再谈燃煤电厂可做到清洁燃烧.pdf
QI I 4 稿 伴 随着 经 济 的 发展 和 技 术进 步 , 人类 对矿物 能源 的需 求逐年 增加。 矿物 能源主要是 指煤 炭 、 石 油和 天 然 气 , 这 些 矿物质 的利用 , 给人 类带来 了 巨大 的物质财 富, 人 类 的生活 水平有 了突破 性 的提 高 , 但 同 时也 给人 类 的生 活 带 来 了许 多负面影 响 , 在 某些 方面也 威 胁着人 类 的正 常生存 。 大量使用 矿物 能源 , 特 别 是煤炭 对环境 的主要影 响是 1 、 产 生大 量的二氧 化碳 。 口黄毅诚 二氧 化 碳是 使 地 球 大 气 变 暖 的 罪 魁 祸 首 ,随 着 大 气 变 暖 , 致使地 球 南 、 北极 的冰 山大量 溶 化 , 海 平 面 上 升 , 气 候 变 化 异 常 , 直接 影响着 人类赖 以生 存 的条件 。 2 、 产 生 大 量 的 尘 埃 , 污 染 空气。 上 世纪 6 0年代 , 英国伦 敦 曾因过 量 尘埃 和 大 雾 的结 合 , 致使 空气重度 污染 而死亡 了许 多人 , 特 别 是 老 人 。 3 、 产 生 大 量 的 二 氧 化 硫 。 矿 物能源 , 不论是 煤炭 、 石油 , i■ 缱馁 惭玉 E N E R G Y P O L IC Y R E S E A R C H 2 O 0 3 . 1 还是天 然气 中都存在 着硫 , 而 且各 地 矿 产 的含 硫 量 也 不 相 同, 有 些矿物质 中的含 硫量很 高 , 如 我国贵 州和 四川 南部有 些煤 矿 生产 的煤含 硫 量 高达 5 %、 6 %, 伊 朗生产 的石油含硫 量高达 5 %左 右 ,四川 有些 气 田生产 的天 然 气含 硫 量 也有 3 %左右 。大 量燃 用 高含 硫量 的矿 物能源 , 会 使大 气 中二氧 化硫 的含量 不断增加 , 最终 形 成酸 雨 。我 1 9 9 0年 在德 国和 捷克 交界处 , 看 到大 面积 的森 维普资讯 林 因酸 雨的腐蚀 而枯 萎。 4 、 产 生氧化 氮。 氧化氮 能 刺 激 呼 吸 器 官 , 引 起 急 性 和 慢 性 中 毒 , 影 响 和 危 害 人 体 健 康 。 我 国是 一 个 发 展 中 大 国 , 经 济 还 不 发 达 , 人 们 的 生 活 水 平 与 先 进 国 家 相 比 还 有 很 大 差 距 , 还 要 经 过 几 十 年 的 努 力 , 才 能达 到 中 等发 达 国 家 的 经 济 水 平 。 要 发 展 经 济 、 要 提 高 人 民 的 生 活 水 平 , 就 需 要 有 必 要 的 能 源 作 保 证 。 以 年 人 均 用 电 量 来 衡 量 , 若 要 成 为 中 等 发 达 国 家 起 码 要 占有 5 0 0 0千 瓦 时 。 经 过 了 多 年 的 努 力 , 2 0 0 1年 我 国 人 均 用 电 量 达 到 了 1 0 0 0多 千 瓦 时 , 与 年 人 均 用 电量 5 0 0 0千 瓦 时 的 目标 相 比 , 我 国能 源 工 业 发 展 的任 务 还 很艰 巨, 同时也 不可避 免地 碰 到 能 源 利 用 与 环 境 保 护 如 何 和 谐 发 展 的课 题 。 解 决 这 一 课 题 ,就 是要在发 展经 济 、 提 高 人 民 生 活 水 平 、 消 耗 能 源 不 断 增 加 的 同 时 , 对 环 境 的 影 响 降到最小 程度 , 不 污染或少 污 染环境 。 这个 目标 在采取 一些 重 大 举措 , 经过 努 力 后 , 是 有 可 能 实 现 的。 一 、节约 能源 、 提高 能效 要 把 节 约 能 源 和 提 高 能 源 利 用 效 率 放 到 十 分 重 要 的 位 置 上 。 