火力发电技术发展

火力发电技术发展

人类已进入21世纪，“能源、环境、发展”是新世纪人类所面临的三大主题。这三者之中，能源的合理开发与利用将直接影响到环境的保护和人类社会的可持续发展。作为能源开发与利用的电力工业正处在大发展的阶段，火力发电是电力工业的重要领域，环境保护和社会发展要求火力发电技术不断发展、提高。在已经开始的21世纪，火力发电技术发展趋势是我们十分关注的问题，本文就此作一综述。

1继续提高超临界火电机组效率

就能量转换的形式而言，火力发电机组的作用是将燃料（煤、石油、天然气）的化学能经燃烧释放出热能，再进一步将热能转变为电能。其发电方式有汽轮机发电、燃气轮机发电及内燃机发电三种。其中汽轮机发电所占比例最大，燃气轮机发电近年来有所发展，内燃机发电比例最小。汽轮机发电的理论基础是蒸汽的朗肯循环，按朗肯循环理论，蒸汽的初参数（即蒸汽的压力与温度）愈高，循环效率就愈高。目前蒸汽压力已超过临界压力（大于22．2MPa），即所谓的超临界机组。进一步提高超临界机组的效率，主要从以下两方面入手。1．1提高初参数，采用超超临界

初参数的提高主要受金属材料在高温下性能是否稳定的限制，目前，超临界机组初温可达538℃～576℃。随着冶金技术的发展，耐高温性能材料的不断出现，初温可提高到600℃～700℃。如日本东芝公司1980年着手开发两台0型两段再热的700MW超超临界汽轮机，并相继于1989年和1990年投产，运行稳定，达到提高发电端热效率5％的预期目标，即发电端效率为41％，同时实现了在140分钟内启动的设计要求，且可在带10％额定负荷运行。在此基础上，该公司正推进1型（30．99MPa、593／593／593℃）、2型（34．52MPa、650／593／593℃）机组的实用化研究。据推算，超超临界机组的供电煤耗可降低到279g／kWh。1．2采用高性能汽轮机

汽轮机制造技术已很成熟，但仍有进一步提高其效率的空间，主要有以下三种途径：首先是进一步增加末级叶片的环形排汽面积，从而达到减小排汽损失的目的。末级叶片的环形排汽面积取决于叶片高度，后者受制于材料的耐离心力强度。日本700MW机组已成功采用钛制1．016M的长叶片，它比目前通常采用的12Cr钢制的0．842M的叶片增加了离心力强度，排汽面积增加了40％，由于降低了排汽损失，效率提高1．6％。

其次是采用减少二次流损失的叶栅。叶栅汽道中的二次流会干扰工作的主汽流产生较大的能量损失，要进一步研制新型叶栅，以减少二次流损失。

最后是减少汽轮机内部漏汽损失。汽轮机隔板与轴间、动叶顶部与汽缸、动叶与隔板间均有一定间隙。这些部位均装有汽封，以减少漏汽损失。要研制新型汽封件以减少漏汽损失。2洁净煤技术

火力发电发展至今，其一次能源仍以煤为主。如我国煤炭在一次能源的生产和消费中占了大头，同时煤电在电力装机总容量中占了75％，这种格局在21世纪中叶以前不会有大的改变。众所周知，燃煤发电目前存在着两个突出的问题：一是燃煤技术有待改善，煤的利用率要进一步提高；二是煤燃烧除放出热量外，还会产生大量的烟尘、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等污染环境的排放物。我国烟尘排放量的70％、二氧化硫排放量的90％都来自燃煤。如何提高煤的利用效率和降低燃煤对大气的污染是我们迫切要解决的任务，为此，一个新的技术领域即洁净煤技术应运而生了。

