（环境工程专业论文）火电厂大气污染物综合控制技术优化研究.pdf

华北电力大学硕士论文摘要 摘要 本文在技术成熟可靠、目前普遍应用或有较大应用前景的发电技术中选取以下 六种具有代表性的技术进行了研究：常规燃煤技术、超临界、超超临界、循环流化 床、燃气蒸汽联合循环、整体煤气化联合循环，并在考虑多种大气污染物综合控制 ( 如袋式除尘器、烟气脱硫、烟气脱硝等) 的基础上就不同的时间点进行发电技术 和污染控制技术的组合。为了综合评判这些组合的经济性、资源节约和环保性能， 用层次分析法建立了数学模型。通过多专家打分的形式计算得出了上述组合的技术 排序。此结论对未来不同时期( 如2 0 1 0 年和2 0 2 0 年) 企业选择经济、环保、资源 节约型发电技术，以及政府进行能源战略研究、制定规划时优化发电技术，具有一 定的参考作用。 关键词：大气污染物，综合控制，层次分析法，发电技术排序 a b s t r a e t i nt h ep a p e r , b a s e do nt h em a t u r e ，u n i v e r s a la n dg r e a t l ya p p l i e df o r e g r o u n dt e c h n o l o g i e s f o r p o w e rg e n e r a t i o n ，s i xr e p r e s e n t a t i v eo n e s ，s u c h a sc o m m o nc o a l f i r e d t e c h n o l o g - y ，s u p e r c r i t i c a l , u l t r as u p e r c r i t i c a l ，c i r c u l a t i n gf l u i d i z e db e d ，c o m b i n e dc y c l eg a st u r b i n ea n d i n t e g r a t e dg a s i f i c a t i o nc o m b i n e de y c t ea r es e l e c t e df o rt h es t u d y w i t ht h ec o m p r e h e n s i v ea i r p o l l u t i o nc o n t r o l s ( b a gf i l t e r ，f g da n df l u eg a sd e n i t r a t i o n ) ，p o w e rg e n e r a t i o na n dp o l l u t i o n c o n t r o lt e c h n i q u ea r ec o m b i n e df o rd i f f e r e n tt i m ep o i n t t oc o m p r e h e n s i v e l ye v a l u a t et h e c o m b i n e de c o n o m i c ，r e s o u r c ec o n s e r v a t i o na n de n v i r o n m e n t a lp e r f o r m a n c eo ft h e s ec o m b i n a t i o n s ，m a t h e m a t i c sm o d e li sb u i l tu pb yt h ea n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s i nt h ef o r mo f e x p e r t sp o i n t st e c h n o l o g ys c h e d u l eo ft h ea b o v ec o m b i n a t i o n si sc a l c u l a t e d t h i sc o n c l u s i o n h a sac e r t a i nr e f e r e n c ef i m c t i o nf o re n t e r p r i s e s o p t i o n t ot h ee c o n o m y ，e n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n ，r e s o u r c e s a v i n gt e c h n o l o g yf o rp o w e rg e n e r a t i o na n dt h eg o v e r n m e n t ss t r a t e g y f o re n e r g yr e s e a r c h ，d e v e l o p m e n tp l a n n i n go p t i m i z a t i o nt e c h n o l o g yf o rp o w e rg e n e r a t i o ni n t h ed i f f e r e n tf u t u r ep e r i o d ( s