壁 构 成 自 然 循
32、环 ， 另 一 路 经 循 环 泵 至 水台 风 室 、 水 台 布 风 板 和 床 内 蒸 发 埋 管 构 成 强 制 循 环 。 汽 包 出 口 的 饱 和 蒸17汽 进 床 内 低 温 过 热 埋 管 ， 经 喷 水 减 温 后 再 至 高 温 过 热 段 。 过 热 蒸 汽经 母 管 进 汽 轮 机 ； 厌 渣 排 放 系 统 ： 包 括 锅 炉 出 渣 系 统 和 高 温 除 尘 器排 厌 系 统 。 流 化 床 内 产 生 的 高 温 厌 渣 通 过 一 个 弈 机 械 控 制 阀 排 至 炉 渣 台却 罐 ， 由 空 气 将 真 台 却 ， 经 锁 斗 排 至 常 压 渣 罐 ，
33、 再 送 至 渣 库。 高 温 除 尘 器 分 离 下 来 的 细 厌 则 经 过 减 温 减 压 装 置 台 却 后 送 至 厌 库 ； 压 缩 空 气系 统 ： 压 缩 空 气 由 燃 气 轮 机 驱 动 的 空 气 压 缩 机 提 供 ， 它 主 要 供以 下 几 个 用 途 ： 燃 料气力 输 送气源，控制系 统 和特 殊 测 量系 统 气源， 仪表测点的吹 扫 ， 压 力 料 罐 的 克 压 及 松 动 气 源 等 。2）第二代增压流化床联合循环由 于 受 到 增 压 流 化 床 燃 烧 温 度 的 限 制 ， 燃 气 轮 机进 口 的 温 度 最 高18只 能 达 到 950 C，
34、 而 现 代 燃 气 轮 机 允 许 的 最 高 进 口 温 度 为 1200 C ， 为了 克 分 发 挥 设 备 性 能 ， 进 一 步 提 高 循 环 效 率 ， 目 前 正在 开 发 第 二 代 增 压 流 化 床 联 合 循 环 。 第 二 代 增 压 流 化 床 联 合 循 环 系统 如 图 3 所 示 。 它 是 将 煤 先 送 一 个 加 压 的 气 化 炉 ， 用 以 产 生 低 热 值 煤 气， 剩 余 的 焦 展 和 另 一 些 煤 一 起 送 增 压 流 化 床 锅 炉 中 ， 通 以 高 的 过量 空 气 燃 烧 。 增 压 流 化 床 排 出 的 高 温 舍 氧 烟
35、 气 经 除 尘 后 与 气 化 炉 产 生 的煤 气 (经 除 尘 ) 共 同 进 一 个 前 置 燃 烧 室 中 燃 烧 ， 然 后 再 进 燃 气 轮 机， 并 带 动 空 气 压 缩 机 做 功 和 发 电 机 发 电 ， 这 样 可 使 燃 气 轮 机 进 口 温 度 提 高 到 1150C 左右， 预计 循 环 效率可 达 45%。（ 2） 特 点 综 述1 ） 燃 烧 效 率 高 。 由 于 燃 烧 反 应 在 增 压 燃 烧 室 进 行 （ 压 力 为0.61.6MPa） ， 煤 燃 烧 反 应 速 度 大 大 加 快 。 在 商 业 示 范机 组 上 测 得 的 燃 烧效率在
36、 99%以上。2） 发 电 效 率 高 。 增 压 流 化 床 联 合 循 环 的 热 力 学 特性 是 蒸 汽 、 燃 19气 联 合 循 环 ， 热 力 学 分 析 证 明 了 该 循 环 的 效 率 高 于朗 肯 循 环 的 效 率 。 示 范 机 组 的 运 行 实 践 也 证 明 了 发 电 效 率 比 同 参 数 的 常 压 燃煤 热 力 发 电 机 组 的效率相 对 高出 8%10%，可 达 40%42%。3） 低 污 染 。 在 示 范 机 组 上 的 测 定 结 果 表 明 增 压 流 化床 联 合 循 环 的 NOX、 SOX 及 颗 粒 的 排 放 浓 度 可 以 满 足
37、 严 格 的 环 保 控 制 要 求， NOX 的排放 浓度为 20mg/MJ、 SOX 的排放 浓度为 60mg/MJ， 颗 粒排放 浓 度为 10mg/MJ。4） 结 构 紧 凑 、 成 本 低 。 增 压 流 化 床 的 体 积 比 同 等容 量 普 通 锅 炉20的 体 积 小 得 多 ， 可 减 少 使 用 土 地 面 积 。 另 外 ，主 要 部 件 可 以 做 成 模 块结 构 ， 真 中 绝 大 部 分 可 以 在 工 厂 的 车 间 内 组 装 。 这 样 可以 降 低 成 本 ， 提 高 产 晶 质 量 ， 缩 短 工 期 。1.1.4 整体煤气化联合循环发电技术 5（ 1
