林宗虎

（西安交通大學(xué)，西安710049）

節(jié)能減排是燃煤電站鍋爐發(fā)展的必由之路

林宗虎

（西安交通大學(xué)，西安710049）

林宗虎浙江湖州人，中國工程院院士，熱能工程專家。現(xiàn)為西安交通大學(xué)熱能工程系教授。他創(chuàng)建的兩相流孔板流量計算式被國際上評為最佳式，稱“林氏公式”；首創(chuàng)了發(fā)生兩相渦街的統(tǒng)一判別式。在傳熱學(xué)方面，創(chuàng)建了國際上第一個脈動流動時的沸騰傳熱計算式。

氣候變暖和溫室氣體CO2等的必須減排是當(dāng)前各國面對的全球性戰(zhàn)略問題。我國已向世界莊嚴(yán)承諾到2020年中國單位GDP的CO2排量要比2005年減少40%～45%。2015年4月25日中國發(fā)表的《中共中央國務(wù)院關(guān)于加速推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的意見》再次將這一減排任務(wù)列為主要目標(biāo)之一。因此，這一減排指標(biāo)是一定要達(dá)到的。近年來我國由煙塵等引起的霧霾污染日趨嚴(yán)重，這也是我國必須重點解決的環(huán)保問題。

我國一次能源以煤為主，2014年底煤炭耗量占一次能源總耗量的60%以上。即使到2030年我國非化石能源所占一次能源總量的比例也不會超過20%。因此我國以煤為主的能源結(jié)構(gòu)在較長時期內(nèi)仍難以改變。燃煤電站鍋爐耗煤量約占煤炭總耗量的一半。我國發(fā)電機(jī)組主要為煤電機(jī)組，2014年底煤電機(jī)組約占發(fā)電機(jī)組的62%。2013年我國的CO2、SO2、NOx和煙塵排放量均居世界第一。其中，由煤電鍋爐排出的相應(yīng)占到總量的50%、38%、43%和17%。因此隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，燃煤電站鍋爐要繼續(xù)發(fā)展就必須首先解決排煙造成的環(huán)境污染問題。解決的途徑有三：首先是提高鍋爐和發(fā)電循環(huán)的效率以減少燃煤量和排煙量；其次為凈化排出的煙氣；最后為發(fā)展煤的洗選工程，使進(jìn)入鍋爐的燃煤為潔凈煤以減少燃煤產(chǎn)生的煙氣中的污染物。

提高鍋爐和電站發(fā)電效率亦即要降低電站的供電煤耗。這方面的主要措施和技術(shù)有以下幾種：1）采用超臨界和超超臨界煤電機(jī)組。一般煤電機(jī)組發(fā)電效率約40%，超臨界機(jī)組為42%，超超臨界機(jī)組可達(dá)45%～50%。全球超臨界及以上的機(jī)組有600多臺，我國已有150多臺。2）采用整體燃?xì)饣娜細(xì)廨啓C(jī)—蒸汽輪機(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組，其發(fā)電效率也可達(dá)45%～50%。此類設(shè)備全球約有30臺，我國有1臺華能天津250 MW示范機(jī)組，已長周期穩(wěn)定運行。 3）發(fā)展煤炭多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，煤在氣化和凈化后可用于生產(chǎn)電、油、氨肥和其他化工產(chǎn)品，可提高10%～20%的煤炭利用率。4）由國家實行“上大關(guān)小”的強(qiáng)制性退出機(jī)制，我國自實施關(guān)停10萬kW效率不高的中小型機(jī)組，發(fā)展超臨界壓力高效大型機(jī)組后，全國平均發(fā)電煤耗已自2005年370 g/（kW·h）下降到2014年319 g/（kW·h）。亦即要比當(dāng)前國際先進(jìn)水平煤耗更低。

凈化鍋爐排煙的措施如下：1）在上述國家行動計劃中明確規(guī)定燃煤發(fā)電機(jī)組的大氣污染物排放濃度應(yīng)向燃?xì)廨啓C(jī)電廠看齊。新建燃煤發(fā)電機(jī)組排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)排放極限值，即煙塵、SO2、NOx的排放濃度不高于10、35、50 mg/Nm3?，F(xiàn)役機(jī)組經(jīng)5年改造后達(dá)到這個超低排放標(biāo)準(zhǔn)。2）國家能源局確定一批現(xiàn)役燃煤機(jī)組超低排放環(huán)保示范項目，在2015年驗收的示范項目中，采用石灰石—石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)和采用低氮燃燒器加裝一層催化劑等脫銷技術(shù)已可使SO2和NOx達(dá)到規(guī)定值。采用濕式靜電除塵器后煙塵排放濃度也可滿足小于10 mg/Nm3的要求。在新建燃煤發(fā)電機(jī)組方面，北京、江蘇、福建等11個省份的新建機(jī)組的煙氣排放濃度也均可達(dá)到上述超低排放的要求。這種高效率超低排放燃煤電站鍋爐的研發(fā)成功對于近階段燃煤電站鍋爐的發(fā)展具有重要的經(jīng)濟(jì)價值和社會意義。這是我國現(xiàn)階段可以高效清潔集中可持續(xù)利用我國主要能源（煤炭）的一項重要技術(shù)措施。燃煤電站應(yīng)用超低技術(shù)排放是最經(jīng)濟(jì)的，比之常規(guī)電站，其發(fā)電成本僅增加1.5～2.0分（/kW·h）。如將燃煤電站改為燃?xì)?，則發(fā)電成本根據(jù)不同地區(qū)將增加0.3～0.8元（/kW·h）。3）燃煤電站排出的煙氣中含有大量的溫室氣體CO2，每燃用1 kg煤將排出2.66 kg CO2。現(xiàn)今各國鍋爐排煙標(biāo)準(zhǔn)中尚未列入對CO2含量的限制值，在未來十多年中也會將其列入排煙標(biāo)準(zhǔn)，歐洲已規(guī)定到2020年后新建燃煤電站必須裝有CO2捕集設(shè)施。當(dāng)前我國及世界各主要工業(yè)國均在努力研發(fā)鍋爐排煙中CO2的捕集和利用技術(shù)，并在燃煤電站鍋爐中試用，已取得不少成果和進(jìn)展，例如，在CO2捕集技術(shù)中已研發(fā)過多種物理吸收法和化學(xué)吸收法，但前者捕集率不高，后者耗水耗能較大。此外還研發(fā)過便于CO2從煙氣中分離的膜分離法和富氧燃燒法，但均尚需提高捕集率。目前各國正在致力于研發(fā)能進(jìn)一步提高捕集率、節(jié)能節(jié)水和經(jīng)濟(jì)適用的CO2捕集技術(shù)，使燃煤鍋爐成為煙氣近零排放的高效潔凈可持續(xù)發(fā)展的發(fā)電設(shè)備。

煤的洗選對于燃煤電站鍋爐的節(jié)能減排也有重要作用。據(jù)統(tǒng)計，每洗選1億噸原煤可除灰1300萬噸、硫35萬噸，減少CO2排放49萬噸，排除煤矸石1800多萬噸，可提高鍋爐燃煤效率10%～15%。

由上述可見，燃煤電站鍋爐只要依靠科技創(chuàng)新，節(jié)能減排，就一定可以解決自身發(fā)展和環(huán)保的矛盾，成為可持續(xù)發(fā)展的高校潔凈能負(fù)擔(dān)電網(wǎng)基本負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)可靠的發(fā)電設(shè)備。

—— 摘自《科技導(dǎo)報》2017年第2期