u c ha s2 0 1 0a n d2 0 2 0 ) c h e nj i l i n g ( e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f w a n gz h i x u a n ，z h a oy i k e y w o r d s ：a t m o s p h e r ep o l l u t a n t s ，i n t e g r a t e dc o n t r o l ，t h ea n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ， p o w e rt e c h n o l o g ys c h e d u l e 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文火电厂大气污染物综合控制技 术优化研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的 研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大 学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究 所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：隧缝日期： 关于学位论文使用授权的说明 二1 6 、j 2 2 - 2 - 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文韵规定，即：学校有 权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅； 学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同 方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：煎必导师签名： 日期：弛望坚! 兰生日 华北电力大学硕士论文 1 1 课题研究背景 1 1 1 课题背景 第一章绪论 1 1 1 1 电力工业及环保的最新进展0 1 截至2 0 0 5 年底，全国发电装机总容量5 1 7 亿千瓦，比上年末增长1 6 9 1 。 其中火电装机3 9 1 亿千瓦，占总量的7 5 6 7 ，增长1 8 7 8 。全年累计发电量2 4 9 7 5 亿千瓦时，比上年增长1 3 8 2 。其中，火电发电量2 0 4 3 7 亿千瓦时，占总量的8 1 8 3 ，增长1 2 8 9 。我国的发电装置容量和年发电量继续位于世界第二位。电力供 应形势由2 0 0 4 年的持续性、全国性缺电逐步转交为2 0 0 5 年的地区性、季节性、时 段性缺电。 根据我国政府提出的全面建设小康社会的奋斗目标，今后2 0 年，随着经济发 展和社会进步，中国电力需求将大幅度增长。预计到2 0 1 0 年，全国总装机容量将 超过7 亿千瓦左右，其中火电装机约5 亿千瓦。到2 0 2 0 年人均装机预计0 6 千瓦 左右，达到目前世界平均水平，全国总装机容量将达到1 0 亿千瓦左右( 煤电仍将 占6 5 左右) ，发电量将达到4 6 0 0 0 亿千瓦时左右。 在环境保护方面：2 0 0 5 年全国二氧化硫排放量2 5 4 9 万吨，电力排放1 3 0 0 万吨。 与2 0 0 0 年相比，2 0 0 5 年全国二氧化硫排放量增加了3 1 4 ，电力增加了6 0 5 。 我国电力二氧化硫控制己进入烟气脱硫为主要措施的阶段。2 0 0 5 年底，全国建 成和投产的烟气脱硫机组容量约5 3 0 0 万千瓦，占煤电机组的1 4 。正在建造的脱 硫装置容量约1 亿千瓦。 2 0 0 5 年底全国电力烟尘排放量为3 6 0 万吨。2 0 0 5 年与2 0 0 0 年比，火电机组发 电量增长了8 4 5 ，烟尘排放量仅增长1 2 5 ，除尘器平均效率( 6 0 0 0 千瓦及以 上燃煤电厂) 由9 8 提高到9 8 5 。新建电厂的除尘器效率平均在9 9 以上。 氮氧化物控制初见成效。截至2 0 0 5 年底，已有多台单位机容量为3 0 、6 0 万千 瓦的商业化烟气脱硝装置投入运行；约有6 0 0 万千瓦的烟气脱硝装置进入设计及建 造阶段，约有1 0 0 0 万千瓦的新机组按环保审批要求装设烟气脱硝装置。 与此同时，环保法规的要求也日益严格。国民经济和社会发展第十一个五年 规划纲要第一次把全国二氧化硫排放总量减少1 0 作为“十一五”规划目标的约 束性指标，并对现有燃煤电厂明确提出了加快脱硫设施建设，增加脱硫能力的要求； 对新建燃煤电厂提出了必须根据排放标准安装脱硫装置的要求。根据纲要精神， 国务院已向各省、自治区、直辖市人民政府下达了“十一五”二氧化硫总量控制计 。 】 华北电力大学硕士论文 划，其中明确了电力二氧化硫控制总量，即到2 0 1 0 年，全国二氧化硫排放总量控 制目标为2 2 9 4 4 万吨，其中，电力为9 5 1 7 万吨。 1 1 1 2 电力节琵的必要性“1 我国是一次能源储量丰富的国家，但从可持续发展观点看，存在着十分严重的 能源问题。