（国网能源和丰煤电有限公司）
摘要：随着我国环境保护力度的加大，传统常规发电能源结构亟需改进，目前，我国发电能源以煤炭为主，2016年，我国电力行业用煤18.39亿吨，占发电能源结构的64%，并且这样的发电能源结构短时期内无法改变。如何高效、清洁地利用煤炭资源，改进洁净煤发电技术，实现优化常规发电能源结构的目的为本文研究的重点。
关键词：洁净煤；火力发电；能源结构
Abstract：with the increase of China's environmental protection efforts，the conventional electric energy structure needs to be improved，at present，China's coal dominated energy power generation，in 2016，18.39 tons of coal in China's power industry，accounting for 64% of the electric energy structure，energy structure and short period power within such cannot change.How efficient and clean the use of coal resources，improve clean coal power generation technology，key to realize the optimization of conventional power generation energy structure for the purpose of this study.
Key words：clean coal；thermal power；energy structure
一、问题提出
2017年，1月22日能源局发布2016年全年发电量59111亿千瓦时，增长4.5%。其中火力发电量43958亿千瓦时，水力发电量10518亿千瓦时，核能发电量2127亿千瓦时，风力发电量2113亿千瓦时。[1]可见，发电能源结构短时期内无法改变，传统的火力发电方式依然主导着火力发电方式，火电厂生产电能的全过程中，各种排放物对环境的影响超过一定限度而造成环境质量的劣化。这些排放物包括燃料燃烧过程排出的尘粒、灰渣、烟气；电厂各类设备运行中排出的废水、废液、废旧油脂，以及电厂运行时发出的噪声，这与我国节能减排，绿色发展的理念相悖。
目前，我国常规发电能源方式主要有火力发电、水力发电、核能发电，水力发电其优势在于无污染，水能可再生，水能蕴藏总量大；其绿色环保的优势是火力发电无法比拟的，因此调整我国常规发电能源结构，首要调整我国电力用煤结构，尽可能实现低污染、低能耗，实现优化我国常规发电能源结构的目的。
我国洁净煤技术发展相对较为成熟，但在实践过程中，因其投入成本较高，且目前以煤为主的火力发电厂效益不高，小型火力发电厂无力承担改进煤炭发电技术，因此将不经处理的煤投入生产中，造成了较大的环境污染。因此，笔者认为，有必要对洁净煤技术以科学阐述，让诸多中小火力发电厂能够意识到洁净煤发电技术的优点，在权衡利弊的基础上采用洁净煤发电技术，这对优化我国常规发电能源结构大有裨益，同时有力地保证我国绿色经济目标的实现。
二、洁净煤发电技术内涵
（一）洁净煤发电技术概念
洁净煤技术是指煤炭从开发到利用全过程中，旨在减少污染排放与提高利用效率的加工、燃烧、转化及污染控制等高新技术的总称。它将经济效益、社会效益与环保效益结合为一体，成为能源工业中国际高新技术竞争的一个主要领域。洁净煤发电技术内容如下：
所谓“洁净煤发电技术”就是指“洁净煤技术”中与发电相关的技术项目。它的重点是提高发电机组的效率和控制因燃煤而引起的污染物的排放。
目前“洁净煤发电技术”主要有以下几种：
* 循环流化床燃烧技术（CFB）
* 整体煤气化燃气-蒸汽联合循环发电（IGCC）
* 增压流化床燃气-蒸汽联合循环发电（PCFB－CC）
* 超临界燃煤电站加烟气脱硫、脱硝装置（SC +FGD+De-NOx）
（二）洁净煤发电技术的技术特点
1.循环流化床燃烧（FBC）技术特点
循环流化床燃烧（FBC）技术系指小颗粒的煤与空气在炉膛内处于沸腾状态下，即高速气流与所携带的稠密悬浮煤颗粒充分接触燃烧的技术。循环流化床锅炉脱硫是一种炉内燃烧脱硫工艺，以石灰石为脱硫吸收剂，燃煤和石灰石自锅炉燃烧室下部送入，一次风从布风板下部送入，二次风从燃烧室中部送入。石灰石受热分解为氧化钙和二氧化碳。气流使燃煤、石灰颗粒在燃烧室内强烈扰动形成流化床，燃煤烟气中的SO2与氧化钙（CaO）接触发生化学反应被脱除。为了提高吸收剂的利用率，将未反应的氧化钙、脱硫产物及飞灰送回燃烧室参与循环利用。钙硫比达到2～2.5左右时，脱硫率可达90%以上。 同时由于该锅炉炉温比较低，并采用分级送风燃烧方式，所以可大大减少氮氧化物（NOx）的生成。
典型循环流化床锅炉的结构简图见下图：
循环流化床燃烧方式的优点主要是：
１．清洁燃烧，脱硫率可达80%～95%，NOx排放可减少50%；
２．煤种适应性强，特别适合中、低硫煤；
３．燃烧效率高，可达95%～99%；
