基于清潔高效的火力發電技術分析

李 波（中國電建集團四川電力建設三公司，四川內江641000）

基于清潔高效的火力發電技術分析

李 波（中國電建集團四川電力建設三公司，四川內江641000）

近年來，我國經濟發展迅速，人們對電能的需求量也逐漸增大，因而對發電技術的要求也更高，確保其能適應市場需求而發展?；鹆Πl電是發電技術中的重要內容，其行業消耗的煤礦資源較高，不但影響煤礦資源的可持續發展，也嚴重污染環境，因此，發展清潔高效的火力發電技術對社會生態環境具有較大作用。本文主要針對基于清潔高效的火力發電技術進行分析，研究潔凈煤發電技術及常規的發電能源結構，以期提供相關人員參考價值。

火力發電技術；發電能源；清潔高效；分析

火力發電技術是電力生產中應用較為廣泛的的技術，隨著人們對電能的需求量不斷增加，火力發電所消耗的能源也不斷增加，且其不但消耗煤礦資源，更產生大量的二氧化碳污染物，嚴重影響大氣環境。因此，保證電力的清潔高效及可持續發展成為人們關注的重要問題，為減少火力發電廠中燃煤發電對環境的污染，提高煤礦資源的利用率，研究清潔高效的火力發電技術勢在必行。潔凈煤發電技術是目前火力發電廠中清潔高效發電的重要技術，其主要在于通過提高發電機組的運行效率，從而使煤礦資源利用率得以提高，降低了燃煤發電污染物排放對環境的污染，也實現了火力發電清潔高效的目標。潔凈煤發電技術主要包括煤炭加工、煙氣凈化、燃料電池、煤炭的清潔燃燒、煤炭轉化等方面的技術。

1 煤炭加工技術及煙氣凈化

煤炭加工技術主要是在使用煤炭發電之前先對其進行一定的物理加工，合理選擇煤炭，并將不同類別、不同質量的單種煤篩選后破碎進行動力配煤，合理造型，從而保證其能潔凈燃燒，提高利用率，降低污染氣體排放。例如通過噴燃、泵送的方式將煤水混合的液態燃料加入水煤漿中，能夠形成新型煤油，提高煤礦利用率。燃煤發電通常伴有大量二氧化碳氣體排放，從而形成大氣污染，因而可采用煙氣凈化技術消除其大氣污染。煙氣凈化技術又分為除塵、脫除重金屬、脫氮及脫硫氧化物等技術，隨著科技的不斷發展，目前除塵技術已逐漸成熟并得到了廣泛的應用。煙氣凈化技術還采用濕式石灰石裝置，能有效的吸收空氣中燃煤產生的二氧化碳氣體，將其還原成活性較低的CaCO3，從而凈化空氣環境。脫硫氧化物即是利用二氧化硫在低溫條件下反應活性較高的特點，將其冷凍后脫硫，從而消除煙氣中的二氧化硫及三氧化硫。脫氮氧化物是目前噴氨或者尿素使其與燃煤后空氣中的NO2等產生反應，從而達到煙氣凈化效果，但其技術尚不成熟，應用尚不廣泛。而煙氣凈化技術脫除重金屬主要是利用吸附原理脫除燃煤氣體中的重金屬污染物質，能取得較好的效果。

2 燃料電池

燃料電池的方法主要通過一定的條件利用電化學裝置將燃料與空氣中的氧氣結合發生相關電化學反應，從而形成低壓的直流電能及熱能。隨著火力發電技術的不斷成熟發展，燃料電池主要有堿性、磷酸型、熔融碳酸鹽、固體氧化物、質子交換膜幾種類型燃料電池，其中熔融碳酸鹽燃料電池能夠與煤氣化聯合循環結合，從而使得發電技術清潔高效，提高發電率。采用燃料電池不易受到卡諾循環的影響，只要持續不斷添加燃料與氧化劑，化學能就能持續轉化為電能，因而其能量轉化率較高，理論上能夠轉化83%左右，而實際應用中也能轉化達到60%以上[1]。除可將燃料電池用于發電外，還可將其用于固定的汽車電源、分布式電源等，通過燃料電池發電不但不會產生污染物，且其不需要轉動部件控制，能夠降低噪聲污染。此外，燃料電池裝置所占土地面積較小，便于火電廠配備響應設備，且其不耗費水資源，重量較輕便于移動調整，對于分散式電源的火電廠布置較為適用。