主要有以下几点：人均能源不足、人均能耗低而单位产值能耗高；一次 能源分布不均；以煤为主要一次能源，是世界最大煤炭生产国与消费国；能源利用 效率低。 同时，电力用煤占全国煤炭产量的比重较大。2 0 0 5 年，全国6 0 0 0 千瓦及以上 电厂发电耗用原煤共1 0 1 亿吨，占全国煤炭总产量2 1 。9 亿吨的4 5 左右。 电力处于我国能源战略的中心。无论是电源或电网，在建设和生产运营中都需 要使用或耗费大量的自然资源，包括土地、水资源、环境容量以及煤炭、石油、天 燃气等等。然而，我国电力工业发展所必需的上述自然资源相对匮乏，一些主要自 然资源人均拥有量远低于世界的平均水平。如我国煤炭、石油、天然气人均剩余可 采储量分别只有世界平均水平的5 8 6 、7 6 9 和7 0 5 ，且分布不均；水资源 的人均拥有量仅为世界平均水平的2 8 4 。随着经济和社会的发展，电力的发展越 来越受到自然资源的制约。尽管“十五”期间我国发电煤耗和输电线损都有明显降 低，但与世界先进水平相比，目前全国电力行业的能源消耗水平仍然较高。2 0 0 5 年， 我国火电机组的平均供电煤耗为3 7 0 克千瓦时，比世界先进水平高4 0 克千瓦时 左右。按世界先进水平计算，目前我国一年发电多耗标准煤1 亿吨。2 0 0 5 年我国输 电线损率为7 1 5 ，比多数发达国家高2 - 2 5 个百分点，相当于一年多损耗电 量4 5 0 亿千瓦时，大体相当于我国中部地区一个省一年的用电量。因此，资源节约 在电力行业还具有相当大的潜力。 党的十六届五中全会提出要把节约资源作为基本国策，坚持节约发展，建设资 源节约型社会。电力工业作为国民经济的基础产业和主要能源行业，在我国资源节 约工作中具有特殊重要的地位，必须坚持发展和节约并重、节约优先的发展方针， 通过立法和制定产业发展政策，并注重积极运用市场经济手段，把这一方针落实到 电力的规划设计、建设施工和生产供应的全过程。要着力调整电源结构，重点实施 高效、清洁发电工程，加快可再生能源建设；要实施节能、环保、经济调度，优先 考虑可再生能源和低能耗机组发电，努力提高高效、清洁能源在电力生产和供应中 的比重；要通过技术进步改造老机组，积极开展技术自主创新，不断提高火电机组 技术参数，提高机组运行的可靠性和技术经济水平；要加快电网建设和改造，优化 调度运行方式，规范线损管理，降低供电损耗，减少电力生产过程中自身能源消耗， 为建设资源节约型社会做出新贡献。 2 华北电力大学硕士论文 1 1 1 3 。十一五”规划的要求“ 2 0 0 6 年3 月1 4 日第十届全国人民代表大会第四次会议批准的中华人民共和 国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要中关于环境保护、大气污染治理主 要有以下内容： 在第二十四章加大环境保护力度：坚持预防为主、综合治理，强化从源头 防治污染，坚决改变先污染后治理、边治理边污染的状况。以解决影响经济社会发 展特别是严重危害人民健康的突出问题为重点，有效控制污染物排放，尽快改善重 点流域、重点区域和重点城市的环境质量。 其中的第二节加强大气污染防治：加大重点城市大气污染防治力度。加快 现有燃煤电厂脱硫设施建设，新建燃煤电厂必须根据排放标准安装脱硫装置，推进 钢铁、有色、化工、建材等行业二氧化硫综合治理。在大中城市及其近郊，严格控 制新( 扩) 建除热电联产外的燃煤电厂，禁止新( 扩) 建钢铁、冶炼等高耗能产业。 加大城市烟尘、粉尘、细颗粒物和汽车尾气治理力度。 另有关于环境治理重点工程的专栏1 3 ：燃煤电厂烟气脱硫的重点是增加现有燃 煤电厂脱硫能力，使9 0 的现有电厂达标排放。 1 1 1 4 环境成本问题 在1 9 9 8 年2 月1 l 一1 3 日在联合国国际会议和报告标准政府间专家工作组 ( i s a r ，以下简称“专家工作组”) 第1 5 次会议上通过的环境成本和负债的会 计与财务报告中指出： ( 1 ) 环境是指我们周围的自然物质存在，包括空气、水、陆地、植物、动 物和非再生资源( 如石油、矿物) 。 ( 2 ) 环境成本是指依照对环境负责的原则，为管理企业的活动对环境造成 的影响而采取的或被要求采取的措施的成本，以及因企业执行环境目标和要求而付 出的其他成本。o 例如，避免和处置废物，保持和提高空气质量，清除泄漏油料，去除建筑 物中的石棉，开发更有利于环境的产品，开展环境审计和检查等方面的成本。正如 本文第4 5 段所指出的，什么应列入环境成本是需要做出判断的。罚款、罚金和赔 偿等被视为与环境相关的成本，不属于这一环境成本的定义范围，但应予以单独披 露。 在电力市场环境下，是否将环境成本纳入发电总成本中，将影响发电商在市场 中的竞争力，同时也决定了电力系统能否真正实现资源的优化配置。随着我国电力 市场化改革的进一步深化，各个区域电力市场逐步建立与完善，发电企业之间已经 展开了激烈的竞争。电力市场环境下，各发电企业通过竞价获得发电权，而价格的 竞争很大程度上可以说是成本的竞争。 3 华北电力大学硕士论文 在我国现行的发电企业成本核算体系中，发电成本没有完整地将环境成本考虑 进去。