清潔高效火力發電技術分析

朱雅婷，鄭修明，宋振龍

（中國能源建設集團新疆電力設計院有限公司，新疆 烏魯木齊 830001）

清潔高效火力發電技術分析

朱雅婷，鄭修明，宋振龍

（中國能源建設集團新疆電力設計院有限公司，新疆 烏魯木齊 830001）

當前，我國能源消耗中煤炭資源占據的比例非常高，產生了約占排放總量40%的二氧化碳，以及大量的硫化物和氮氧化物，造成日益嚴重的環境問題。利用清潔高效的發電技術，可以有效緩解大氣污染狀況。本文將對不同路線的清潔高效火力發電技術進行論述和分析，以推動清潔高效火力發電技術的發展。

清潔；高效；火力發電技術

電力是現代化電氣設備與各類電器中不可或缺的基礎性動力。從我國的電力生產形式的分布狀況可以看出，常規燃煤火力發電占到了80%左右的比重。常規燃煤火力發電不僅浪費大量的煤炭資源，還對大氣環境造成巨大的污染。為能夠將化石能源消耗降到最低程度、降低二氧化碳等氣體排放、實現電力的可持續生產，清潔高效的火力發電技術逐漸成為關注的熱點。從當前的火力發電技術發展狀況可以看出，主流的清潔高效火力發電技術包括700℃超超臨界發電技術、IGCC發電技術、天然氣發電技術等。

1 700℃超超臨界發電技術

自建國以來，我國一直將燃煤發電作為主要的發電形式。從燃煤發電的角度來看，只要我們以先進的科學技術作為支持，便能夠促使當前的燃煤發電效率得到大幅度的提升。

2010年，國家為支持700℃超超臨界燃煤發電技術的研發，由國家能源局牽頭成立了“700℃超超臨界發電”聯盟，科技部把“700℃超超臨界發電”列入新技術發展2012年度國家科技計劃，并設立了“國家700℃超超臨界燃煤發電設備研發及應用示范”重點項目。700℃超超臨界發電技術的研發所需時間較長、科研經費投入巨大，研究的課題與課題之間有著緊密的聯系，彼此間互相影響，為此需要進行精密的規劃。

與常規的600℃超超臨界發電技術相比，700℃超超臨界發電技術的供電效率可提高至50%，每千瓦時煤耗可降低近30克，二氧化碳排放減少14%。700℃超超臨界發電技術的難點在于高溫材料的研制與篩選，鎳基高溫合金材料的研究與長期持久性能評定，鍋爐、汽輪機、汽水系統的關鍵高溫部件、高溫閥門的加工制造工藝，示范電站的設計、建設及運行技術。

目前國內已完成鍋爐高溫段集箱部件驗證平臺的研制、700℃緊湊型超超臨界煤粉鍋爐的初步設計以及700℃超超臨界電站熱力系統的優化，完成了700℃超超臨界汽輪機結構設計的優化等工作，與國外同類技術相比已沒有明顯差距。我國完全有能力率先掌握700℃超超臨界發電技術，推動我國清潔高效發電技術、材料工業、設備制造業的發展。

2 IGCC發電技術

IGCC是英文Integrated Gasification Combined Cycle的縮寫，中文名字為“整體煤氣化聯合循環”，它是將煤炭氣化之后生成的合成煤氣，經凈化處理后，用于發電的先進動力與能源系統。

與超超臨界發電技術相比，IGCC發電技術在發電成本和系統運行的可用率等方面處于劣勢，但在實現煤炭的清潔利用和二氧化碳的減排方面具有明顯的優勢。IGCC 發電技術將空氣分離技術、煤的氣化技術、煤氣凈化技術、燃氣輪機聯合循環技術有機集成，較好地實現了能源的梯級利用，使其成為高效和環保的發電技術。IGCC發電技術的效率可達43%～45%，二氧化硫排放在25mg/Nm3左右，氮氧化物排放只有常規燃煤電站的15%～20%，被公認為是世界上最清潔的燃煤發電技術，可以很好的解決我國現有燃煤電站污染嚴重的問題。

我國在燃煤發電技術發展的過程當中，先后發起IGCC多聯產示范工程、IGCC發電技術示范工程等項目，目前這些工程建設已經取得了顯著性成績。由中國華能集團投資建立的我國首個25萬千瓦等級的IGCC發電示范工程項目已經于2012年在天津投產運行，該電站具有完全自主知識產權，打破了國外技術和設備的壟斷，對我國IGCC發電技術的發展具有重大意義。自投運以來，電站運行人員通過不斷的探索、消缺、調試和改進，已掌握了IGCC電站運行的核心技術，2016年，機組負荷已能穩定運行在265兆瓦左右，二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別為0.5 mg/Nm3、22mg/Nm3。

