火力發(fā)電技術的發(fā)展趨勢

1、專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,1,火力發(fā)電技術的發(fā)展趨勢,動力工程系宋長華 副教授,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,2,一、火力發(fā)電概述,1.1 火力發(fā)電生產過程 1.2 世界電力工業(yè)的發(fā)展1.3 我國電力工業(yè)概況,,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,3,主要內容,一、火力發(fā)電概述二、火力發(fā)電技術的發(fā)展趨勢提高超臨界火電機組效率燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術多聯(lián)產發(fā)電技術潔凈煤燃燒發(fā)電技術

2、燃煤磁流體發(fā)電技術 空冷發(fā)電技術 火電廠計算機控制技術 三、新能源發(fā)電技術,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,4,1.1 火力發(fā)電生產過程,火力發(fā)電廠概念:就能量轉換的形式而言，火力發(fā)電機組的作用是將燃料（煤、石油、天然氣）的化學能經燃燒釋放出熱能，再進一步將熱能轉變?yōu)殡娔?。火電廠外景其發(fā)電方式有:汽輪機發(fā)電、燃氣輪機發(fā)電及內燃機發(fā)電三種。其中汽輪機發(fā)電所占比例最大，燃氣輪機發(fā)電近年來有所發(fā)展，內燃機發(fā)電比例最小?；痣?/p>

3、廠(汽輪機)能量轉換過程與三大主機作用如下： 鍋 爐：燃料化學能→蒸汽熱能 汽輪機：蒸汽熱能→機械能,外形圖,結構圖 發(fā)電機：機械能→電能火力發(fā)電廠原理和生產過程示意圖和火電廠分類（按蒸汽參數(shù)）,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,5,1.2 世界電力工業(yè)的發(fā)展,電力工業(yè)回顧 發(fā)電量、發(fā)電裝機容量及其地區(qū)分布 用電量及其構成的變化世界電力發(fā)展概況和預測,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,6,90年代

4、后，電力發(fā)展三個突出的動向,世界發(fā)電量的年增長率趨緩，而一些發(fā)展中國家，特別是亞洲國家仍維持較高的電力增長速度； 電力技術的發(fā)展向效率、環(huán)保的更高目標邁進； 電業(yè)管理體制和經營方式發(fā)生變革，由壟斷經營逐步轉向市場開放。,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,7,1.3 我國電力工業(yè)概況,我國能源形勢我國電力工業(yè)起源與發(fā)展 我國電力工業(yè)與國外差距我國火電（集控室圖）設備生產歷程,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,8,二

5、、火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢,2.1 提高超臨界火電機組效率 2.1.1 提高初參數(shù)，采用超超臨界 初參數(shù)的提高主要受金屬材料在高溫下性能是否穩(wěn)定的限制，目前，超臨界機組初溫可達538℃～576℃。隨著冶金技術的發(fā)展，耐高溫性能材料的不斷出現(xiàn)，初溫可提高到600℃～700℃。 如日本東芝公司1980年著手開發(fā)兩臺0型兩段再熱的700MW超超臨界汽輪機，并相繼于1989年和1990年投產，運行穩(wěn)定，達到提高發(fā)電端

6、熱效率5％的預期目標，即發(fā)電端效率為41％，同時實現(xiàn)了在140分鐘內啟動的設計要求，且可在帶10％額定負荷運行。 在此基礎上，該公司正推進1型（30．99MPa、593／593／593℃）、2型（34．52MPa、650／593／593℃）機組的實用化研究。據(jù)推算，超超臨界機組的供電煤耗可降低到279g／kWh。,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,9,超臨界火電機組概況,世界第一臺125MW超臨界機組于1959年4月

7、在美國投運,至今已有近40年的歷史，目前超臨界機組最大單機容量為1300MW，在美國、日本及俄國，超臨界機組占火電容量的50%以上。目前，國際上已經投運了單機在800MW以上火電機組的國家主要有美國、日本、原蘇聯(lián)和德國等。 我國超臨界機組現(xiàn)已投運或正在安裝的有6 000 MW（有300MW、500MW及600MW機組共14臺），大都是進口設備，最大單機容量為900 MW。目前國內還不具備整套設計和制造超