而且在现行的电价机制中，环境成本也没有在电价中得到合理的体现。这样， 导致发电企业在进行经济决策时，仅追求自身经济效益最大化，往往忽视了社会效 益，造成严重的环境污染损失。因此，从资源利用的可持续发展角度出发，发电企 业需要重新界定发电成本，将环境成本加入到发电总成本中，使环境问题的外部不 经济性问题内部化，从而引导企业在经营决策时将环境因素考虑进去。 如果将环境成本列入发电成本中，一方面可以促使发电企业将环保与自身经济 利益联系在一起，化被动为主动，积极改进技术，提高管理水平，想方设法降低环 境成本；另一方面也为环保部门治理环境筹集部分资金，用于补充污染治理项目投 资的不足和补偿污染物排放所造成的外部经济损失。这样有利于提高发电企业环保 意识，安装各种降低污染的设备，从而使得各发电商在“竞价上网”的过程中都在 包含了环境成本的真实成本基础上公平竞争。 1 1 2 国内外研究动态 通过查阅资料、综合分析，对于污染控制技术，国内外的大量文献及工程实践 基本上对于单项污染物的控制的经济性研究较多。如除尘采用湿法除尘器、电除尘 器和布袋除尘器之间比较研究有大量文献；如对s 0 。的控制，不同技术之间的经济 性比较也见诸于大量文献；对n o ，控制也类似。但是对于综合考虑除尘脱硫、脱氮， 甚至降低c 0 ：等方面的探讨分析相对较少，尤其是对不同的发电方式下从技术经济 的角度及资源节约角度综合考虑、定量研究的初步查阅文献没有发现。 国内方面也是如此，在单项大气污染物控制技术如脱硫、脱硝方面亦有人对其 进行过优选。但在总的方面即多种大气污染的综合控制技术方面并没有类似的技术 经济性研究分析。 尤其是在脱硫技术和脱硫脱硝一体化以及除尘、脱硫、脱硝一体化研究不断发 展的情况下，在近年来并未见到与本课题研究目的相同的相关研究。 因此，从总体上讲，本课题属宏观性创新性的研究。同时，本课题也是中国电 力企业联合会与美国环保基金会( e d f ) 的国际合作课题。 1 2 本文的研究内容与创新点 1 2 1 本文的研究内容及意义 1 2 1 1 研究内容 ( 1 ) 污染控制动态 研究当今世界主流常规性大气污染控制技术( 主要是烟尘、s o ：、n o 。) 动态 及其经济性。 4 华北电力大学硕士论文 研究分析超细颗粒( p m ：。) ，大气中重金属污染控制动态。 分析研究c o z 排放控制技术及基于c d m ( 清洁发展机制) 下我国控制费用动态。 ( 2 ) 分析研究我国典型火电技术发展动态( 包括造价和成本水平以及资源消耗水 平) 。 ( 3 ) 根据污染控制技术动态和火电技术动态，研究综合控制污染条件下的经济性。 在研究过程中根据内容将本文分为四大部分：选题背景；现有发电技术及污染 控制方法；模型的建立及计算；结论及建议。 1 2 1 2 本研究的意义 火电厂大气污染物控制对中国电力工业的发展具有重要意义。控制s o 。仍将是 电力行业的主要任务，同时随着环保标准的提高，火电厂n o , 、超细颗粒、重金属 的控制也将逐渐提到议事日程。控制电力排放是解决中国大气污染的关键。如何经 济的、综合性控制污染排放既是政府要研究的新问题，也是电力企业最为关注的重 大事项之一。 在火力发电中可以有常规燃煤电厂，可以有燃气蒸汽联合的天然气或l n g 电厂， 也可以采用超临界、超超临界以及c f b c 、i g c c 、p f b c 等洁净煤发电。在满足相同 的环保标准的前提下，如何选用最佳的组合控制技术以达到最经济性和最资源节约 效果是本课题的目的。 本课题的研究，对于政府部门进行宏观规划，法规标准的制修订，对于电力行 业选择污染控制技术都具有重要的现实意义。 1 2 2 本文的创新点 1 、不是静态的，而是考虑了不断变化、日趋严格的法规的动态的研究。 2 、综合考虑了发展的环境技术和电力技术。 3 、不是只考虑费用的比较，而是结合了资源节约、环境保护的综合因素。 4 、不仅考虑了常规的污染物( 烟尘、s o 。) ，也考虑了那些非常规的污染物( h g 等) 。并在考虑多种大气污染物综合控制的基础上对不同发电技术做一经济性分析。 5 、本文从环境治理角度更确切的计算成本等，因此本研究具有较大的实用价 值，可应用于宏观决策和企业选择发电类型的选择，并具有一定的超前性。 5 华北电力大学硕士论文 2 1 常规燃煤技术嘲 第二章现有典型发电技术简述 常规燃煤电厂主要是指主蒸汽压力低于超临界压力的机组，就其参数而言可分 为以下几种( 表2 - 1 ) 。 表2 - 1中国火电厂蒸汽参数系列“1 设备参数 锅炉出口汽轮机进汽 机组额定功率 等级 压力m p a温度压力好a温度 次中参数2 5 5 4 0 02 3 53 9 0 0 7 5 ，1 5 ，3 中参数 3 9 24 5 03 4 34 3 56 ，1 2 ，2 5 高参数9 95 4 08 8 35 3 55 0 ，1 0 0 超高参数1 3 8 35 4 0 5 4 0 1 2 7 5 5 3 5 5 3 52 0 0 5 4 0 5 4 0 1 3 2 4 5 3 5 5 3 5 1 2 5 亚临界参数 1 6 7 75 4 0 5 4 01 6 1 85 3 5 5 3 53 0 0 1 8 2 7 5 4 0 5 4 0 1 6 6 7 5 3 7 5 3 73 0 0 ，6 0 0 幸系锅炉带最大连续出力( m c r ) 超压5 的压力值。 