程紀(jì)東（浙江天地環(huán)保工程有限公司，310003）

燃煤電廠煙氣中二氧化碳的減排技術(shù)

程紀(jì)東（浙江天地環(huán)保工程有限公司，310003）

火電廠是全球CO2排放的主要污染源，面對日益嚴(yán)重的污染問題，CO2減排迫在眉睫。本文從提高發(fā)電機組效率來降低CO2排放與CO2直接捕集倆方面研究了CO2減排技術(shù)，最后對其前景進行了分析。

CO2減排；火電廠；CO2捕捉分離

1引言

近年來隨著全球氣候日益變暖，溫室效應(yīng)成為一個研究熱點，IPCC在2014年的第五次評估報告中指出［1］，氣候系統(tǒng)的變暖是毋庸置疑的，從1880～2012年，全球海陸平均溫度升高了0.8且整體呈線性上升趨勢，報告中指出CO2的排放量對21世紀(jì)后的氣候影響巨大，60%左右的氣候變暖是由CO2排放所致。這其中，1/3左右的CO2排放是由電廠特別是燃煤發(fā)電的火電廠所致，預(yù)計在未來的15年內(nèi)，全球50%的CO2排放量增長來自于新建的火電廠。

對于火電廠煙氣中的CO2減排一般可以概括為直接和間接兩種方法。所謂直接法即通過捕獲CO2并封存從而直接從源頭控制CO2排放，代表有CO2捕集分離技術(shù)。所謂間接法即通過工藝創(chuàng)新來提高新的發(fā)電機組效率，進一步減少發(fā)電中能耗來減少CO2的排放。包括超臨界機組的研究，循環(huán)流化床技術(shù)等研究。為此本文主要研究火電廠中CO2的減排，從而為解決溫室效應(yīng)提供一個研究方案。

2二氧化碳減排間接法技術(shù)

2.1超臨界技術(shù)

超臨界的核心是通過提高鍋爐內(nèi)水的蒸汽壓力來提高熱效率，這就意味著與原發(fā)電機組相比，采樣超臨界機組供應(yīng)相同的發(fā)電量所需要的煤越少，相應(yīng)的CO2排放量也越少，結(jié)合低氮燃燒技術(shù)，可減少65%的氮氧化合物及其它有害物質(zhì)的形成，從而在節(jié)能減排上優(yōu)勢明顯，因此超臨界技術(shù)在發(fā)達國家上得以廣泛研究與應(yīng)用。目前美國投入的超臨界機組約有170多臺，前蘇聯(lián)國家超過300MW的機組全部采用超臨界技術(shù)，日本的超臨界機組已占其火電的61%，國內(nèi)發(fā)展超臨界機組的起步容量為600MW，我國大型超臨界機組的研制發(fā)展迅速，在建的超臨界機組已達百臺，而且已經(jīng)開始引入國外先進超超臨界技術(shù)來生產(chǎn)容量為1000MW的機組，隨著新型材料的研究以及超臨界機組成功運行所取得的重要運行和調(diào)試經(jīng)驗，我國的超臨界機組的技術(shù)水平已邁入一個新的臺階。

2.2循環(huán)流化床技術(shù)

自1985年第一臺循環(huán)流化床鍋爐（95.8MW）在德國某電廠投入運營以來，循環(huán)流化床鍋爐燃燒技術(shù)已出完國際上公認(rèn)的商業(yè)化程度最好的潔凈煤技術(shù)［2］。隨著發(fā)電機組的增大，循環(huán)流化床鍋爐大型化便不可避免，截至目前，大容量亞臨界循環(huán)床鍋爐技術(shù)已經(jīng)成熟，300MW的循環(huán)床自然循環(huán)鍋爐已投入運行，我國的循環(huán)床燃煤技術(shù)起步雖晚但發(fā)展較快，在電力企業(yè)中已經(jīng)大量投入使用循環(huán)流化床鍋爐，其在全國火力總裝機容量的比例不斷上升。目前超臨界循環(huán)流化床燃燒技術(shù)成為新一代循環(huán)流化床技術(shù)的研究方向，它既有超臨界蒸汽循環(huán)的高效率也有循環(huán)流化床的低成本污染物控制，隨著電力需求的日益擴大以及環(huán)保問題的日趨凸顯，超臨界循環(huán)流化床在電力行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景。

2.3整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)

整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）屬于潔凈煤技術(shù)的一個方向［3］，它在提高發(fā)電廠熱效率及解決環(huán)保問題方面有著優(yōu)異的表現(xiàn)。具體可以細(xì)化為2部分，首先將燃料即煤進行氣化與凈化，然后凈化后的燃?xì)馀c蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。煤氣化與凈化的核心設(shè)備包括氣化爐，空分裝置，煤氣凈化設(shè)備等。第二部分就是燃?xì)廨啓C發(fā)電系統(tǒng)，余熱鍋爐-蒸汽輪機發(fā)電系統(tǒng)以此共同進行聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。氣化爐的研究主要是通過優(yōu)化一些參數(shù)（碳轉(zhuǎn)化率，冷、熱煤氣轉(zhuǎn)化率等）指標(biāo)來節(jié)省煤耗，空分裝置主要用來提高氣化爐的單爐產(chǎn)氣率。要使IGCC能夠產(chǎn)生清潔能源，解決發(fā)電企業(yè)的重污染問題，必須通過煤氣凈化設(shè)備使氣化爐中的粗煤氣脫去雜質(zhì)。采用現(xiàn)有成熟的工藝技術(shù)，可將有害氣體控制在較低水平，同時可以實現(xiàn)分離85%以上的CO2，有效實現(xiàn)發(fā)電企業(yè)的CO2減排。