节 约 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 数 量 的 能 源 , 成 倍地 增加 物质财 富, 它涉及 到 所 有 的企 业 、机 关 、 学 校 、 医 院 、 商 店 等 单 位 , 也 涉 及 到 每 一 个 家 庭 和 个 人 。 随 着 技 术 进 步 , 节 能 和 提 高 能 效 的 目标 会 不 断 调 整 。国家 应 采取 重 要 措 施 , 经 过 多年 努 力 , 使 我 国成 为 一 个 节 约 能 源 、 高 效 利 用 能 源 的 社 会 。 二 、 大 力 发 展 可 再 生 能 源 可 再 生 能 源 对 环 境 不 产 生任 何 污 染 , 是 我 国 发 展 能 源 的 主 攻 方 向。 目前 , 可 再 生 能 源 主 要 指 水 能 、 风 能 、 太 阳 能 和 生 物 质 能 , 还 有 地 热 、 潮 汐 、 波 浪 能 等 等 。 从 长 远 的 发 展 来 看 , 我 国 的 可 再 生 能 源 完 全 可 以满 足 全 国的 需 要 。 1 、 水 电 。 我 国可 利 用 的水 能 资 源 为 3 . 7 8亿 千 瓦 。 应 加 大 开 发 力 度 , 平 均 每 年 建 成 5 0 0万 千 瓦水 电 , 把 可 利用 资 源 的 7 0 8 0 %开发 出来 。 2 、 风 电 。 世 界 风 电 发 展 特 别 快 , 年 均 增 加 3 0 % , 从 技 术 方 面 看 , 已从 单机 容 量 几 百 千 瓦 发 展 到 几 千 千 瓦 。 德 国计 划 在 2 0 0 4年 建 成 单 机 容 量 为 5 0 0 0千 瓦 、 总 容 量 为 5 0万 千 瓦 的 大 型 风 力 田 。 不少 国 家 都 计 划 今 后 3 0年 、 5 0年 使 风 电 量 占 到 总 电 量 的 5 0 % 德 国 2 0 5 0年 、 丹 麦 2 0 3 0年 。 我 国风 力资源 十分丰 富, 按 国 家 气 象 局 的 资 料 , 我 国 陆 上 5 0米高 度可 利用 的风 力资 源 约 为 5亿 千 瓦。 现 在 单 机 2 0 0 0千 瓦 和 5 0 0 0千 瓦 的风 电 机 组 已超 过 5 0米 高 度 。 一 般 情 况 , 近 海 的 风 力 资 源 是 陆 上 的 3 5倍 , 按 3倍 计 算 , 我 国 近 海 的风 力 资源也 有 1 5亿千 瓦 。 应 对 我 国可 利 用 的 风 能 总 量 进 行 深 入 调 查 , 就 已知 的风 力 资 源 而 言 , 也 可 以 满 足 我 国 几 十 年 内风 电发 展 的 需要 。 我 国 一 年 新 增 的 电 力 装 机 容 量 是 世 界 第 一 , 在 2 0 0 0 万 千 瓦 以上 , 但 风 电 增 长 一 年 不 足 1 0万 千 瓦 。 德 国从 1 9 9 9 年 到 2 0 0 2年 , 每 年 平 均 净 增 1 5 0万 千 瓦 风 电 , 与 之 相 比 我 们 的 差 距 太 大 。国家 应 采 取 重 大措 施 和 政 策 , 促 使 风 电 的 发 展 与 世 界风 电发 展 水 平 相 呼 应 , 和 我 国电力发 展相适 应。 1 当前 风 电 不 存 在 重 复 建 设 和 过 剩 问题 , 应 把 建 设 风 电的审批权 下放 到各省 市 、 区 。 不管 国内、 国外 , 企业 、 个 人 , 只 要 筹 集 到 项 目 的 资 本 金 占总 投 资 的 2 0 % , 就 应 能 从 银 行 贷 到 其 他 部 分 的投 资 , 来 建 设 风 电 。 