2 0 0 5 年火电重点建设项目中【”，常规机组主要有； 山西鲁能河曲电厂为国家“西电东送”北通道首批开工建设项目之一，一期工 程为2 台单机6 0 万千瓦的国产亚临界燃煤发电机组，2 0 0 2 年8 月开工，两台机组 分别于2 0 0 4 年1 1 月1 9 日和2 0 0 5 年1 月1 2 日投产发电。 内蒙古京隆发电有限责任公司投资建设的丰镇电厂三期工程，安装2 台6 0 万 千瓦亚临界燃煤空冷机组，子2 0 0 5 年4 月开工。两台机组计划分别于2 0 0 6 年和2 0 0 7 年投产发电。 2 2 超临界和超超临界发电技术口1 通过提高主蒸汽参数( 超过2 2 1 1 5 m p a 的超临界压力) 从而提高发电效率的常 规粉煤发电技术称为高效超l 临界燃煤发电技术。配备有主要污染物排放控制装置如 烟气脱硫、脱硝和除尘装置的高效超临界发电技术是目前世界上先进、成熟和达到 商业化规模应用的洁净煤发电技术。最新建成的高效超临界燃煤电站的净发电效率 一般在4 3 4 5 ，最高可达4 7 5 ( 以低热值计) ；s o 。排放在2 0 0 4 0 0 m g m a ，n o 。 6 华北电力大学硕士论文 在4 0 0 - 8 0 0 m g m 3 ( 采用低n o ；燃烧方法) ，或1 0 0 2 0 0 m g m 3 ( 采用s c r ) ，粉尘排放在 1 0 5 0 m g m 3 。 为提高热效率，各国火力发电机组都积极采用超临界参数的大容量机组。从美 国第一台试验性超临界( 3 1 m p a ，6 2 l 5 6 6 5 6 6 ) 1 2 5 m w 机组于1 9 5 7 年投入运行到 现在，经近五十年努力，超临界技术日趋成熟，可靠性与亚临界机组等同，热效率 明显提高( 表2 2 ) 。超临界汽轮机热耗比亚临晃机组低1 9 2 ，5 5 9k j k w h ，相对热 效率改善约为2 5 。特别是丹麦v e s t k r a f t 电厂1 9 9 2 年投运的4 0 7 姗机组( 2 5 1 m k ， 5 6 0 5 6 0 ) ，经优化设计和改进，供电效率达4 5 3 ( 供电煤耗2 7 2 9 k w h ) ，为超 临界机组树立了榜样。 表2 2 部分超临界机组经济性举例 电厂项目蒸汽参数机组效率投运年份 丹麦v e s k 电厂4 0 7 m w 2 5 i m p a ，5 6 0 5 6 0 0 c 4 5 31 9 9 2 法国s t a u d i n g e 厂5 5 0 m w2 5 m p a ，5 4 0 5 6 0 0 c 4 2 51 9 9 2 德国r o s t o c k 电厂5 5 9 姗2 5 m p a ，5 4 0 5 6 0 。c 4 2 5 1 9 9 4 石洞口二厂6 0 0 h 哪 2 4 2 m p a ，5 3 8 5 6 6 0 c 4 1 0 91 9 9 2 西门子设计4 0 0 一1 0 0 0 m w2 7 5 m p a , 5 8 9 6 0 0 。c 4 51 9 9 9 丹麦拟建设4 1 2 i 哪2 8 5 i p a ，5 8 0 5 8 0 5 8 0 。c4 91 9 9 8 华能玉环电厂1 0 0 0 m w 2 6 2 5 p a 。6 0 0 6 0 0 。c 4 52 0 0 6 随着超临界机组技术的成熟、可用率提高及耐热材料研制成功，人们开始涉足 超超临界机组( 超超临界蒸汽参数界限规定为：2 4 i m k ，5 6 6 ) 。 所谓“超超临界”，可以是目前先进水平的压力大过2 5 m p a 和温度高于5 6 5 的 主蒸汽参数，也可以泛指将可能采用的更高的主蒸汽参数。 作为先行者，日本川i 越电厂两台7 0 0 跚超超临界压力机组( 3 1 m p a ， 5 6 6 5 6 6 5 6 6 ) 分别于1 9 8 9 年和1 9 9 0 年投入运行，其热效率在1 0 0 和5 0 负荷 下为4 1 9 和4 0 ，比一般超临界机组( 2 4 m p a ，5 3 8 5 6 6 ) 热效率相对提高5 ， 最低稳定运行负荷为l o ，自动化程度高，两台机组仅需一名运行人员。 丹麦n o r d j y l l a n d s v a e r k e t 电厂3 号机组，1 9 9 8 年l o 月投运，蒸汽参数2 8 5 m p a ，5 8 0 5 8 0 5 8 0 ，燃用烟煤，由于采用一系列合理利用能源的技术，如1 3 级抽 汽回热、滑压运行、回收冷却器热量、调速马达、水充分利用、高度自动化等，使 其在凝汽运行时热效率4 7 ，最大抽汽运行时热效率为9 0 。它同时有良好的环 保性能，采用低n 0 。燃烧器，在选择性脱硝( s c r ) 装置前后n o ；分别为1 7 0 - 2 0 0 m g m j 7 华北电力大学硕士论文 和4 0 m g m j ：电气除尘器效率9 9 9 ；还采用了湿法脱硫( f g d ) ，副产品石膏用 于生产水泥。 