8、臨界機組的能力。河南華能沁北電廠2×600MW工程作為國產超臨界機組示范電站，主機招標鍋爐由東方鍋爐廠中標，汽輪發(fā)電機組由哈爾濱動力集團中標；發(fā)電機由上汽發(fā)電集團中標；該工程于2004年9月投產。上海外高橋電廠2×900MW機組于2004年5月投產.,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,10,超臨界機組發(fā)展,世界第一臺，1959年（美國） ，125MW，31MPa, 621/566/566℃。目前單機容量最大

9、（美國）1300MW，26.5MPa, 538/538℃，共有六臺，第一臺1969投產。目前參數(shù)最高的是（美國西屋公司制造） 325MW，34.3MPa, 649/566/566℃，二次再熱, 1959年投產。歐洲幾大發(fā)電集團正合作攻關蒸汽溫度為700 ℃的燃煤機組.2015達到40MPa/700/720℃,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,11,超臨界、超超臨界機組的特點,機組熱效率高(與同容量亞臨界火電機組

10、比較，超臨界機組可提高效率2-2.5%，超超臨界機組可提高效率約5%,供電煤耗可降低到279g/Kw.h)，可靠性好，環(huán)保指標先進；可復合變壓運行，調峰性能好；（1）在低負荷時效率高；（2）具有良好的啟動性能；（3）具有良好的負荷適應性。蒸汽壓力高，蒸汽比容小，汽輪機葉片短，加之級問壓差大，影響內效率，因而超臨界及超超臨界參數(shù)更適于大容量機組。,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,12,超臨界機組關鍵技術,新鋼種的研究開發(fā)新鋼

11、種的開發(fā)與應用；調峰運行問題；材料的研究與國產化。超臨界壓力鍋爐的關鍵技術超臨界壓力汽輪機的關鍵技術其它關鍵技術汽水化學工況；輔助設備；自動控制技術；運行技術。,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,13,2.1.2 采用高性能汽輪機,汽輪機制造技術已很成熟，但仍有進一步提高其效率的空間，主要有以下三種途徑： (1)首先是進一步增加末級葉片的環(huán)形排汽面積，從而達到減小排汽損失的目的。末級葉片的環(huán)形排汽面積

12、取決于葉片高度，后者受制于材料的耐離心力強度。日本700MW機組已成功采用鈦制1．016M的長葉片，它比目前通常采用的12Cr鋼制的0．842M的葉片增加了離心力強度，排汽面積增加了40％，由于降低了排汽損失，效率提高1．6％。 (2)其次是采用減少二次流損失的葉柵。葉柵汽道中的二次流會干擾工作的主汽流產生較大的能量損失，要進一步研制新型葉柵，以減少二次流損失。 (3)最后是減少汽輪機內部漏汽損失。汽輪機隔板與軸

13、間、動葉頂部與汽缸、動葉與隔板間均有一定間隙。這些部位均裝有汽封，以減少漏汽損失。要研制新型汽封件以減少漏汽損失。,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,14,建設有大容量火電機組群的大電廠,世界上2000 MW以上大型火電廠有82座，其中4000MW以上的5座，3001MW～4000MW的24座2501～3000MW的24座，2000～2500刪的有29座。世界最大的燃褐煤和燃煙煤的火電廠分別是波蘭的貝爾哈托夫電廠和南非的肯達爾電廠

14、，最大的燃氣和燃油電廠分別是俄羅斯的蘇爾古特第二火電廠和日本鹿島火電廠，其裝機容量分別為4320 MW／4 116 MW，4800MW和4400 MW 我國目前最大的火力發(fā)電廠———浙江北侖發(fā)電廠終于全面建成；該廠總裝機容量達360萬千瓦 。（共6臺600MW機組）,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,15,2.2 燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術 （Combined Cvcle，簡稱CC或GTCC）,聯(lián)合循環(huán):就是把在中低溫區(qū)工作的