3 天然氣發電技術

目前國內天然氣發電技術路線主要包括燃氣輪機發電技術和分布式發電技術。為促使火力發電技術結構得到進一步的優化，使得天然氣發電技術占據的比例逐漸升高，我國相繼引入F級、E級燃氣輪機制造技術，具備了制造F級、E級燃氣輪機的能力，并建設了一批燃氣輪機電站，掌握了豐富的燃機電站設計、建設、調試和運行技術。燃氣輪機的聯合循環效率最高可達61%，有助于提高能源的高效、清潔利用。但是我國目前仍未掌握燃氣輪機核心制造技術，燃氣輪機組的檢修過于依賴外方。在重型燃氣輪機中并未掌握自主知識產權，中低熱值合成氣的燃燒技術欠缺，一些高性能微小型燃氣輪機全部以進口為主。

天然氣分布式發電技術是以天然氣為主要原料驅動燃氣輪機等設備運行，產生電力的同時，系統余熱可通過余熱回收設備向用戶供熱、供冷，也可以稱為天然氣冷熱電三聯供技術。通常建設在大型小區、園區、商務區、辦公樓宇等區域，實現了在負荷中心位置達到能源利用效率最大化，促使天然氣能源在現有的基本狀況下得到高效地運用。與過去集中式能源供給的形式相比，天然氣分布式發電技術可在最為安全的狀態下獲得高效率地運用，創造最大化的社會經濟效益。具備冷熱電三聯供功能的天然氣分布式發電技術效率可高達70%以上，大氣污染物排放遠低于常規燃煤火力發電技術。

4 火力發電中清潔高效的能源結構分析

在我國社會經濟水平日益提高的今天，火力發電逐漸從最初的單一能源模式向多元化模式發展。除了上述提到的幾種清潔高效發電技術，還包括核能發電、水力發電、風力發電、太陽能發電、地熱能發電等清潔高效發電技術。

為應對世界能源緊缺的問題，火力發電生產過程中要不斷地引入更多的清潔能源，或提高能源的清潔利用效率。從最終火力發電中清潔高效能源結構的具體呈現情況可以看出，整個火力發電廠中石化能源所占比例將大大降低。由于受到石化能源供應緊張的影響，各國家或地區相繼研發與使用高效清潔的火力發電技術，以更好地解決石化能源供應緊張的矛盾。

天然氣作為我國主要的清潔能源，將成為今后火力發電技術與能源結構革新的主要能源。天然氣具有發熱量高、易燃燒的顯著特征，在經過燃燒之后排放的污染物少等優點。今后的清潔高效火力發電技術的研發與運用過程中，要進一步拓展天然氣的使用規模。

從當前我們所使用的能源來看，核能是最為先進、最清潔的能源，通過利用可控的核聚變來代替石化能源現已演變為人類可利用率最高、規模最大的商品能源。到目前為止，核電站在全球范圍內的數量不斷地增多，從而使得核電供應比重地持續增加。核電生產過程中的安全問題是有待解決的主要問題。在世界各國火力發電技術日新月異的今天，傳統的火力發電能源結構會出現顯著的改變，這在一定程度上會使得核電能源取代其傳統能源，其在火力發電技術中的作用也將會大大增加。

由于水資源的可再生循環特點，水力發電的可再生性是非常顯著的。因此，世界各國只要有充分的基礎條件就大力建設水力發電廠。同時地熱能、風能、太陽能等新能源也逐漸得到了很大程度上的開發與利用，這些舉動促使火力發電能源結構發生了巨大的改變。當前的火 力發電技術在運用過程中要從本地的實際狀況出發，多利用新型清潔的可再生能源，在利用火力發電技術的同時注意做好環境的保護工作。

5 結語

清潔高效的發電技術的應用是促使火力發電技術水平得到進一步提高的有效途徑。各類清潔高效發電技術的應用，不但能夠促使我國當前的電力生產企業發電效率得到明顯地提高，還可將對環境帶來的污染減少到最低。本文通過對當前清潔高效火力發電技術路線、清潔高效火力發電能源結構進行具體的分析，明確指出，在未來火力發電技術研發與運用中，新型清潔高效火力發電技術將會推動我國現有的火力發電技術的更大進步。

[1]焦振興.清潔高效的火力發電技術分析[J].科技風,2014(19)：33~37.

[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)：73~76.

[3]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.

[4]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(08)：29~30.

[5]王亮.淺析清潔高效的火力發電技術[J].通訊世界,2016(11):175-176.

TM611

A

1671-0711（2017）07（上）-0189-02