2 当 地 电 网 企 业 , 应 准 许 所 建 风 电 并 网运 行 , 风 力 田 内部 集 电 、 输 电设施 由投 资者 建设 , 向外输 电 由电网建设 。 3 国家在税 收上给 予优 惠 风 电设备 免征 增值 税 ; 发 电 环 节 增 值 税 按 小 水 电 标 准 征 收, 所得 税减半征 收。 ENERG Y P O L IC Y R E S E A R C H 2 0 0 3 .1 秘缛蜥 维普资讯 4 上 网 电价 一 般 不 超 过 0 . 4元/ 千 瓦 时 。 具 体 价 格 由 当 地 物价部 门 、 投 资建设者 和 电 网 企 业 协 商 制 定 。 风 电 的 发 展 目标 , 首 先 要 赶上德 国, 再进 一 步使 风 电量 占到 总 电 量 的 1 0 %以上 。 3 、 大力发展 太 阳能 。 特 别 在太 阳能发 电的科 研方 面 , 能 紧 跟 世 界 先 进 水 平 。 预 计 再 有 1 0多年 的 时 间 ,太 阳能 发 电 成本就 能和煤 电竞争。 按 1平 方 公 里 可 安 装 1 0万 千 瓦 太 阳 能 发 电 计 算 , 只 要 利 用 部 分 沙 漠安 装太 阳能发 电设 备 , 就 可 以产 生 强 大 的 电 力 。 4 、 努 力发 展 生 物 能 源 。 5 、 因地 制 宜发展 有地 热 、 潮 汐和波浪等 可再生能 源。 三 、 提 高 核 电 所 占 比例 现 代 技 术 建 设 的 核 电 对 环境基 本上 不产 生坏的影 响。 我 国发展 核 电 的关 键 是 要 把 核 电电价 降到 低 于 或 不 高 于 煤 电 的 水 平 。 我 国 已经 掌握 了 单 回 路 3 0 万 千 瓦 反 应 堆 的 6 0万 千 瓦核 电机 组 的 制造 技 术 , 国家 应 立足 此 机 组 , 建 设 一 大 批 6 0万 千 瓦核 电机 组 , 如 1 0 0台 或 5 0台 , 分 1 0年 或 多一点 的时间建成。 设备 采取 国 内招 标 , 可 以 由 两 家 公 司 中 标 来 生产 。 若 需 要 更 大 容 量 的 单机 , 如 1 0 0万 千 瓦 , 可 以再 组织试制 。 核 电站 除 了由现在 的核 电公 司 建 设 之 外 , 其 他 发 电公 司 也 可 以 建 设 。 有 了 批 量 , 再 进 行 招 标 , 就 可 以 大 大 降低 核 电 的 造 价 。 四 、燃煤 电厂 达 到 清 洁燃 烧 根据 我 国的资源条 件 , 在 几 十年 内利 用 煤 炭 发 电还 将 占主 导 地 位 。 一 定 要 采 取 措 施 , 使 燃 煤 电 厂 达 到 清 洁 的燃 烧 , 使 其不污 染环境 或轻微 地 有 些污染 。 要 解决燃煤 发电所 产 生 的污 染 , 国 家 应 采 取 如 下 措 施 1 、硬性规 定所 有新 建燃 煤 电厂 必 须安 装 高效 脱 硫 设 备 ,脱硫 效率要 在 9 9 %以上 。 我 参 观 过 北 京 一 热 的 脱 硫 设 备 , 脱硫 后排放 的二氧 化硫 只 有 5 8 mg / m 。 脱 硫 设 备 国 内 完 全 可 以 自 己制 造 , 若 一 时 来 不 及 , 可 以 从 国 外 进 口 一 些 。 北 京 一 热 的 第 一套 脱 硫 设 备 从 德 国 引 进 , 总 投 资 是 3亿 多 元 含 利 用 脱 硫 产 生 的废 物 生产石 膏板 的设 备 ,第 二套 除进 口部 分 部 件 外基 本 由 国 内生产 , 只花 了 1亿 多元 。 多 年来 , 一直在讨论 燃煤 电厂 安 装 脱 硫 设 备 的 问题 , 但 都 因 怕 投资 大而没有行 动。 