超临界与临界机组在相对造价及运行性能方面的比较如表2 - 3 、表2 - 4 ： 表2 - 3 不同参数机组的比较 项目参数1 6 7 m p a ，5 3 8 5 3 8 。c 2 4 2 - 伊a 5 3 8 5 3 8 0 c 2 4 2 m p a ，5 3 8 5 6 6 。c 相对造价 o+ 2 o+ 2 6 相对熟效 o一1 82 5 3 0 4 0 ( 煤) 最低负荷 3 0 1 5 2 0 ( 油) 每日启停每日启停 运行方式 变压运行( 欧洲) 变压运行( 日本) 负荷变化率( w i n ) 3 53 - 5 表2 - 4 不同容量超临界机组单位造价比较 项目机组容量姗 1 0 02 0 03 0 06 0 08 0 0i 0 0 01 3 0 0 相对造价i 0 08 88 07 0 6 7 6 56 3 单位造价美元k w 1 2 3 01 1 0 01 0 3 09 8 09 5 0 归纳一下，超临界、超超临界机组有如下特点： ( i ) 机组热效率高，可靠性好，环保指标先进； ( 2 ) 可复合变压运行，调峰性能好； ( 3 ) 蒸汽压力高，蒸汽比容小，汽轮机叶片短，加之级间压差大，影响内效 率，因而超临界及超超临界参数更适于大容量机组。 根据目前发展方向，今后超超临界发电技术发展重点仍在材料研发与蒸汽温度 提高上，用时注重结构设计、制造技术和与之对应的系统优化技术的改进和提高。 为进一步降低能耗和减少c 0 。排放，改善环境，在材料工业发展的支持下，超超临 界机组正朝着更高参数的技术方向发展。目前设计制造的高参数超超临界机组最大 容量己达1 3 0 0 m w ，最高效率可达4 9 ，充分显示了超超临界发电技术的成熟性和 推广前景。国外超超临界机组发展的近期目标为1 0 0 0 m w 的等级机组，参数为3 i m p a ， 6 0 0 6 0 0 6 0 0 ，并正在向更高的水平发展。一些国家和制造商已经公布了发展 下一代超超i 临界机组的计划，主蒸汽初温将提高到7 0 0 7 6 0 ，在热气温达7 2 0 ， 相应的压力将从目前的3 0 m p a 左右提高到3 5 4 0 m p a ，机组的净效率可达到5 0 5 5 。 在我国火电重点建设项目中“1 ，单机规模1 0 0 万千瓦主力火电项目有4 项，均为 8 华北电力大学硕士论文 超超临界燃煤机组： 华能国际电力股份有限公司玉环电厂规划容量为4 1 0 0 万千瓦，是国内第一个 单机百万千瓦机组项目，共分两期建设。其中一期工程建设2 台1 0 0 万千瓦超超临界 燃煤发电机组，2 0 0 4 年6 月开工，2 0 0 6 年1 1 月已投产。 华电集团公司山东邹县电厂四期工程由华电国际电力股份有限公司、兖州矿业 集团和邹城资产经营公司共同出资建设。建设2 台1 0 0 万千瓦超超临界燃煤发电机 组，2 0 0 5 年4 月开工，2 0 0 6 年1 2 月，7 号机组顺利完成1 6 8 ，j , 时满负荷试运行。 江苏泰州电厂规划容量4 0 0 万千瓦，一期工程由国电集团公司和江苏国信资产 管理集团公司等5 家单位投资，建设2 台1 0 0 万千瓦超超临界燃煤发电机组，2 0 0 5 年 1 2 月开工，计划2 0 0 8 年投产发电。 上海外高桥电厂三期工程由上海申能集团、上海电力股份有限公司和国电电力 发展有限公司投资，建设2 台国产1 0 0 万千瓦超超临界燃煤机组，计划2 0 0 8 年上半年 投产。 部分单机规模6 0 万千瓦主力火电项目，采用超临界发电技术的有： 浙江大唐乌沙山发电厂4 台6 0 万千瓦超临界燃煤发电机组；福建华电可门发 电有限公司一期工程两台6 0 万千瓦超临界燃煤机组；江苏常州电厂一期2 台6 0 万 千瓦超临界燃煤机组；湖北黄冈大别山发电有限责任公司规划一期2 台6 0 万千瓦 国产燃煤超临界发电机组；安徽淮南平圩发电有限公司二期工程2 台6 0 万千瓦国 产超临乔燃煤发电机组；江苏华润电力( 常熟) 有限公司一期工程2 台6 0 万千瓦 超临界燃煤发电机组，分别于2 0 0 5 年3 月和6 月投产；山西鲁晋王曲发电公司一 期工程2 台单机6 0 万千瓦的超临界机组。 因此，发展6 0 0 m w 及以上的超临界、超超临界机组，将是较好的可供选择的高 效洁净发电技术。 2 3 流化床燃烧技术】 2 3 1 定义及分类 把8 m m 以下的煤粒和脱硫剂( 石灰石) ，加入燃烧室床层上，在通过布置在炉 底的布风扳送出的高速气流作用下，形成流态化翻滚的悬浮层，进行流化燃烧，同 时完成脱硫，这种燃烧技术叫流化床燃烧技术。 按燃烧室运行压力不同，分为常压流化床a f b c ( a t m o s p h e r i cf l u i d i z e d b e d c o m b u s t i o n ) 和增压流化床p f b c ( p r e s s u r i z e df b c ) ，前者在常压下燃烧，后者燃 烧室工作压力为1 2 - 1 6 m p a ；按流化速度和床料流化状态不同，又可分为鼓泡床 b f b c ( b u b b l i n gf b c ) 和循环流化床c f b c ( c i r e u l a i i n gf b c ) ，后者的流化速度为 9 华北电力大学硕士论文 4 - 8 m s ，是鼓泡床的2 - 5 倍。