４．负荷适应性好。负荷调节范围为30～100％
2.整体煤炭气化燃气-蒸汽联合循环发电技术特点（IGCC）
IGCC发电技术是煤气化和蒸汽联合循环的结合，是当今国际正在兴起的一种先进的洁净煤（CCT）发电技术，具有高效、低污染、节水、综合利用好等优点。它的原理是：煤经过气化和净化后，除去煤气中99%以上的硫化氢和接近100%的粉尘，将固体燃料转化成燃气轮机能燃用的清洁气体燃料，以驱动燃气轮机发电，使燃气发电与蒸汽发电联合起来。整体煤气化联合循环系统简图见下图：
IGCC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、空分装置、煤气净化设备（包括硫的回收装置），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的工艺过程如下：
煤经气化成为中低热值煤气，经过净化，除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料，然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质以驱动燃气透平作功，燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机作功。
IGCC技术把高效的燃气-蒸汽联合循环发电系统与洁净的煤气化技术结合起来，既有高发电效率，又有很好的环保性能，是一种有发展前景的洁净煤发电技术。在目前技术水平下，IGCC发电的单机功率已达300MW以上，净效率可达43%～45％，今后可望达到更高。而污染物的排放量仅为常规燃煤电站的1/10，脱硫效率可达99%，二氧化硫排放在25mg／Nm3左右。（目前国家二氧化硫限额约为1200mg／Nm3），氮氧化物排放只有常规电站的15%--20%，耗水只有常规电站的1/2-1/3，有利于环境保护。
3.增压流化床燃气-蒸汽联合循环发电技术特点（PFBC－CC）
增压流化床燃烧（PFBC）技术从原理上基本同常压流化床燃烧（FBC）大体一致，燃烧空气通过布风板进入燃烧室，，加入的煤粒和脱硫剂（通常是石灰石或白云石）处于悬浮状态，形成一定高度的流态化“床”层。流化床中，脱硫剂在煤燃烧的同时脱除二氧化硫，再由于流化床燃烧温度控制在900℃以下，抑制了燃烧过程中氮氧化物的生成，所以大大减少了污染物的排放。同FBC一样，PFBC的燃烧效率高，对煤种适应性强。
该燃烧装置的示意图见下图。
增压流化床燃烧（PFBC）技术采用增压（6～20个大气压）燃烧，燃烧效率和脱硫效率可以得到进一步提高。燃烧室热负荷增大，改善了传热效率，锅炉容积紧凑。该技术除了可在流化床锅炉中产生蒸汽使汽轮机做功外，从PFBC燃烧室（也就是PFBC锅炉）出来的加压烟气，经过高温除尘后，可进入燃气轮机膨胀做功。通过燃气/蒸汽联合循环发电，发电效率得到提高。目前可在相同蒸汽参数的单蒸汽循环发电提高3～4％。采用增压流化床燃烧联合循环（PFBC-CC）发电能较大幅度地提高发电效率，并能减少由于燃煤对环境的污染。PFBC将成为21世纪主要的洁净煤发电技术之一。
4.超临界燃煤电站加脱硫、脱硝装置（SC+FGD+De-NOx）
对于常规的燃煤机组而言，采用超临界参数，提高电厂热效率，降低煤耗（减少燃料消耗量）是污染物减排的首要措施；采用先进的燃烧技术，合理有效地组织燃烧过程，在燃烧过程中减排也是重要的污染物减排技术，可以大幅度降低污染物排放，但当排放的限制更严格，而且靠炉内燃烧减排不能满足要求时，需要采取烟气脱硫脱氮技术措施。
前已投产的国内百万等级超超临界压力锅炉：1.外高桥第三电厂2×1000MW 上锅（SBWC）---阿尔斯通公司（API，USA）2.华能玉环电厂2×1000MW 哈锅（HBC）---三菱公司（MHI，JAPAN）3.华电国际邹县发电厂四期2×1000MW东锅（DBC）---巴布科克-日立公司（BHK，JAPAN）等。
三、结语
综上所述，优化我国常规发电能源结构已为必然趋势，优化常规发电能源结构首要是优化火力发电技术。在未来的火力发电技术发展过程中，其高效清洁发电技术是最重要的发展方向。本文认为，如何在实行煤炭消费总量控制的前提下，高效、清洁地利用煤炭资源，做好煤炭如何使用的文章，将是有效改善大气污染状况的关键所在。因此本文阐述了洁净煤发电技术特点及优势，以期能够给业界稍许合理建议。
参考文献：
[1]国家能源局发布全年发电量[J].中国能源.2015（3）：4
[2]王亮.浅析清洁高效的火力发电技术[J].通讯世界，2016，（11）：175-176.
[3]王二伟.火力发电技术中清洁能源的分析[J].中国新技术新产品，2015，（14）：91.
[4]李有华，程熙铬，孙娟子.基于对数函数的电力需求预测模型构建及应用[J].首都经济贸易人学学报，2015（1）：40-46
[5]冯银厂.洁净煤发电技术是火电行业调整的主要方向[N].中国环境报，2014-01-14（002）.
论文作者:张鹏
论文发表刊物:《电力设备》2017年第25期
论文发表时间:2018/1/6
标签：技术论文; 流化床论文; 蒸汽论文; 洁净煤论文; 能源论文; 常规论文; 燃烧室论文; 《电力设备》2017年第25期论文;