15、蒸汽輪機的朗肯（Rankine）循環(huán)和在高溫區(qū)工作的燃氣輪機的布雷登（Brayton）循環(huán)的疊置，組成一個總能系統(tǒng)循環(huán)，由于它有很高的燃氣初溫（1200℃～1500℃）和蒸汽作功后很低的終溫（30～40℃），實現(xiàn)了熱能的梯級利用，使總的循環(huán)效率很高 。,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,16,2.2.1 燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)的主要優(yōu)點,熱效率高，目前為50%～55%，2000年以后渴望達到60%～61%；低污染，環(huán)保性能好；運行

16、靈活，可靠性高，可日啟停、調峰性能好 ；單位容量投資較低，簡單燃氣輪機每千瓦投資為l00～300美元／kW，汽輪發(fā)電機組為600～1000美元／kW，而聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組為280～530美元／kW；標準的模塊化設計，建設周期短，可分階段建設，一年內即可發(fā)出60％～70％額定負荷；占地少，僅為PC＋FGD發(fā)電廠占地的1／3； 節(jié)水，為同容量常規(guī)電站用水量的1／3；,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,17,2.2.2 聯(lián)合循環(huán)機組

17、舉例,電站\項目 燃機型號 出力MW 燃料 供電效率% 投運日期日本輔助Futtsu電站 14×STAG109E 2000 LNG 48.5 1985土耳其Ambarbi  1350 天然氣

18、 52.5 1991韓國Seoinchon電站 8×STAG107F 1910 天然氣 54 1992香港Blaok Poink電站 8×PG9311FA 擬擴到600 天然氣 54（設計）52.9（當?shù)兀?996英國Didcot電站 4×V94.3 1350

19、 天然氣 55.5 1996 我國大陸以煤為主要發(fā)電一次能源，目前聯(lián)合循環(huán)機組容量僅占全國發(fā)電容量的1．5％ 。,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,18,2.3 多聯(lián)產發(fā)電技術,2.3.1 熱電聯(lián)產 指的是火電機組在發(fā)電的同時，用抽汽或背壓機組的排汽進行供熱，由于實現(xiàn)了熱能的梯級利用，其總的能源利用率為70％～80％。如果聯(lián)合循環(huán)機組用于熱電聯(lián)產，即高

20、作功能力的燃氣（1000℃以上）在燃氣輪機中做功，其排氣在余熱鍋爐中產生中等作功能力的蒸汽（500℃以上），驅動汽輪機繼續(xù)做功，其低作功能力的抽汽或排汽用于工業(yè)或生活用汽用熱，形成聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產（圖），其總的能源利用率可達80％～90％（理論極限為93％）。熱電聯(lián)產比熱電分產可節(jié)約能源30％左右。我國有50萬臺工業(yè)鍋爐，年耗煤4億噸，平均容量2．28噸／時，如果其供熱量的一半由熱電聯(lián)產供給，則年可節(jié)煤1．2億噸。,專題一：火力發(fā)電技術

21、發(fā)展趨勢--宋長華,19,2.3.2 熱、電、冷三聯(lián)產,熱電冷三聯(lián)產:指鍋爐產生的蒸汽在背壓汽輪機或抽汽汽輪機發(fā)電，其排汽或抽汽，除滿足各種熱負荷外，還可做吸收式制冷機的工作蒸汽，生產6～8℃冷水用于空調或工藝冷卻 .熱電冷三聯(lián)產的優(yōu)點：（1）蒸汽不在降壓或經減溫減壓后供熱，而是先發(fā)電，然后用抽汽或排汽滿足供熱、制冷的需要，可提高能源利用率；（2）增大背壓機負荷率，增加機組發(fā)電，減少冷凝損失，降低煤耗；（3）保證生產工藝，改善