增压流化床和燃气蒸汽联合循环配合，组成p f b c - c c 。 按循环方式分，c f b c 又分为炉内循环和炉外循环c f b c 。 几种流化床锅炉性能比较见表2 5 表2 - 5 流化床锅炉性能比表 性能流化床类型鼓泡床低倍率循环床循环床增压流化床 容量范围肼i - 1 0 02 5 - 3 0 02 5 - 5 0 08 0 - 3 5 0 流化速度m s ( 2 5 3 5 - 55 - 70 9 - i 燃烧效率 8 5 9 59 7 - 9 89 8 9 9 9 9 循环倍率 1 0 5 0 脱硫效率 9 09 09 09 0 9 3 c a s3 - 41 5 2i 5 - 21 8 - 2 i n o xm g n m 3 3 0 0 2 0 0 2 0 0 n 0 xm g n j 5 0 - 9 0 流化床床面积相对值i 0 05 02 8 2 3 2 原理及特点 循环流化床燃烧脱硫技术属于煤在燃烧中脱硫，是在煤燃烧的过程中同时加人 一定量的石灰石或白云石作为脱硫剂，c a c o 。、m g c o 。受热分解生成c a 0 、m g o ，与烟 气中s o ：反应生成硫酸盐，随灰分排出。它的基本原理是床料在流化状态下进行燃 烧，一般粗粒子在燃烧室下部燃烧，细粒子在燃烧室上部燃烧，被吹出燃烧室的细 粒子采用各种分离器收集下来之后，送回床内循环燃烧。 流化床燃烧方式具有以下特点： ( i ) 清洁燃烧，低污染排放，环保性能好。流化床燃烧温度8 0 0 - 8 7 0 c ，属低 温燃烧，是钙基脱硫剂最佳脱硫温度。当钙硫比c a s = 2 - 2 5 时，鼓泡床、循环床 脱硫率分别可达8 0 、9 0 ，最高可达9 5 。由于是低温燃烧和分级供风，可减 少热力n o x 的生成，而且由于深床运行，与还原性物质接触机会多，n o x 生成量大为 减少。与煤粉炉相比，s 0 。、n o ；可减少5 0 左右，无需烟气脱硫和s c r 装置。p f b c 可在较低c a s 比( 如1 5 - 2 o ) 则和较高燃烧温度下( 如9 0 0 - 9 7 0 c ) ，达到高的脱 硫率。f b c 是洁净的燃煤技术： ( 2 ) 燃料适应性强，特别适合于中、低硫煤。由于每秒钟加入床料中的燃料 仅占床料的1 左右，因此对煤炭种类及含灰量、灰成份、灰的结焦性的变化反应 】0 华北电力大学硕士论文 不敏感，可燃用低热值、高水份、低挥发份的燃料； ( 3 ) 燃烧效率高。b f b c 流化速度低，燃料在床内停留时间长；c f b c 锅炉中燃 料是在多次循环中完成燃烧的。当烧劣质煤时，燃烧效率可达9 7 以上；p f b c 更 因床层深，停留时间更长，高压力下空气密度大，氧气与燃料接触好，燃烧效率可 达9 9 以上；加之配合联合循环，厂用电减少，p f b c - c c 电站总的效率比p c + f g d 和c f b c 的效率相对高8 - 1 0 ； ( 4 ) 负荷适应性好。c f b c 负荷调节范围3 0 - 1 0 0 ，负荷调节速度( 5 - 1 0 ) m i n ；非常规调峰性能好；p f b c 在运行中自适应能力强，不同负荷下的汽温特性、 s o 。、n o ，排放均较稳定，对燃煤中水份变化有特殊的自适应能力； ( 5 ) 灰渣综合利用好，c f b c 低温燃烧产生灰渣活性好，当燃用煤矸石、油页 岩时，灰渣可作为水泥掺料和轻质建筑材料；p f b c 灰渣中含可燃物少，自硬结性强， 不含石灰，渗透率低，重金属浸出量少，可作为水泥掺料、建筑产品合成添料、人 造砾石等； ( 6 ) p f b c 还有结构紧凑、锅炉尺寸小的特点。增压流化床p 8 0 0 ( 3 5 0 m w ) 比同 容量p c 炉节约空间2 0 左右；几种流化床床层面积相对比为p 2 0 0 ( 8 0 一 i o o m w ) ：c f b c ：b f b c = 1 ：1 8 ：3 6 ；安装周期短，p f b c 组件安装甚至整体安装性能 好。但从目前来看，p f b c 仍然属于试验阶段，技术发展相对缓慢。 2 3 3 发展概况 我国自6 0 年代初开始研究与应用f b c 技术。近2 0 年来，由于流化床燃烧技术 具有煤种适应性宽、燃烧效率高、易于实现炉内脱硫和低n o 。排放等优点，异军突 起，飞速发展，得到了越来越多的应用，在技术和经济上以更为合理的方式解决了 能源供应和环境保护两大难题。 四川白马循环流化床示范电厂是按照国家“十五”发展计划钢要，调整电力结 构、大力发展洁净煤燃烧技术的导向性工程，是采用技贸结合方式，引进大型循环 流化床锅炉设计制造技术的重点项目。工程安装一台3 0 万千瓦循环流化床机组， 2 0 0 3 年5 月开工，2 0 0 6 年投产“1 。是目前世界上单机容量最大的c f b 锅炉。 2 4 燃气、蒸汽联合循环发电技术口1 联合循环就是把在中低温区工作的蒸汽轮机的朗肯( r a n k i n e ) 循环和在高温区 工作的燃气轮机的布雷登( b r a y t o n ) 循环的叠置，组成一个总能系统循环，由于 它有很高的燃气初温( 1 2 0 0 c 一1 5 0 0 c ) 和蒸汽作功后很低的终温( 3 0 - 4 0 c ) ，实现 了热能的梯级利用，使总的循环效率很高。