硬 性规定 全 国 新 建 燃 煤 电 厂 必 须 安 装 脱 硫 设 备 , 脱 硫 设 备 就 会 有 一 定 的 生 产 批 量 ,有 了批 量 , 价 格 就 会 下 降 , 估 算 其 投 资 不 会 超过 电厂 总投 资的 5 %。我 国 现 在 电 厂设 计 中可 以节 约 的 篮 秘纭 £ E N E R G Y P O L IC Y R E S E A R C H 2 0 0 3 . 1 地 方 很 多 , 改进 电厂 设 计 , 就 可 以节 约很大 一笔投 资 , 节 约 下来 的投资 , 就足 够安 装高效 脱 硫 设 备 。 新 建 的定 洲 电厂 已 经 证 明 , 预 计 安 装 了 高 效 脱 硫 设 备后 ,造 价 也 只有 4 0 0 0多 元/千 瓦 。 2 、硬 性规 定所有 新 建燃 煤 电厂 必 须安 装 高效 除 尘设 备 ,除尘效 率要 在 9 9 %以上 。 这 一 点 国 家 新 建 的 电 厂 都 已 做到 了, 而且 国产 电除尘设 备 的质 量不 比进 口的差 。 一般经 过 电除 尘后 , 烟气 中的尘埃 量 约为 5 0 mg / m 。 我在北 京一热 看 到 , 电除 尘 后 的烟 气 , 脱 硫 时经过 石灰水 的洗涤 , 又 降 了 一 次 尘 , 最 后 排 到 大 气 的 尘 埃 只 有 4 一l O mg / m 。 福 建 后 石 电厂 也 达 到 了这 个 水 平 。 3 、 硬 性 规 定 必 须 安 装 可 减 少产 生氧化 氮的燃烧 器。 后 石 电 厂 氧 化 氮 的 排 放 值 是 8 5 mg / m , 而 国 家 标 准 是 65 0m g /m O 4 、硬 性规 定所有 新建燃 煤 电厂 必须 建 设 封 闭 式 的运 煤 、 储 煤设施 。使煤 炭和 外界 环 境 隔开 , 不论 刮风 、 下 雨都 不污染环境 。 5 、 至于二氧化碳 , 现在 的 技 术 还 不 可 能 使 煤 炭 在 燃 烧 时不产 生二 氧化碳 , 但 可 以提 高电厂效 率 ,减 少发 电用煤 , 从 而减 少二氧化碳 的排放 。 燃 烧 天 然 气 , 一 般 可 比燃 煤 约 减 维普资讯 少 4 5 %的二氧化碳 。 欧 洲 技 术 先 进 的 国 家 , 已 经 建 成 了超 超 临 界 火 电 厂 , 其 蒸 汽压 力约 为 3 0 0个 大气压 , 温度约为 6 0 0 o C, 电厂净 效率 供 电煤 耗 可 以达 到 4 8 % , 比 我 国 现 在 生 产 的 亚 临 界 3 0 万 、 6 0万 千瓦机 组效 率 3 8 % 高 出 1 0个 百分 点 ,可 以节 约 2 5 % 的 燃 料 少 产 生 2 5 % 二氧化碳 。在丹 麦 已投运 了 3 台超超 临界机 组 , 我 国不少 大 专 家 、 院 士 去考 察 过 , 认 为 技 术 是 成 熟 的 。 欧 洲 几 大 发 电 设 备 制 造 企 业 已经 组 织 起 来 , 合 作 进 行 科技 攻关 , 计 划把发 电机 组 的 蒸 汽 温 度 由 6 0 0 2提 高 到 7 0 0 o C。现在试验 方案 已定 , 正 在 进 行 装 配 ,据 说 可 在 3 5 年 内完 成 试 验 。蒸 汽 温 度 提 高 到 7 0 0 2 之 后,火 电厂 的净 效 率 可 以达 到 5 5 5 7 %, 到 那 时 每 发 1千 瓦 时 电只 要 2 2 0 多 克标煤 , 比我们现 在 生产 的亚 临 界 机 组 要 少 烧 4 0 %多 的 煤 炭 ,少 产 生 4 0 %多 的 二 氧 化 碳 。 我 国 应 首 先 从 欧 洲 购 买 4 6套超超 临界 发 电机组 , 可 分 为 几 个 电厂 来 建 设 , 以达 到 掌握技 术 、 发展 自己的超超 临 界发 电设 备制造 技 术的 目的 , 同 时应 跟 踪 7 0 0 2 技 术 。 