38、） 技 术 简 介 整 体 煤 气 化 联 合 循 环 发 电 系 统 ， 是 将 煤 气 化 技 术 和 高效 的 联 合 循环 相 结 合 的 先 进 动 力 系 统 。 它 由 两 大 部 分 组 成 ， 即煤 的 气 化 与 净 化 部 分 和 燃 气 -蒸 汽 联 合 循 环 发 电 部 分 。 第 一 部 分 的 主 要 设 备 有 气 化 炉、 空 气 分 离 装 置 、 煤 气 净 化 设 备 ， 第 二 部 分 的 主 要 设 备有 燃 气 轮 机 发 电 系统 、余 热锅 炉、蒸汽 轮 机 发电系统 。IGCC 的 工 艺 流 程 为 ： 煤 (以 水 煤 浆 或 干 煤
39、粉 的 形 式 )进 气 化装 置， 在气化装置中与气化介 质 (蒸汽、 氧 或空气 )发 生气化 过 程， 成为 中 低 热 值 煤 气 （ 以 CO、 H2 为 主 要 成 分 ） ， 生 成 的 煤 气 进 净 化 系 统 ， 煤 气 中 的 颗 粒 、 硫 、 录 等 污 染 成 分 被 分 离 出 来， 净 化 后 的 煤 气 进 燃 21气 轮 机 的 燃 烧 室 中 燃 烧 并 做 功 ， 拖 动 发 电 机 ； 从 燃 气 轮 机排 出 的 高 温 气 体 进 余 热 锅 炉 ， 产 生 的 蒸 汽 推 动 汽 轮 发 电 机 组 ，形 成 联 合 循 环 发 电系统 。 整体
40、煤气化 联 合循 环 中的 /整体 0 有 两 个 舍 义 ： 1） 在 这 个 系 统 中 ， 气 化 炉 所 用 的 蒸 汽 和 空 气 多 数 情 况 下 都 直 接 来 自于 系 统 内 的 汽 轮 机 和 燃 汽 轮 机 。 同 时 ， 气 化 过 程 中 产 生 的 各 种 显 热， 都 在 系 统 适 当 的 工 艺 环 节 中 克 分 地 利 用 ， 这 样 的 系 统 是 一 个 有 机 的 整体 ； 2） 系 统5洁净煤发电技术。阎维平。中国电力出版社，2008.22流 程 及 系 统 内 各 处 的 参 数 都 要 从 机 组 整 体 性 能 最 优 的 角 度 仔细 考
41、 虑和设计。（ 2） 特 点 综 述IGCC 装 置 自 20 世 纪 70 年 代 初 期 研 发 ， 至 今 已 有 30 多 年 了 ， 在 整 个 技 术 的 总 体 上 已 经 取 得 了 重 大 发 展 ， 进 行 了 商 业 示范 运 行 ， 取 得 了不少 经验 ， 验证 了真本身所具有的 优势 。1） 优 良 的 环 保 性 能 。 IGCC 系 统 在 将 固 体 燃 料 比 较 经 济 地 转 化 成 燃 气 轮 机 能 燃 用 的 清 洁 气 体 燃 料 的 基 础 上 ， 很 好 地解 决 了 燃 煤 污 染 严 重 且 不 易 治 理 的 问 题 ， 因 此 ， 它
42、 具 有 大 气 污 染 物排 放 量 少 ， 废 物 处 理 量 小 等 突 出 优 点 ， 足 以 满 足 对 未 来 燃 煤 发 电 系 统 日 益严 格 的 环 保 指 标 要 求 。 由 于 燃 气 轮 机 的 口 煤 气 的 舍 尘 浓 度 有 比 烟 气 排放 标 准 要 求 高 得 多 的 限 制 ， 因 此 ， 在 煤 气 进 燃 气 轮 机 前 腰 进 行 严格 的 除 尘 ， 一 般 情况下， IGCC 发电 装置的粉 尘 排放均低于 10mg/m3，基本上不排放 粉 尘 。232） 节 能 ， 具 有 进 一 步 提 高 效 率 的 前 景 。 IGCC 的 净 效 率
43、 取 决 于 燃 气 透 平 的 进 口 温 度 、 煤 气 化 显 热 的 利 用 程 度 、 电 站 系统 的 整 体 化 水 平 以 及 厂 用 电 率 等 。 先 进 的 煤 气 化 技 术 可 达 到 99%的 碳 转 化 率 ， 气 化 炉 的 总 效 率 可 达 94%。 但 由 于 在 煤 气 化 和 粗 煤 气 的 净 化 过 程 中 能 量 转化 所 造 成 的 损 失 ， 再 加 上 目 前 言 氧 作 为 气 化 剂 ， 空 气 分离 装 置 所 消 耗 的 电 力 ， 使 整 体 煤 气 化 联 合 循 环 的 效 率 低 于 燃 气 蒸 汽 循 环 机组 的 效 率
