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火力发电技术发展

火力发电技术发展

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  增压流化床联合循环技术具有适合新建电站和旧电站改造、占地面积少、可用系数高、灰渣综合利用100%,系统相对简单等优点。我国江苏贾汪电厂将建设两台200MWPFBC-CC示范工程。
2.2.4 整体煤气化联合循环技术(IGCC)
整体煤气化联合循环技术是当今国际上正在兴起的一种先进的洁净煤技术,是目前已进入商业化运行的洁净煤发电技术中发电效率和环保性能最好的技术。发电效率可达45%以上,二氧化硫排放可控制在10毫克/标准立方米左右。
  IGCC的原理是:煤经过气化和净化后,固体燃料已转化成清洁气体燃料,以此驱动燃气轮机发电,再用排出的高温燃气进入锅炉,产生蒸汽带动汽轮机发电,形成燃气与蒸汽联合循环发电。现在,全世界已建、在建和拟建的IGCC电站近30套,最大的为美国的440MW机组,计划或可研中容量为德国900MW和前苏联1000MW机组。目前我国正在山东烟台筹建IGCC电站示范工程,一期建设规模为一台300MW或400MW机组,并留有扩建余地。IGCC电站优点:热效率高,目前已达43%~46%,计划在2010年达到50%;环保性能好,脱硫率98%~99%,NOx及CO2排放减少;燃料适应性强,对高硫煤有独特的适应性;可用于老机组的改造。
2.2.5 直接燃用超净煤粉的燃气———蒸汽联合循环技术(CEN-CC)
  CEN-CC是一种正在开发之中的洁净煤发电方式。现在人们已经掌握相对价廉地制取含灰量仅为0.2%超净煤粉的制备技术,超净煤粉可在燃气轮机中直接燃烧发电,然后再与蒸汽轮机组成“联合循环”发电。资料显示:此技术单机功率已达300MW,供电效率为44%~46%,环保性能好,投资费用低。
2.3 燃烧后净化技术
  燃烧后净化技术是指燃烧后烟气的脱硫技术。目前,一般火电厂,特别是发展中国家火电厂对待烟气排放处理,仅限于除尘,而不注意脱硫,这与环保要求相差甚远。按可持续发展要求,烟气脱硫是一项重要任务。目前,广泛使用及开发研究的脱硫工艺有以下几种。
2.3.1 石灰石(石灰)石膏湿法脱硫工艺
  此法用价廉易得的石灰石(CaCO3)或石灰作脱硫吸收剂,石灰石经破碎研磨成粉状与水混合搅拌成吸收浆液,采用石灰为吸收剂时,石灰粉经消化后制成吸收浆液,此法又称钙法。在吸收塔内,吸收浆液与烟气接触混合,烟气中的SO2与浆液中的石灰石及鼓入的氧化空气进行化学反应,生成石膏被脱除。脱硫后的烟气经除雾器除去带出的细小液滴,经加热器加热升温后排入烟囱。脱硫石膏浆液经脱水装置脱水后回收成副产品石膏,吸收浆液可循环使用。此法是目前世界上应用最广、规模最大的脱硫方式,脱硫效率可达95%以上,吸收剂利用率达90%以上。若副产品石膏得不到利用,又会造成新的污染(即石膏堆积污染),这是此法的不足之处。
2.3.2 炉内喷钙加尾部烟气增湿活化脱硫工艺
  该工艺分两段进行,第一段是炉内喷石灰石粉脱硫,第二段是尾部烟道增设增湿段,以提高脱硫效率。将石灰石粉喷入炉膛850℃~1150℃的温度区内,石灰石受热分解出氧化钙,氧化钙与烟气中的二氧化硫反应生成硫酸钙,从而达到部分脱硫。由于反应在气固两相之间进行,受到传质过程的影响,反应速度较慢,吸收剂利用率低。在尾部增湿活化反应区内,增湿水雾状喷入,与未反应的氧化钙接触生成氢氧化钙,再与烟气中的二氧化硫反应,达到进一步脱硫的效果。该脱硫工艺在芬兰、美国、加拿大、法国等国家得到一定应用,采用这一工艺的最大单机容量已达300MW。我国南京下关电厂已引进这一工艺。