这 对 以煤发 电为主 的我 国 , 是 一项 重 大 的 技 术 决 策 。因为 是 有 关 环 境 保 护 方 面 的 技 术 , 进 口可 能 不 会 受 到 限 制 。 燃 煤 电 厂 采 取 以 上 措 施 后 , 可 以做 到其 对 大气 的污染 程 度 不 高 于 其 他 任 何 方 法 建 设 的燃煤 电厂 , 也 不会 高于燃 用 天 然 气和 石 油 的 发 电厂 , 因 为 它们 都 不 会 再 安 装 高 效 脱 硫 和 高 效 除 尘 设 备 。 煤 炭 只 有 在 大 型 电厂 中 使 用 , 才 有 可 能 达 到 清 洁 的 利 用 。我 国应 制 定 一 项 重 大 的 能 源 政 策 ,把 所 生 产 的煤 炭 , 除 了作 为化 工原料 外 , 基本 上供 发 电 使 用 , 其 他 使 用 煤 炭 为 能 源 的 单 位 和 居 民 转 为 使 用 电 能或 天 然 气和 生 物 能源 。 关 于 超 超 临 界 发 电机 组 的 效 率 和 造 价 问题 我 遇 到 过 多 位 考 察 过 丹 麦超超 临界 电厂 的我 国专 家 , 他 们 认 为 这 个 技 术 是 成 熟 可 靠 的, 但在机 组 4 8 %的净 效率 问题 上 , 认 为 与 那 里 的 冷 却 水 温低有很 大关 系。 我在 北京和 上 海 遇 到 过 两 位 专 家 , 他 们 也 怀 疑 这 个 4 8 %的 效 率 , 认 为 超 超 临 界 发 电机 组 的效 率 应 是 4 3 %,因为超临界机 组的效 率 只有 4 0 %, 而 日本 的超 超 临界 机组 的效率是 4 3 %左右 。 我 认 为 不 相 信 4 8 % 的 效 率 是 没 有 根 据 的 。欧 洲 几 大 公 司 生产 的 设 备 , 而且 已运 行 了 多年 , 机 组 的效率都 实 际测试 过 , 他 们 不 可 能 撒 谎 。 冷 却 水 温低 , 在 效率 上确 实得 到 了一 些 好 处 。 好 处 到 底 有 多 大 , 我 作 了 些调 查 丹 麦 那 里 的 冷 却 水 温 最 低 为 1 o C、 最 高 为 2 1 ℃ 、 平 均 为 9 ℃ , 在 锅 炉 效 率 9 4 . 7 % 河 北 三 河 电 厂 的 锅 炉 效 率 实 测 为 9 4 . 8 % 、 厂 用 电 率 5 . 5 %的 情 况 下 ,若 平 均 冷 却 水 温 为 9 C时,汽 轮机 背压 为 0 . 0 2 0 3 个 大 气 压 , 电 厂 净 效 率 为 4 8 . 1 8 % ; 若 平 均 冷 却 水 温 为 1 7 ℃ 时 浙 江 秦 山 地 区 的 平 均 水 温 ,汽轮 机 背压 为 0 . 0 3 3 3 个 大 气 压 , 电 厂 净 效 率 为 4 7 . 5 6 %;若 平 均 冷 却 水 温 为 2 1 ℃ 时 , 汽轮 机 背压 为 0 . 0 4 2 3 个 大 气 压 , 电 厂 净 效 率 为 4 7. 0 4% 。 也 就是说 , 丹 麦这 台超超 临界发 电机 组 , 若 安装 在秦 山 地 区 , 净 效 率 相 差 只 有 0 . 6 2 个 百分点 , 若 安 装在广 东大 亚 湾 地 区 , 因 为 那 里 海 水 浅 、 流 动 慢 , 冷 却 水 温较 高 , 年平 均 为 2 4 . 5 C, 净效 率也 只相差 不 足 1 . 5个 百分 点 。我 还 了解 到 华 能 营 口 电 厂 的 年 平 均 冷 却 水 温为 1 3 9 2 , 大港 电厂 的年平 均冷却 水温为 2 0 C。 