由于涂层技术、耐高温材料和冷却技术 的进步等，大大提高了燃气初温( 初温为1 3 5 0 c 的7 0 1 f 燃气轮机己投运，初温为 华北电力大学硕士论文 1 4 2 7 c - 1 6 4 9 c 的水冷燃气轮机研制中) ，加之设计、制造技术的进步，不论是燃气 初温，单机容量还是压缩机效率都逐步提高。目前，燃气轮机简单循环的热效率己 突破3 0 ，高的可达3 8 - 3 9 5 ，单机功率己超过3 0 0 m w ；蒸汽轮机在一个世纪 的发展中，由于蒸汽参数的提高、采用蒸汽再热、多级回热及复压式凝汽器等先进 技术的应用，使蒸汽轮机经济性不断提高，从而使联合循环发电效率己超过6 0 ( 表 2 - 6 ) 。 表2 - 6当代先进燃气轮机及联合循环性能“ 项目机型 西屋5 0 1 a t sg e m s 7 0 0 1 ha b bg t 2 6西门子k w u 燃汽初温o c 1 5 1 01 4 3 01 2 6 01 1 9 0 压比2 82 33 01 6 6 简单循环净出力姗 2 9 02 6 52 4 0 简单循环效率 4 1 3 8 5 3 8 联合循环净出力肼 4 2 64 0 03 9 63 5 9 联合循环效率 6 16 05 8 55 8 1 ( 1 ) 燃气轮机发电技术1 9 9 9 年n o 1 国内外燃汽轮机发电现状和2 1 世纪展望”，糜洪元 等。 概括一下，燃油或燃气的联合循环的主要优点有： ( 1 ) 热效率高，目前为5 0 一5 5 ，2 0 0 0 年以后渴望达到6 0 一6 l ； ( 2 ) 低污染，环保性能好 排烟中c o ：排放减少4 5 - 5 0 ，没有s 0 。、飞灰及灰渣排放，n 0 ，排放很低，目 前可小于2 5 m g k g ，努力方向为5 - 9 m g k g ； ( 3 ) 运行灵活，可日启停、调峰性能好 由于联合循环发电中7 0 由启停灵活的燃气轮机发出，故调峰性能好。一般在 2 0 分钟以内，联合循环装置可带2 3 额定负荷； ( 4 ) 单位容量投资较低 简单燃气轮机每千瓦投资为1 0 0 - 3 0 0 美元k w ，汽轮发电机组为6 0 0 - 1 0 0 0 美元 k w ，而联合循环发电机组为2 8 0 5 3 0 美元k w ，单机容量越大，单位容量投资越低； ( 5 ) 标准的模块化设计，建设周期短，可分阶段建设，一年内即可发出6 0 - 7 0 额定负荷；占地少，仅为p c + f g d 发电厂占地的1 3 ； ( 6 ) 节水，为同容量常规电站用水量的i 3 。 由于上述优点，国外政府鼓励联合循环发电，世界上联合循环装机容量每年递 1 2 华北电力大学硕士论文 增约2 0 ，0 0 0 m w 。 2 0 0 5 年，作为天然气发电重点建设项目“1 ： 江苏张家港燃气一蒸气联合循环电厂2 台3 5 万千瓦级发电机组，是国家发改委 2 0 0 3 年批准建设的首批国产化大型燃机电站项目之一，由国家开发投资公司作为投 资主体。该项目是国家“西气东输”中十分重要的配套发电项目，1 号发电机组于 2 0 0 4 年5 月1 8 日开工，计划2 0 0 6 年发电。 深圳市能源集团公司所属深圳东部电厂一期( 3 3 5 万千瓦液化天然气发电机 组) 工程，2 0 0 5 年3 月1 8 日正式开工，2 0 0 6 年7 月通气调试。 华电集团公司浙江半山天然气发电工程是目前“西气东输”工程下游的最大发 电项目，一期工程为3 3 9 万千瓦燃气一蒸汽联合循环机组，于2 0 0 5 年全部建成， 总容量达到1 1 7 万千瓦。 利用联合循环技术，也可对在运的火电厂进行改造，如果原本就是燃油或燃气 机组，仅需增加一燃气轮机即可；如果原本是燃煤机组，或加装p f b c 或i g c c 的燃 气轮机发电机组，以实现机组增容、提效和环保的多重目的。当然，同时需对原有 锅炉进行必要的改造，增加部分公用系统。 2 5 整体煤气化联合循环发电技术口1 整体煤气化联合循环( i n t e g r a t e dg a s i f i c a t i o nc o m b i n e dc y c l e ，简称i g c c ) 发电技术是当今国际上最引人注目的高效清洁发电技术之一。i g c c 将煤炭气化与燃 气一蒸汽联合循环有效地结合起来，实现了能量的梯级利用，可以将煤中的化学能 尽可能多的转化为电能，极大的提高了机组的发电效率。目前世界上已经运行的 i g c c 机组，其供电效率已经达到4 3 左右，随着相关关键技术的不断发展，还可 以进一步提高到5 0 左右。影响i g c c 过程总效率的诸多因素中，煤气化的影响比 较显著，在其他因素不变的条件下，煤气化效率每提高1 ，i g c c 的总效率可以提 高0 5 左右，因而煤气化技术的优劣直接关系到整个i g c c 机组的总体效率。 煤的气化过程大体上可以分为两步：1 碳、氢元素从煤中断裂、分解、脱出、 碳元素缩聚富集；2 提供气( 汽) 相反应物、夺取富集碳元素，补充氧元素，使相互 化合成