基于清洁高效的火力发电技术分析

李 波（中国电建集团四川电力建设三公司，四川内江641000）

基于清洁高效的火力发电技术分析

李 波（中国电建集团四川电力建设三公司，四川内江641000）

近年来，我国经济发展迅速，人们对电能的需求量也逐渐增大，因而对发电技术的要求也更高，确保其能适应市场需求而发展。火力发电是发电技术中的重要内容，其行业消耗的煤矿资源较高，不但影响煤矿资源的可持续发展，也严重污染环境，因此，发展清洁高效的火力发电技术对社会生态环境具有较大作用。本文主要针对基于清洁高效的火力发电技术进行分析，研究洁净煤发电技术及常规的发电能源结构，以期提供相关人员参考价值。

火力发电技术；发电能源；清洁高效；分析

火力发电技术是电力生产中应用较为广泛的的技术，随着人们对电能的需求量不断增加，火力发电所消耗的能源也不断增加，且其不但消耗煤矿资源，更产生大量的二氧化碳污染物，严重影响大气环境。因此，保证电力的清洁高效及可持续发展成为人们关注的重要问题，为减少火力发电厂中燃煤发电对环境的污染，提高煤矿资源的利用率，研究清洁高效的火力发电技术势在必行。洁净煤发电技术是目前火力发电厂中清洁高效发电的重要技术，其主要在于通过提高发电机组的运行效率，从而使煤矿资源利用率得以提高，降低了燃煤发电污染物排放对环境的污染，也实现了火力发电清洁高效的目标。洁净煤发电技术主要包括煤炭加工、烟气净化、燃料电池、煤炭的清洁燃烧、煤炭转化等方面的技术。

1 煤炭加工技术及烟气净化

煤炭加工技术主要是在使用煤炭发电之前先对其进行一定的物理加工，合理选择煤炭，并将不同类别、不同质量的单种煤筛选后破碎进行动力配煤，合理造型，从而保证其能洁净燃烧，提高利用率，降低污染气体排放。例如通过喷燃、泵送的方式将煤水混合的液态燃料加入水煤浆中，能够形成新型煤油，提高煤矿利用率。燃煤发电通常伴有大量二氧化碳气体排放，从而形成大气污染，因而可采用烟气净化技术消除其大气污染。烟气净化技术又分为除尘、脱除重金属、脱氮及脱硫氧化物等技术，随着科技的不断发展，目前除尘技术已逐渐成熟并得到了广泛的应用。烟气净化技术还采用湿式石灰石装置，能有效的吸收空气中燃煤产生的二氧化碳气体，将其还原成活性较低的CaCO3，从而净化空气环境。脱硫氧化物即是利用二氧化硫在低温条件下反应活性较高的特点，将其冷冻后脱硫，从而消除烟气中的二氧化硫及三氧化硫。脱氮氧化物是目前喷氨或者尿素使其与燃煤后空气中的NO2等产生反应，从而达到烟气净化效果，但其技术尚不成熟，应用尚不广泛。而烟气净化技术脱除重金属主要是利用吸附原理脱除燃煤气体中的重金属污染物质，能取得较好的效果。

2 燃料电池

燃料电池的方法主要通过一定的条件利用电化学装置将燃料与空气中的氧气结合发生相关电化学反应，从而形成低压的直流电能及热能。随着火力发电技术的不断成熟发展，燃料电池主要有碱性、磷酸型、熔融碳酸盐、固体氧化物、质子交换膜几种类型燃料电池，其中熔融碳酸盐燃料电池能够与煤气化联合循环结合，从而使得发电技术清洁高效，提高发电率。采用燃料电池不易受到卡诺循环的影响，只要持续不断添加燃料与氧化剂，化学能就能持续转化为电能，因而其能量转化率较高，理论上能够转化83%左右，而实际应用中也能转化达到60%以上[1]。除可将燃料电池用于发电外，还可将其用于固定的汽车电源、分布式电源等，通过燃料电池发电不但不会产生污染物，且其不需要转动部件控制，能够降低噪声污染。此外，燃料电池装置所占土地面积较小，便于火电厂配备响应设备，且其不耗费水资源，重量较轻便于移动调整，对于分散式电源的火电厂布置较为适用。

