再談燃煤電廠可做到清潔燃燒.pdf

1再談燃煤電廠可做到清潔燃燒 黃毅誠 2003 年 1 月 伴隨著經濟的發展和技術進步，人類對礦物能源的需求逐年增加。礦物能源主要是指煤炭、石油和天然氣，這些礦物質的利用，給人類帶來了巨大的物質財富，人類的生活水平有了突破性地提高，但同時也給人類的生活帶來了許多負面影響，在某些方面也威脅著人類的正常生存。 大量使用礦物能源，特別是煤炭對環境的主要影響是 1、產生大量的二氧化碳。二氧化碳是使地球大氣變暖的罪魁禍首，隨著大氣變暖，致使地球南、北極的冰山大量溶化，海平面上升，氣候變化異常，直接影響著人類賴以生存的條 件。 2、產生大量的塵埃，污染空氣。上世紀 60 年代，英國倫敦曾因過量塵埃和大霧的結合，致使空氣重度污染而死亡了許多人，特別是老人。 3、產生大量的 二氧化硫 。礦物能源，不論是煤炭、石油，還是天然氣中都存在著硫，而且各地礦產的含硫量也不相同，有些礦物質中的含硫量很高，如我國貴州和四川南部有些煤礦生產的煤含硫量高達 5％、 6％，伊朗生產的石油含硫量高達 5％左右，四川有些氣田生產的天然氣含硫量也有 3左右。大量燃用高含硫量的礦物能源，會使大氣中 二氧化硫 的含量不斷增加，最終形成酸雨。我 1990 年在德國和捷克交界處，看到 大面積的森林因酸雨的腐蝕而枯萎。 4、產生氧化氮。氧化氮能刺激呼吸器官，引起急性和慢性中毒，影響和危害人體健康。 我國是一個發展中大國，經濟還不發達，人們的生活水平與先進國家相比還有很大差距，還要經過幾十年的努力，才能達到中等發達國家的經濟水平。要發展經濟、要提高人民的生活水平，就需要有必要的能源作保證。以年人均用電量來衡量，若2要成為中等發達國家起碼要占有 5000 千瓦時。經過了多年的努力， 2001 年我國人均用電量達到了 1000多千瓦時，與年人均用電量 5000 千瓦時的目標相比，我國能源工業發展的任務還很艱巨 ，同時也不可避免地碰到能源利用與環境保護如何和諧發展的課題。解決這一課題，就是要在發展經濟、提高人民生活水平、消耗能源不斷增加的同時，對環境的影響降到最小程度，不污染或少污染環境。這個目標在采取一些重大舉措，經過努力后，是有可能實現的。 一、節約能源、提高能效 要把節約能源和提高能源利用效率放到十分重要的位置上節約能源和提高能源利用效率的重要性是巨大的，可以利用相同數量的能源，成倍地增加物質財富，它涉及到所有的企業、機關、學校、醫院、商店等單位，也涉及到每一個家庭和個人。隨著技術進步，節能和提高能效的目標會 不斷調整。國家應采取重要措施，經過多年努力，使我國成為一個節約能源、高效利用能源的社會。 二、大力發展可再生能源 可再生能源對環境不產生任何污染，是我國發展能源的主攻方向。目前，可再生能源主要指水能、風能、太陽能和生物質能，還有地熱、潮汐、波浪能等等。從長遠的發展來看，我國的可再生能源完全可以滿足全國的需要。 1、水電。我國可利用的水能資源為 3.78億千瓦，應加大開發力度，平均每年建成 500 萬千瓦水電，把可利用資源的 70－ 80％開發出來。 2、風電。世界風電發展特別快，年均增加 30％，從技術方面看，已從單機 容量幾百千瓦發展到幾千千瓦。德國計劃在 2004年建成單機容量為 5000 千瓦、總容量為 50 萬千瓦的大型風力田。不少國家都計劃今后 30 年、 50 年使風電量占到總電量的 50％（德國 2050 年、丹麥 2030 年）。 我國風力資源十分豐富，按國家氣象局的資料，我國陸上 50 米高度可利用的風力資源約為 5億千瓦?