所谓洁净煤技术是指煤炭从开发到利用全过程中，旨在减少污染排放和提高利用效率的加工、转化、燃烧和污染控制等高新技术的总称，按其生产和利用过程，大致可分为三大类。

2．1燃烧前的煤炭加工和转化技术

煤炭加工技术是指在煤炭燃烧之前，以物理方法为主对其进行加工的各类技术，主要包括洗选、型煤、水煤浆技术。煤炭转化技术是指在燃烧之前对煤进行改质反应，包括煤气化和液化两种。

2．1．1洗选处理

洗选是用物理和机械加工方法，将煤中杂质除去并生产出不同质量，不同规格产品的加工过程。生产中应用最广泛的方法有重力选煤和浮法选煤两种。洗选可除去煤中60％的灰份和40％～50％的黄铁矿硫，并可回收黄铁矿。现阶段煤炭洗选加工已较成熟，发展的重点已由过去的炼焦煤转为动力煤，由过去的注重除灰转为降灰与除硫并举。洗选加工技术是洁净煤技术的源头技术，据预测，到2010年，中国将使总入洗原煤达到8．08亿吨，入洗比例高达40％。此技术未来发展重点是脱硫与排矸并举，提高选煤厂自动化水平，发展深度降灰脱硫技术及干洗或省水法脱硫。

2．1．2型煤加工

型煤加工是用机械方法，将煤制成一定粒度和形状的煤制品。高硫煤加工时可加入固硫剂，以减少二氧化硫排放量。型煤多用于民用和工业。在工业型煤中，蒸汽机车试烧型煤与烧大块煤相比，可节煤10％；与烧中块煤比，可节煤25％；与烧散块煤比，节煤高达30％。同时机车效率可提高15％～18％，二氧化硫排放量可减少23％～80％，二氧化碳排放量减少47％～90％。

工业型煤今后发展的重点是发展高固硫率工业燃料和气化型煤。

2．1．3水煤浆

水煤浆是一种煤基流体燃料，它是由一定比例的煤粉、水和少量化学添加剂加工而成，具有一定的流动性和稳定性的流体，且雾化性能好，可直接燃烧。水煤浆技术最重要的目的是以煤代油，节省能源，减少环境污染。与烧原煤相比，电厂燃用水煤浆可降能耗2．9％，2吨水煤浆可替代1吨燃料油，而其价格不到燃料油的1／3。水煤浆按质量和用途可分为精选水煤浆、超精细水煤浆和煤泥水煤浆。它的商业化市场潜力很大，该技术的发展以加快工业推广为主。我国水煤浆的研制起步早，与国外同步，技术优于国外。

2．1．4煤炭气化

煤炭气化的一般方法是把经过适当处理的煤送入反应器，在一定的温度和压力下通过气化剂（空气或氧气），以一定的流动方式转化为气体。煤气化主要产生一氧化碳和氢气，灰份形成废渣排出，气化后可脱除气态硫和氮的成分。经过净化和气化后的煤可代替天然气，直接利用燃气轮机发电，既可提高煤炭利用率，又减少了环境污染。

目前，煤炭气化的另一种方法是地下气化，它是煤炭开发利用的主要方向之一。地下气化是对仍处于地下的煤炭进行可控燃烧，从而产生可燃气体引到地面利用。这一方式变常规物理采煤为化学采煤，将地面的气化炉搬到地下，使建井、采煤、气化三大工艺合而为一。世界上目前只有极少数几个国家掌握这一技术，中国是其中之一，山东新汶集团煤炭地下气化已实现产业化。

2．1．5煤炭液化

煤炭液化分间接液化和直接液化两种。间接液化是先将煤气化，经净化后再进行改质反应成液态燃料。直接液化是把煤直接转化为液体产品，EDS法、SRC法、氢－煤法、煤－油共炼法等都是采用某种方法将煤和氢混合，再在反应器中分解炼制成液体燃料。液化后的煤可代替油直接喷入炉内燃烧，由于省去了煤粉制备装置，电厂系统大大简化，同时燃烧效率提高，污染排放物大大减少。

2．2燃烧中净化技术