3 煤炭的清洁燃烧

火力发电技术中想要保证其发电清洁高效，则需控制煤炭的全面、清洁燃烧，通常煤炭完全燃烧的工艺主要是使用新型燃烧工艺或是煤炭的转变工艺联合循环技术实现煤炭的清洁燃烧。新型燃烧工艺主要是总体的煤气化与循环技术结合、部分的煤气与循环技术结合、循环流化床燃烧技术与燃气结合、并将蒸汽联产技术及增压流化床与循环技术联合，从而实现煤炭的全面、清洁燃烧。而在其中采用循环流化床发电具有较为突出的效果，由于其流化床燃烧需在800～850℃的低温下进行，因而可适用于脱硫氧化物技术，从而提高了脱硫率，且低温下燃烧也能减少氧化氮物质的排放，提高清洁效果[2]。此外循环流化床中采用燃料与床料配比后燃烧发电，而其采用燃料占比较低，因而其燃料具有较强的适应性，不同的劣质燃料也能在其中燃烧，从而提高了燃烧效率，也能有效的提高煤矿资源的利用率。同时可将燃烧后产生的灰渣作为水泥填料利用，作为建筑材料。随着科技的不断发展，循环流化床单位机器容量逐渐达到300～600MW，而循环流化床中也逐渐改进相关设置，并能逐渐采用型煤作为燃料，且净化煤气。而煤炭的转变工艺联合循环技术则是采用联合循环的方式，其采用梯级递增的形式利用提供热能的利用，不但能够取得较好的热效率，也能取得较好的脱硫效果。而煤炭的转变工艺联合循环技术能够有效的降低燃煤的氧化氮排放量，其排放几乎与天然气相同，具有较高的环保效果。而由于此技术能够将不同类型的煤结合使用，通过各类工艺处理后能够有效的提高其对煤种的适应性，其已成为目前火电厂发电的主要发展趋势。而加压流化床联合循环发电技术也是目前基于流化床工艺形成的清洁煤发电技术，相比于蒸汽循环机发电，其热效率较高，且对自然环境影响较小，而若其与超临界机组合理融合后更能有效的提高系统的运行速率[3]。

4 煤炭转化技术

煤炭转化技术主要是利用化学作用的方式将煤料转化为液态、气态或重新造型固态的燃料，从而提高其燃煤利用率，例如常见的煤气、液化气[4]。煤炭气化主要是通过特定的设备、适宜的温度及相关有机质、气化剂产生相应的化学反应后将固态煤转化为可燃气体，如图1。煤炭气化中可采用集成式煤气化联合循环系统，利用高温气化后通过湿法或干法净化工艺将气化产生的污染物质出去，并通过高压蒸汽驱动蒸汽轮机发电，此方法不但能有效提高发电效率，也能降低CO2排放量，达到清洁高效的目标。可建立相应的加工基地，从而便于大面积的运用处理，而为进一步提高煤气化技术的水平，可采用增压液化床气化炉提高其转化效率。

图1 煤炭气化流程图

煤炭的液化则可采用高压加氢的方法，通过裂解反应将多数杂原子脱除，在适宜温度条件下将固态煤转化为液态燃料，通常褐煤、烟煤的生产中则可采用此类技术。煤炭液化工艺所需条件简单，能够有效降低工艺成本，其液化率较高，有效提高了煤资源的利用率。随着相关人员的不断研究，煤炭转化技术也逐渐提高，且各类燃料增加剂不断开发，其转化技术水平也增加。

5 常规的发电能源技术

随着电力工业的逐渐发展，发电技术逐渐朝着可控核聚变技术及天然气燃料的方向发展。相比于其他形式的能源站，核能能够有效的替代化石能源，核电站建设较为广泛，核电站建设成本较低，不但能提高能源的可再生利用率，也能节省投资成本及建设时间，也能提高环境保护效果。而天然气具有较好的燃烧性能，不但易于燃烧，且具有较高热量，采用天然气燃烧时其排放的污染物远低于煤炭燃烧产生的污染物，通常天然气发电所排放的二氧化碳量只占煤炭燃烧发电排放量的一半，而其氮氧化物排放量只占20%左右[5]。天然气发电站的运行方式较为灵活，相关机组启动较快，具有较高的可用率。而由于天然气发电站无污染，其在用水量、占地面积及生态环境的保护方面远比火力发电厂更优秀，对生产地点无较大限制，通常在电力负荷中心便能构建天然气发电站，便于就近输电[6]。虽然我国现今火力发电仍以煤炭等化石资源作为重要发电技术，而随着人们对发电技术的要求逐渐提高，除需依据煤炭发电研究清洁高效的火力发电技术外，还需积极研究使用天然气能源，提高其能源的高效利用及清洁性。

6 结束语

综上所述，由于煤炭能源燃烧发电仍是火力发电中的主要能源，而燃煤产生的污染较高，因而在火力发电中需针对煤炭的清洁高效发电技术分析。通过洁净煤发电技术降低燃煤排放的污染气体，并尽量提高煤炭的全面、清洁燃烧程度，增强其环保效果，同时大力研究煤炭转化技术，确保火力发电技术今后朝向清洁高效的方向发展。同时随着各类能源逐渐应用于发电技术中，发电技术的低耗节能及环保清洁程度也逐渐提高，发电能源也需朝向多元化的方向发展，尽量采用天然气、核能等发电技术能够取得更好的效果。

[1]焦振兴.清洁高效的火力发电技术分析[J].科技风，2014，19：53.

[2]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.

[3]本报记者霍丽文.发展清洁高效的火力发电技术[N].中国电力报，2012，04.

[4]史建军.火力发电厂绿色经济运营管理研究[D].大连理工大学，2005.

[5]周亮亮.清洁燃煤发电技术全生命周期评价[D].重庆大学，2011.

[6]肖 尧.清洁煤技术推广的经济效应测度—基于中国省区动态面板模型[J].财经科学，2015（08）：29～30.

TM611

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2095-2066（2016）34-0058-02

2016-11-17

李 波（1974-），男，高级工程师，本科，主要从事电力建设及管理方面工作。