，F在單機 2000千瓦和 5000千瓦的風電機組已超過 50 米高度。一般情況，近海的風力資源是陸上的 3－ 5 倍，按 3 倍計算，我國近海的風力資源也有 15 億千瓦。應對我國可利用的風能總量進行深入調查，就已知的風力資源而言，也可以滿 足我國幾十年內風電發展的需要。 3我國一年新增的電力裝機容量是世界第一，在 2000 萬千瓦以上，但風電增長一年不足 10 萬千瓦。德國從 1999年到 2002 年，每年平均凈增 150 萬千瓦風電，與之相比我們的差距太大。國家應采取重大措施和政策，促使風電的發展與世界風電發展水平相呼應，和我國電力發展相適應。 （ 1）當前風電不存在重復建設和過剩問題，應把建設風電的審批權下放到各?。ㄊ?、區）。不管國內、國外，企業、個人，只要籌集到項目的資本金（占總投資的20％），就應能從銀行貸到其他部分的投資， 來建設風電。 （ 2）當地電網 企業，應準許所建風電并網運行，風力田內部集電、輸電設施由投資者建設，向外輸電由電網建設。 （ 3）國家在稅收上給予優惠風電設備免征增值稅；發電環節增值稅按小水電標準征收，所得稅減半征收。 （ 4）上網電價一般不超過 0.4 元 /千瓦時。具體價格由當地物價部門、投資建設者和電網企業協商制定。 風電的發展目標，首先要趕上德國，再進一步使風電量能占到總電量的 10％以上。 3、大力發展太陽能。特別在太陽能發電的科研方面，能緊跟世界先進水平。預計再有 10 多年的時間，太陽能發電成本就能和煤電競爭。按 1平方公里可安裝 10萬千瓦 太陽能發電計算，只要利用部分沙漠安裝太陽能發電設備，就可以產生強大的電力。 4、努力發展生物能源。 5、因地制宜發展有地熱、潮汐和波浪等可再生能源。 三、提高核電所占比例 現代技術建設的核電對環境基本上不產生壞的影響。我國發展核電的關鍵是要把核電電價降到低于或不高于煤電的水平。我國已經掌握了單回路 30 萬千瓦反應堆的60 萬千瓦核電機組的制造技術，國家應立足此機組，建設一大批 60 萬千瓦核電機組，如 100 臺或 50 臺，分 10 年或多一點的時間建成。設備采取國內招標，可以由兩家公司中標來生產。若需要更大容量的單機，如 100 萬千瓦，可以再組織試制。4核電站除了由現在的核電公司建設之外，其他發電公司也可以建設。有了批量，再進行招標，就可以大大降低核電的造價。 四、燃煤電廠達到清潔的燃燒 根據我國的資源條件，在幾十年內利用煤炭發電還將占主導地位。一定要采取措施，使燃煤電廠達到清潔的燃燒，使其不污染環境或輕微地有些污染。要解決燃煤發電所產生的污染，國家應采取如下措施 1、硬性規定所有新建燃煤電廠必須安裝高效脫硫設備，脫硫效率要在 99％以上。我參觀過北京一熱的脫硫設備，脫硫后排放的二氧化硫只有 5－ 8 mg/m3。脫硫設備國內完全可 以自己制造，若一時來不及，可以從國外進口一些。北京一熱的第一套脫硫設備從德國引進，總投資是 3 億多元（含利用脫硫產生的廢物生產石膏板的設備），第二套除進口部分部件外基本由國內生產，只花了 1億多元。多年來，一直在討論燃煤電廠安裝脫硫設備的問題，但都因怕投資大而沒有行動。硬性規定全國新建燃煤電廠必須安裝脫硫設備，脫硫設備就會有一定的生產批量，有了批量，價格就會下降，估算其投資不會超過電廠總投資的 5。我國現在電廠設計中可以節約的地方很多，改進電廠設計，就可以節約很大一筆投資，節約下來的投資，就足夠安裝高效脫硫設備 。新建的定洲電廠已經證明，預計安裝了高效脫硫設備后，造價也只有 4000 多元 /千瓦。 