我 国汽 轮机 热 力 计 算 专 家 吴立成 , 经过计 算 并结合 他 以前设 计机 组 的经验 , 认为 在 平 均 冷 却 水 温 从 9 C升 到 2 1 ℃ , 效 率 降低 1个 百 分 点 是 可信 的。当然若将 此机组 安装 E N E R G Y P O L IC Y R E S E A R C H 2 O O 3 .1 耱 跏毛 _丁 ⋯一 一 维普资讯 在 平均冷 却水 温很高 的地 区, 净 效 率 还 要下 降。 提 高 燃 煤 电厂 效 率 的 主要 途径是提高蒸汽的参数 压力 、 温 度 , 同 时 进 一 步 提 高 汽 轮 机 、 锅炉 、 发电机 的效率和辅助 机 械 的效 率 ,特 别 是 电厂 的系 统 效 率也 是 十分 重 要 的。 关 于 超超 临界 机 组 的造 价 ,我在一次会议上 听到有 同 志发言,说丹麦发展超超 临界 机 组 是 不惜 工 本 这 个 说 法是 没有根据 的。丹麦专家在 中国 作 过 多 次介 绍 ,说 超 超 临 界机 组比我国现在 生产的相 同容量 的亚临界机 组,电站建设费用 曩ll 要增加 5 %。我经过核算认为这 个 数 字 不 是做 不到 ,而 是 过 大 了一 些 , 其 分 析 结 果 如 下 1 、 同 容 量 的 锅 炉 , 因 为 超 超 临 界 采 用 的是 直 流 锅 炉 , 没 有 了庞 大 的 汽 包 亚 临 界 6 0 万 千 瓦 锅 炉 汽 包 重 约 2 6 0 吨 , 同 时 炉 顶 上 没 有 汽 包 , 整 个锅 炉 的钢 架也要 小些 , 从 而 使 锅 炉 总 重 量 要 轻 1 / 3 。另 外 由于超超 临界蒸汽 参数 高 , 单 位 公 斤 蒸 汽 的 热 含 量 比 亚 临 界 参 数蒸 汽要 高 约 1 / 4 , 也 就 是 同样 发 6 0万千 瓦蒸汽 总量 要少 1 / 4 , 超超 临界 机 组锅 炉 的 受 热 面 积 也 应 减 少 , 但 蒸 汽 僻 E N E R G Y P O L I C Y R E S E A R C H 2 0 0 3 . 1 压 力 增 加 , 过 热器 加 长 , 热度 提高 , 锅 炉管道 的厚度要增加。 亚 临界 参 数 蒸 汽 的 过 热 温度 是 5 4 0 ℃ ,在过热温度 5 4 0 ℃的 区 段 要 采 用 更 高 一 级 的 合 金 钢 材 , 所 以说 锅 炉 及 主 蒸 汽 管 道 的投 资应可 以做到基本持 平。 2、超超 临界机 组汽 轮机 的低压和 中压部 分 , 基本 和亚 临界机 组相 同。主汽 门和高压 部 分 , 汽 缸 要 相 应 加 厚 , 材 料 要用 更高 一级的耐 热钢 , 但 由 于 蒸 汽 量 减 少 1 / 4 , 后 汽 缸 排 汽 面积也应减 少 , 现 在亚 临界 6 0万 千 瓦机 组 的汽 轮机 是 两 个后 汽缸 ,双 向 4组大 叶片 , 至少可 以减 去 1 / 4 , 相 应冷 凝 器 也 应 减 去 1 / 4 。 这 一 增 一 减 , 汽 轮 机 的 造 价 也 相 差 无 几 。 3 、发 电机不 应 因蒸 汽参 数 变 化 而 变 化 。 4、辅机 除 了给水泵 因压 力增大 而需增 加投资 外 , 其他 运 输 、 制粉 、 高低 压加 热器等 , 都 因蒸 汽 量减 少和 少 烧 煤 而 减 小投资 。 从 上 面 分 析 情 况 可 以 得 知 , 相 同容 量 的 超 超 临 界 和 亚 临界 机 组 的 电厂建 设 造价 是 相 差 无 几 的 。 而 超 超 临 界 机 组 可 以节约 2 5 %燃 料 , 将 带来 巨 大 的 经 济 效 益 和 社 会 效 益 少 污 染 。 ■ 作 者 系 中 国 能源 研 究 会 名誉 理 事 长 、 原 能 源部 部 长 维普资讯