3 煤炭的清潔燃燒

火力發電技術中想要保證其發電清潔高效，則需控制煤炭的全面、清潔燃燒，通常煤炭完全燃燒的工藝主要是使用新型燃燒工藝或是煤炭的轉變工藝聯合循環技術實現煤炭的清潔燃燒。新型燃燒工藝主要是總體的煤氣化與循環技術結合、部分的煤氣與循環技術結合、循環流化床燃燒技術與燃氣結合、并將蒸汽聯產技術及增壓流化床與循環技術聯合，從而實現煤炭的全面、清潔燃燒。而在其中采用循環流化床發電具有較為突出的效果，由于其流化床燃燒需在800～850℃的低溫下進行，因而可適用于脫硫氧化物技術，從而提高了脫硫率，且低溫下燃燒也能減少氧化氮物質的排放，提高清潔效果[2]。此外循環流化床中采用燃料與床料配比后燃燒發電，而其采用燃料占比較低，因而其燃料具有較強的適應性，不同的劣質燃料也能在其中燃燒，從而提高了燃燒效率，也能有效的提高煤礦資源的利用率。同時可將燃燒后產生的灰渣作為水泥填料利用，作為建筑材料。隨著科技的不斷發展，循環流化床單位機器容量逐漸達到300～600MW，而循環流化床中也逐漸改進相關設置，并能逐漸采用型煤作為燃料，且凈化煤氣。而煤炭的轉變工藝聯合循環技術則是采用聯合循環的方式，其采用梯級遞增的形式利用提供熱能的利用，不但能夠取得較好的熱效率，也能取得較好的脫硫效果。而煤炭的轉變工藝聯合循環技術能夠有效的降低燃煤的氧化氮排放量，其排放幾乎與天然氣相同，具有較高的環保效果。而由于此技術能夠將不同類型的煤結合使用，通過各類工藝處理后能夠有效的提高其對煤種的適應性，其已成為目前火電廠發電的主要發展趨勢。而加壓流化床聯合循環發電技術也是目前基于流化床工藝形成的清潔煤發電技術，相比于蒸汽循環機發電，其熱效率較高，且對自然環境影響較小，而若其與超臨界機組合理融合后更能有效的提高系統的運行速率[3]。

4 煤炭轉化技術

煤炭轉化技術主要是利用化學作用的方式將煤料轉化為液態、氣態或重新造型固態的燃料，從而提高其燃煤利用率，例如常見的煤氣、液化氣[4]。煤炭氣化主要是通過特定的設備、適宜的溫度及相關有機質、氣化劑產生相應的化學反應后將固態煤轉化為可燃氣體，如圖1。煤炭氣化中可采用集成式煤氣化聯合循環系統，利用高溫氣化后通過濕法或干法凈化工藝將氣化產生的污染物質出去，并通過高壓蒸汽驅動蒸汽輪機發電，此方法不但能有效提高發電效率，也能降低CO2排放量，達到清潔高效的目標?？山⑾鄳募庸せ?，從而便于大面積的運用處理，而為進一步提高煤氣化技術的水平，可采用增壓液化床氣化爐提高其轉化效率。

圖1 煤炭氣化流程圖

煤炭的液化則可采用高壓加氫的方法，通過裂解反應將多數雜原子脫除，在適宜溫度條件下將固態煤轉化為液態燃料，通常褐煤、煙煤的生產中則可采用此類技術。煤炭液化工藝所需條件簡單，能夠有效降低工藝成本，其液化率較高，有效提高了煤資源的利用率。隨著相關人員的不斷研究，煤炭轉化技術也逐漸提高，且各類燃料增加劑不斷開發，其轉化技術水平也增加。

5 常規的發電能源技術

隨著電力工業的逐漸發展，發電技術逐漸朝著可控核聚變技術及天然氣燃料的方向發展。相比于其他形式的能源站，核能能夠有效的替代化石能源，核電站建設較為廣泛，核電站建設成本較低，不但能提高能源的可再生利用率，也能節省投資成本及建設時間，也能提高環境保護效果。而天然氣具有較好的燃燒性能，不但易于燃燒，且具有較高熱量，采用天然氣燃燒時其排放的污染物遠低于煤炭燃燒產生的污染物，通常天然氣發電所排放的二氧化碳量只占煤炭燃燒發電排放量的一半，而其氮氧化物排放量只占20%左右[5]。天然氣發電站的運行方式較為靈活，相關機組啟動較快，具有較高的可用率。而由于天然氣發電站無污染，其在用水量、占地面積及生態環境的保護方面遠比火力發電廠更優秀，對生產地點無較大限制，通常在電力負荷中心便能構建天然氣發電站，便于就近輸電[6]。雖然我國現今火力發電仍以煤炭等化石資源作為重要發電技術，而隨著人們對發電技術的要求逐漸提高，除需依據煤炭發電研究清潔高效的火力發電技術外，還需積極研究使用天然氣能源，提高其能源的高效利用及清潔性。

6 結束語

綜上所述，由于煤炭能源燃燒發電仍是火力發電中的主要能源，而燃煤產生的污染較高，因而在火力發電中需針對煤炭的清潔高效發電技術分析。通過潔凈煤發電技術降低燃煤排放的污染氣體，并盡量提高煤炭的全面、清潔燃燒程度，增強其環保效果，同時大力研究煤炭轉化技術，確?；鹆Πl電技術今后朝向清潔高效的方向發展。同時隨著各類能源逐漸應用于發電技術中，發電技術的低耗節能及環保清潔程度也逐漸提高，發電能源也需朝向多元化的方向發展，盡量采用天然氣、核能等發電技術能夠取得更好的效果。

[1]焦振興.清潔高效的火力發電技術分析[J].科技風，2014，19：53.

[2]王二偉.火力發電技術中清潔能源的分析[J].中國新技術新產品，2015，14：91.

[3]本報記者霍麗文.發展清潔高效的火力發電技術[N].中國電力報，2012，04.

[4]史建軍.火力發電廠綠色經濟運營管理研究[D].大連理工大學，2005.

[5]周亮亮.清潔燃煤發電技術全生命周期評價[D].重慶大學，2011.

[6]肖 堯.清潔煤技術推廣的經濟效應測度—基于中國省區動態面板模型[J].財經科學，2015（08）：29～30.

TM611

A

2095-2066（2016）34-0058-02

2016-11-17

李 波（1974-），男，高級工程師，本科，主要從事電力建設及管理方面工作。