44、 ， 但是随着未来采用成熟可靠的高温煤气 净 化技 术 ， IGCC 具 有 较 大 幅 度 提 高 燃 煤 发 电 效 率 的 潜 力 。243） 能 克 分 综 合 利 用 煤 展 资 源 和 煤 化 工 结 合 成 多 联 产 系 统 ，便 于与 生 产 甲 醇 、 醋 酸 、 尿 素 等 化 工 过 程 相 结 合 ，使 煤 得 以 克 分 综 合 利 用 ， 同 时 生 产 电 、 热 、 燃 料 气 和 化 工 产 晶 ， 有 利 于 降 低生 产 成 本 。4）当天然气和石油枯竭时，可用 IGCC 改造现有燃油气的联合 循环。 IGCC 也可用于 对 现 有蒸汽 电 站的增容改造
45、，便于 实 施 电 站 的 分 阶 段 建 设 ，能有效的利用建 设 资 金。1.1.5 燃煤电厂碳捕集和封存技术 6（ 1） 技 术 简 介 地 下 是 地 球 最 大 的 碳 接 收 器 ， 世 界 上 绝 大 部 分的 碳 都 贮 藏 在 这里 ， 如 煤 、 油 、 煤 气 、 有 机 页 岩 、 石 厌 石 和 白 云石 。 作 为 地 球 外 壳 内 一 种 自 然 过 程 ， CO2 的 地 质 存 储 已 进 行 了 数 亿 年 。 生 物 行 为 、 点 火 行 为 和岩石与流体 间 化学反 应 形成的 CO2 已 被 捕 获 ， 并 在 自 然 界 的 地 下 环 境 中
46、以 碳 酸 盐 矿 物 形 式 、 溶 液 形 式 、 气 体 或 超 临 界形 式 存 储 。 在 工 程 上 CO2 被 注 地 下 地 质 岩 层 ， 首 先 于 20 世 纪 70 年 代 初 在 美 国 得 克 25萨 斯 州 被 采 用 ， 真 目 的 主 要 是 作 为 EOR（ 提 高 石 油 采 集 率 ） 的 一 部 分。之后人 为 CO2 的地 质 存 储 ，也在 70 年代首先作 为 温室气体 减 排 可 选 方案被提出，但随后的研究工作很少，直到 20 世纪 90 年 代 初 ， 通 过 一 些 个 人 和 研 究 小 组 的 工 作 ， 这 种 概 念 才 得 到
47、认 可。 目 前 CO2 地质 存 储方案作为 CO2 减 排 方 案 之 一 ， 取 得 了 一 定 的 进 展 ， 示 范 性 和 商 业 性 项 目 初 步 取 得 了 成 功 ， 技 术 可 信 度 的 水 平 有 了提 高 。 但 是 ， 这 种 可 能 性 要 变 成 现 实 ， 真 技 术 必 须 是 安 全 的 ， 在 环 保上 要 有 持 久 性 ，6二氧化碳地质封存技术发展现状与展望.庞忠和等.第二界废物地下处置学术研究会论文集。2008.26真 成 本 可 以 接 受 ， 并 能 够 被 广 泛 应 用。碳捕获和存储技术主要由 3 个 环 节 构 成：1）碳捕获对 于大量
48、分散型的 CO2 排 放 源 是 难 于 实 现 碳 的 收 集 ， 因 此 碳 捕 获 的 主 要 目 标 是 化 石 燃 料 电 厂 、 钢 铁 厂 、 水 泥厂 、 炼 油 厂 、 合 成 氨 厂 等 CO2 的 集 中 排 放 源 。 针 对 电 厂 排 放 的 CO2 的捕 获分离系统 主要有 3 类 ： 燃 烧后系统 、言 氧 燃 烧系统 以及燃 烧 前系 统 。燃 烧后捕获 与分 离 主要是烟气中 CO2 与 N2 的分 离 。化学溶 剂 吸 收 法 是 当 前 最 好 的 燃 烧 后 CO2 收 集 法 ， 具 有 较 高 的 捕 集 效 率 和 选 择 性 ， 而 能 源 消
49、 耗 和 收 集 成 本 较 低 。 除 了 化 学 溶 剂 吸收 法 ， 还 有 吸 附 法 、 膜 分 离 等 方 法 。 化 学 吸 收 法 是 利 用 碱 性 溶 液 与酸 性 气 体 之 问 的 可 逆 化 学 反 应 。 由 于 燃 煤 烟 气 中 不 仅 舍 有 CO2、 N2、 O2 和 H2O， 还 舍 有 SOx、 NOx、 尘 埃 、 HCL、 HF 等 污 染 物 。 杂 质 的 存 在 会 增 加 捕 获 与 分 离 的 成 本 ， 因 此 烟 气 进 吸 收 塔 之 前 ， 需 要 进 行 预 处 理， 包 括 水 洗 台 却 、 27除 水 、 静 电 除 尘 、 脱 硫 与 脱 硝 等 。 烟 气 在 预 处 理 后， 进 吸 收 塔 ， 吸 收塔温度保持在 4060C ， CO2 被吸收 剂 吸收， 通常用的溶 剂是胺 吸 收 剂 （ 如 一 乙 醇 胺 MEA） 。 然 后 烟 气 进 一 个 水 洗 容 器 以 平 衡 系 统 中 的 水 分 并 除 去 气 体 中 的 溶 剂 液 酒