2、硬性規定所有新建燃煤電廠必須安裝高效除塵設備，除塵效率要在 99％以上。這一點國家新建的電廠都已做到了，而且國產電除塵設備的質量不比進口的差。一般經過電除塵后，煙氣中的塵埃量約為 50mg/m3。我在北京一熱看到，電除塵后的煙氣，脫硫時經過石灰水的洗滌，又降了一次塵，最后排到大氣的塵埃只有 4－10mg/m3。福建后石電廠也達到了這個水平。 3、硬性規定必須安裝可減少產生氧化氮的燃燒器。后石電廠氧化氮的排放值是85mg/m3， 而國家標準是 650mg/m3。 4、硬性規定所有新建燃煤電廠必須建設封閉式的運煤、儲煤設施。使煤炭和外界環境隔開，不論刮風、下雨都不污染環境。 5、至于二氧化碳，現在的技術還不可能使煤炭在燃燒時不產生二氧化碳，但可5以提高電廠效率，減少發電用煤，從而減少二氧化碳的排放。燃燒天然氣，一般可比燃煤約減少 45的二氧化碳。 歐洲技術先進的國家，已經建成了超超臨界火電廠，其蒸汽壓力約為 300 個大氣壓，溫度約為 600℃，電廠凈效率（供電煤耗）可以達到 48％，比我國現在生產的亞臨界 30 萬、 60 萬千瓦機組效率（ 38）高出 10 個百分點，可以節約 25％的燃料 少產生 25 二氧化碳。在丹麥已投運了 3 臺超超臨界機組，我國不少大專家、院士去考察過，認為技術是成熟的。 歐洲幾大發電設備制造企業已經組織起來，合作進行科技攻關，計劃把發電機組的蒸汽溫度由 600℃提高到 700℃?，F在試驗方案已定，正在進行裝配，據說可在 3－ 5 年內完成試驗。蒸汽溫度提高到 700℃之后，火電廠的凈效率可以達到 55 57，到那時每發 1 千瓦時電只要 220 多克標煤，比我們現在生產的亞臨界機組要少燒 40％多的煤炭，少產生 40多的二氧化碳。技術在不斷地向前發展，美 國能源部正在組織和支持蒸汽溫度進一步提高到 760℃和遠期 800℃以上的研究項目。我國也應把提高火電廠的蒸汽參數作為一個重要的科研課題來攻關。 我國應首先從歐洲購買 4－ 6 套，蒸汽參數為 300 個大氣壓、 600℃，凈效率為48的超超臨界發電機組，可分為幾個電廠來建設，以達到掌握技術、發展自己的超超臨界發電設備制造技術的目的，同時應跟蹤 700℃技術。這對以煤發電為主的我國，是一項重大的技術決策。因為是有關環境保護方面的技術，進口可能不會受到限制。 燃煤電廠采取以上措施后，可以做到其對大氣的污染程度不高于其他任何方 法建設的燃煤電廠，也不會高于燃用天然氣和石油的發電廠，因為它們都不會再安裝高效脫硫和高效除塵設備。 煤炭只有在大型電廠中使用，才有可能達到清潔的利用。我國應制定一項重大的能源政策，把所生產的煤炭，除了作為化工原料外，基本上供發電使用，其他使用煤炭為能源的單位和居民轉為使用電能或天然氣和生物能源。 關于 超超臨界發電機組的效率和造價問題 6我遇到過多位考察過丹麥超超臨界電廠的我國專家，他們認為這個技術是成熟可靠的，但在機組 48％的凈效率問題上，認為與那里的冷卻水溫低有很大關系。我在北京和上海遇到過兩位專家，他們 也懷疑這個 48％的效率，認為超超臨界發電機組的效率應是 43％，因為超臨界機組的效率只有 40，而日本的超超臨界機組的效率是 43％左右。 我認為不相信 48％的效率是沒有根據的。歐洲幾大公司生產的設備，而且已運行了多年，機組的效率都實際測試過，他們不可能撒謊。冷卻水溫低，在效率上確實得到了一些好處。