基于IGCC發(fā)電技術(shù)的特點，可以看出未來煤炭能源系統(tǒng)的利用與環(huán)保和IGCC的關(guān)系將十分緊密，對于能源以煤炭為主且環(huán)境污染日益嚴(yán)峻的我國，IGCC有著巨大的應(yīng)用前景，市場潛力巨大，對于IGCC的研究與推廣應(yīng)用具有重要的戰(zhàn)略意義，由于其特殊的“先治理后發(fā)電”的特點，理論上可以實現(xiàn)污染物的零排放，這也是最具有前途的一種未來發(fā)電方式之一。

2.4熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)

熱電聯(lián)產(chǎn)是同時向用戶提供電能和熱能的一種生產(chǎn)方式。發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)要比熱電分產(chǎn)節(jié)能。大型火力發(fā)電廠理論熱效率是41%，實際運行只有36～39%左右，而熱電聯(lián)產(chǎn)項目的熱效率要求大于45%，實際運行時達60%左右，工業(yè)鍋爐平均運行熱效率僅50%左右，而熱電聯(lián)產(chǎn)的鍋爐運行熱效率一般90%，可以看出熱電聯(lián)產(chǎn)熱效率遠(yuǎn)高于熱電分產(chǎn)且可以大量節(jié)約燃料，這就有效的減少了CO2的排放，緩解了空氣污染問題，實現(xiàn)了環(huán)保功能。

3 CO2捕集分離技術(shù)

隨著全球變暖的無可爭辯的事實，減少CO2排放量是世界各國的共識，CO2捕集技術(shù)（CCS）已成為世界范圍的研究熱點。

CCS技術(shù)包括燃燒前CCS技術(shù)、燃燒中CCS技術(shù)、燃燒后CCS技術(shù)。其中燃燒前CCS技術(shù)是IGCC+CSS技術(shù)，試用于新建電廠及燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)電廠改造，被國際上公認(rèn)為最清潔高效的燃煤技術(shù)，獲得了廣泛的研究。諸如美國的“FutureGen”計劃，日本的“EAGLE”計劃，歐盟的“HypoGen”計劃以及我國的“綠色煤電”計劃都是基于IGCC技術(shù)為核心。燃燒中的CCS技術(shù)為O2/CO2富氧燃燒技術(shù)，用O2和部分循環(huán)煙氣代替?zhèn)鹘y(tǒng)空氣進行燃燒，被認(rèn)為是目前最簡單可靠的鍋爐機組綜合污染物控制技術(shù)，在CO2減排上具有獨特優(yōu)勢，特別適合于現(xiàn)有的常規(guī)鍋爐改造及新建火力發(fā)電機組鍋爐。世界上首臺采用O2/CO2富氧燃燒技術(shù)的示范電廠于2008年投入運行。燃燒后CCS技術(shù)為在燃燒后的煙氣中分離CO2，其中化學(xué)分離法技術(shù)比較成熟，是現(xiàn)有主要的燃燒后捕捉與分離CO2的方法。

4二氧化碳減排技術(shù)的發(fā)展前景

利用諸如超臨界發(fā)電機組，循環(huán)流化床等技術(shù)等可以提高火電廠的發(fā)電效率，降低煤耗，是我國降低二氧化碳排放的有效措施，具有巨大潛力與市場。此外，控制溫室氣體排放是我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，能源的消耗也在持續(xù)增加，而且我國目前能源轉(zhuǎn)化率低下，這些因素使得二氧化碳減排技術(shù)的研究具有廣泛的應(yīng)用背景，也成為國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點。政策上的扶持，加上不斷優(yōu)化的研究，輔以全球變暖的嚴(yán)重性，市場化與商業(yè)化將會進一步加快，二氧化碳減排技術(shù)的發(fā)展前途廣為看好。

5結(jié)語

火電廠是全球CO2排放的主要污染源，面對日益嚴(yán)重的污染問題，CO2減排迫在眉睫。本文從提高發(fā)電機組效率來降低CO2排放與CO2直接捕集兩方面研究了CO2減排技術(shù)。然而，CO2減排技術(shù)仍有許多問題噬待深入研究，從而找出可行的實施方案來降低大氣污染，造福人類。

［1］黃 斌，劉練波，許世森.豐鎮(zhèn)平燃煤電站CO2捕集與處理技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.電力設(shè)備，2008（5）.

［2］王曉亮，吳家樺.趙慶燃煤電站CO2捕集技術(shù)研究現(xiàn)狀及前景展望［J］.東方電氣評論，2011（2）.

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