2.3.3 电子束法脱硫工艺
  该工艺由排烟预除尘、烟气冷却、氨的加入、电子束照射和副产品捕集等工序组成。锅炉排出的烟气,经过除尘器的粗滤处理得到预除尘后进入冷却塔,在喷射入的冷却水冷却下,烟气温度降到适合于脱硫脱氮的温度(约70℃)。经过冷却后的烟气流进反应器,在反应器进口处将一定的氨气、压缩空气混合物喷入,经电子束照射后,烟气中的SOx、NOx在自由基作用下与氨进行中和反应生成硫酸铵和硝酸铵的混合粉体,这一副产品为化肥。这些粉状微粒一部分沉淀到反应器底部排出,其余部分被除尘器捕集,净化后烟气经脱硫风机由烟囱排入大气。此工艺仅在日本、美国进行过一些小型工业试验,尚无大型机组的应用业绩。我国成都热电厂一台200MW机组上,中日合作电子束脱硫工艺装置已投运。
2.3.4 NADS氨-肥法
  这是我国学者近期提出的一种新的脱硫方法,它以化肥工业为基础,以氨(NH3)作为脱硫剂,将烟气中的二氧化硫回收,生产出高效农用化肥。此法在25MW机组中型试验已获成功。目前,研究者正进行200MW机组的放大示范研究。NADS氨-肥法在工艺上的重要创新是,不仅可生产硫酸铵,还可生产磷酸铵和硝酸铵,同时联产高浓度(98.3%)硫酸。结合不同条件,生产不同化肥,灵活性较大,因此称为氨-肥法。
  与前述钙法相比,NADS氨-肥法的副产品是作为农业大国的中国所必需的化肥,而不是我国蕴藏量大且质优的石膏,所以NADS技术将对我国的电力工作和煤炭工业、化肥工业和农业生产产生积极、深远的影响。
2.3.5 喷雾干燥法脱硫工艺
  此工艺以石灰为脱硫吸收剂,石灰经消化并加水制成消石灰乳,消石灰乳由泵打入位于吸收塔内的雾化装置。在吸收塔内,被雾化成细小液滴的吸收剂与烟气混合接触,与烟气中的二氧化硫反应生成硫酸钙,从而达到脱硫目的。与此同时,吸收剂带入的水分迅速被蒸发而干燥,烟气温度随之下降。脱硫反应产物及未被利用的吸收剂以干燥的颗粒状物质随烟气带出吸收塔,进入除尘器被收集。脱硫后烟气经除尘器后排放。此法在美国、西欧一些国家有一定应用,最大单机520MW,该法技术成熟、工艺流程较为简单、系统可靠性高。
2.3.6 海水脱硫工艺
  海水脱硫工艺是利用海水碱度达到脱除烟气中的二氧化硫的目的。在脱硫吸收塔内,大量海水喷淋洗涤进入塔内的烟气,烟气中二氧化硫被海水吸收而除去,净化后烟气经除雾器除雾,经烟气加热器加热后排放。吸收二氧化硫的海水与大量未脱硫海水混合后,经曝气池曝气处理,使其中的三氧化硫被氧化成四氧化硫,并使海水的PH值和COD调整达到排放标准后排入大海。
  此工艺一般适用于靠海、扩散条件较好的电厂,继印度TATA电厂在500MW机组上安装两台海水脱硫装置之后,英国、印度尼西亚也相继采用。我国深圳西部电厂一台300MW机组海水脱硫试验示范项目已付实施。
3 燃气-蒸汽联合循环发电技术
  上世纪四十年代出现燃气-蒸汽联合循环试验电厂,自此之后,经过多年的改进,技术已经成熟。其工作原理是:石油(天然气)燃烧生成的高温高压燃气首先推动燃气轮机发电,燃气轮机排出的烟气(温度通常为400℃~600℃)进入余热锅炉作为燃料,余热锅炉产生的蒸汽推动汽轮机发电,形成燃气-蒸汽联合循环发电。随着石油、天然气产量的不断增长,特别是由于天然气储量大大高于石油,此类发电技术日益得到重视。随着洁净煤技术的不断完善,燃气轮机的燃料已不再局限于石油及天然气,前文所述的增压流化床产生的高温高压烟气、整体煤气化得到的气态煤以及超净煤粉均可成为其主要成员,此联合循环发电大有可为。燃气轮机的技术尚有一定发展空间:采用提高压缩空气温度以及多喷嘴的燃烧技术。可以预测,联合循环效率可由目前  的50%提高到60%。
  这一发电方式优点:效率高;投资与发电成本低;可靠性高;灵活性高,启动快,整套机组冷态启动不过3小时,热态只需1小时;占地少,节水。

4 燃煤磁流体发电技术
  磁流体发电原理是:高温导电气体(等离子体)高速切割磁力线产生感应电动势。燃煤磁流体发电是在煤燃烧产生的高温烟气中添加电离种子钾,然后通过磁流体发电机发出直流电,再逆变成交流电;排出的烟气温度仍很高,进入下游余热锅炉,产生蒸汽推动汽轮机发电。
  我国是较早开发此技术的国家之一,该技术1986年列入国家高技术计划,目前已有25MW试验基地。这一发电方式优点:联合循环发电热效率高,可达55%;由于添加的电离种子钾与硫反应生成钾的硫化物,回收种子时起到了自动脱硫的作用;磁流体发电部分无旋转部件,高温设备可通水冷却,机械强度易得到保证;磁流体发电不象汽轮机发电那样需要冷凝排汽的冷却水,因而可节约大量用水。
5 空冷发电技术
  一般汽轮机的排汽进入凝汽器,由循环冷却水对排汽进行冷却,使其凝结成水。这种冷却方式需要大量循环水,一个1000MW大型火电厂每天用水量约500万吨,耗水量约10万吨,相当于一座中等城市的日用水量。在缺水和少水地区,这一水冷方式难以实现。而汽轮机排汽采用冷却这一新技术已得到广泛应用。它有直接空冷与间接空冷两种:所谓直接空冷是汽轮机排汽进入空冷散热器,用空气直接冷却排汽;间接冷却是用空气来冷却循环凝结水,再用冷却后的循环凝结水与排汽直接接触冷凝排汽。我国已能自行制造200MW间接空冷机组,并于1993年在内蒙古丰镇电厂投运4台。配合西部大开发战略,这一技术的优点将更为突出。
6 火电厂计算机控制技术
  火电厂发出的电量时刻都要满足外界用户负荷的需要,其生产过程的变化是十分复杂、迅速和连续不断的,且产、供、销瞬间同时完成。为保证火电厂设备的安全、经济运行,火电厂自动化水平目前已达到相当高的程度。随着高参数、大容量机组的出现以及高新技术的采用,电厂设备更多、系统更复杂,监视、控制项目更多,对自动化要求更高。由于电子计算机技术的迅速发展,火电厂机组的生产过程已实现计算机控制。计算机技术在火电厂应用的研究始于上世纪六十年代初,七十年代由于计算机技术高度发展才取得实际应用。计算机控制技术仍处于不断发展之中,起初,计算机只是起巡回检测、越限报警、自动显示、打印制表等作用。后来,计算机可用于直接数字控制,进而实现局部最优控制,现在已能实现全系统的最优控制。

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