好處到底有多大，我作了些調查 丹麥那里的冷卻水溫最低為 1℃、最高為 21℃、平均為 9℃，在鍋爐效率 94.7％（河北三河電廠的鍋爐效率實測為 94.8）、廠用電率 5.5％的情況下，若平均冷卻水溫為 9℃時，汽輪機背壓為 0.0203 個大氣壓，電廠凈效率為 48.18％；若平均冷卻水溫為 17℃時（浙江秦山地區的平均水溫），汽輪機背壓為 0.0333 個大氣壓，電廠凈效率為 47.56％；若平均冷卻水溫為 21℃時，汽輪機背壓為 0.0423 個大氣壓，電廠凈效率為 47.04。 也就是說，丹麥這臺超超臨界發電機組，若安裝在秦山地區，凈效率相差只有0.62 個百分點，若安裝在廣東大亞灣地區，因為那里海水淺、流動慢，冷卻水溫較高，年平均為 24.5℃，凈效率也只相差不足 1.5 個百分點。我還了解到華能營口電廠的年平均冷卻水溫為 13℃，大港電廠的年平均 冷卻水溫為 20℃。 我國汽輪機熱力計算專家吳立成，經過計算并結合他以前設計機組的經驗，認為在平均冷卻水溫從 9℃升到 21℃，效率降低 1 個百分點是可信的。當然若將此機組安裝在平均冷卻水溫很高的地區，凈效率還要下降。 我們常說的電廠的凈效率（供電煤耗）都是指機組按額定功率運行時的設計效率，而在實際運行中，機組出力要隨著電網負荷的變化而變化，如一臺 60 萬千瓦的機組，有時只需發 30 萬千瓦，此時它的效率就達不到設計效率。為了有可比性，我們都按設計效率來比較機組的效率。因為機組承擔的電網負荷不同，不可能用平均效率來比較。 提高燃煤電廠效率的主要途徑是提高蒸汽的參數（壓力、溫度），同時進一步提高汽輪機、鍋爐、發電機的效率和輔助機械的效率，特別是電廠的系統效率也是十7分重要的。 關于超超臨界機組的造價，我在一次會議上聽到有同志發言，說丹麥發展超超臨界機組是不惜工本這個說法是沒有根據的。丹麥專家在中國作過多次介紹，說超超臨界機組比我國現在生產的相同容量的亞臨界機組，電站建設費用要增加 5％。我經過核算認為這個數字不是做不到，而是過大了一些，其分析結果如下 1、同容量的鍋爐，因為超超臨界采用的是直流鍋爐，沒有了龐大的汽包（亞臨界 60 萬千瓦鍋爐汽包重約 260噸），同時爐頂上沒有汽包，整個鍋爐的鋼架也要小些，從而使鍋爐總重量要輕 1/3。另外由于超超臨界蒸汽參數高，單位公斤蒸汽的熱含量比亞臨界參數蒸汽要高約 1/4，也就是同樣發 60 萬千瓦蒸汽總量要少 1/4，超超臨界機組鍋爐的受熱面積也應減少。亞臨界參數蒸汽的過熱溫度是 540℃，所以超超臨界參數鍋爐在 540℃之前的爐體鋼管材料應和亞臨界鍋爐相同，但蒸汽壓力增加，鍋爐管道的厚度要增加。超超臨界鍋爐蒸汽的過熱溫度為 600℃，從過熱溫度 540℃區段開始到 600℃的區段要增加一段過熱器并要采用更高一 級的合金鋼材。所以說鍋爐及主蒸汽管道的投資在總重量減少 1/3、 540℃以前區段的受熱面減少 1/4、增加一段用更高一級鋼材生產的過熱器的情況下應可以做到基本持平。 2、超超臨界機組汽輪機的低壓和中壓部分，基本和亞臨界機組相同。主汽門和高壓部分，汽缸要相應加厚，材料要用更高一級的耐熱鋼，但由于蒸汽量減少 1/4，后汽缸排汽面積也應減少，現在亞臨界 60 萬千瓦機組的汽輪機是兩個后汽缸，雙向4 組大葉片，至少可以減去 1/4，相應冷凝器也應減去 1/4。這一增一減，汽輪機的造價也相差無幾。 3、發電機不應因蒸汽參數變化而變化 。 4、輔機除了給水泵因壓力增大而需增加投資外，其他運輸、制粉、高低壓加熱器和電除塵器等，都因蒸汽量減少和少燒煤而減小投資。 從上面分析情況可以得知，相同容量的超超臨界和亞臨界機組的電廠建設造價是相差無幾的。而超超臨界機組可以節約 25％燃料，將帶來巨大的經濟效益和社會效益少污染。