22、生活質量，減少從業(yè)人員，提高勞動生產率；代替數(shù)量大、型式多的分散空調，改善環(huán)境景觀，避免“熱島”現(xiàn)象。,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,20,2.3.3 熱、電、煤氣三聯(lián)產,煤中揮發(fā)份和部分固定碳受熱后氣化，產生城市煤氣供萬人城鎮(zhèn)民用，焦碳送CFBC鍋爐中燃燒產生蒸汽，用于熱電聯(lián)產 。 此外，在電廠中安裝蓄熱器回收排熱或機組起停過程中排汽，可對熱負荷移峰填谷；可增加尖峰發(fā)電力出力，提高能源利用率和機組穩(wěn)定運行水平。 還有一種

23、雙背壓凝汽式汽輪發(fā)電機，是通過凝結水串聯(lián)通過凝汽器的兩個部分，形成兩個不同的背壓。由于改善了蒸汽熱負荷的不均勻性，使其平均背壓低于傳統(tǒng)的單背壓汽輪機的背壓，可提高循環(huán)熱效率。,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,21,2.3.4 燃氣輪機高效熱力循環(huán),a)程式雙流體熱力循環(huán)（回注蒸汽的燃氣輪機熱力循環(huán)） 指余熱鍋爐產生的過熱蒸汽，與壓氣機來的高溫高壓空氣一起進入燃燒室，燃料燃燒產生的燃氣和被加熱到燃氣初溫的

24、蒸汽，一起進入燃氣輪機中作功，形成燃氣、蒸汽在同一臺燃機中膨脹作功的雙流體熱力循環(huán)。 該循環(huán)燃機功率增大，循環(huán)效率提高；對燃氣葉片冷卻效果好，沒有蒸汽輪機系統(tǒng)，使系統(tǒng)簡化；可降低NOx排放。,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,22,b) 濕空氣透平（HAT）循環(huán)（蒸發(fā)-回熱 式雙流體循環(huán)）,指軟化水經燃機排氣加熱后噴人壓氣機出口蒸發(fā)器中被高溫高壓空氣蒸發(fā)，空氣與水蒸汽混合物在回熱器中被燃氣排氣加熱后，供給燃燒室，產生

25、的燃氣、蒸汽混合物進入燃氣輪機作功。 由于燃機排氣余熱的充分利用，可大大提高循環(huán)效率；由于燃機工質流量增加，使機組功率也大大增加；由于沒有了蒸汽輪機，使系統(tǒng)大為簡化，造價僅為余熱鍋爐型聯(lián)合循環(huán)的50％。如果把整體煤氣化產生的煤氣經凈化后供燃燒室燃燒，就形成IGHAT循環(huán)，也大大簡化系統(tǒng)，節(jié)約投資。,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,23,2.4 煤炭潔凈燃燒發(fā)電技術,火力發(fā)電發(fā)展至今，其一次能源仍以煤為主。如我國煤炭在一次能源

26、的生產和消費中占了大頭，同時煤電在電力裝機總容量中占了75％.燃煤發(fā)電目前存在著兩個突出的問題：一是燃煤技術有待改善，煤的利用率要進一步提高；二是煤燃燒除放出熱量外，還會產生大量的煙塵、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等污染環(huán)境的排放物。我國煙塵排放量的70％、二氧化硫排放量的90％都來自燃煤。 潔凈煤技術（CCT-Clean Coal Techno1ogy），指的是在利用煤炭發(fā)揮一次能源最大作用的同時，污染環(huán)境的氣、固、液態(tài)排放量最少

27、；也可定義為減少污染、提高效率的煤炭開采加工、運輸、轉化、燃燒、污染控制、綜合利用等技術的總稱。它是以三E為目標（經濟Economics，環(huán)境Enviroment，效率Efficieney），是先進、清潔的“綠色煤電”。,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,24,煤炭利用引起污染的種類,生產環(huán)節(jié)： 排放污染物及危害開采： 氣態(tài)(煤層瓦斯CH4、CO2、氯氟烷烴等溫室氣體 )

28、 固態(tài)(矸石) 液態(tài)(煤泥水、礦井水）運輸： 煤中灰份、石、雜質 燃燒 ： 氣態(tài)（塵埃、 SO2 、NOX 、CO2、二惡英） 固態(tài)（灰渣） 液態(tài)（沖灰渣水）,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,25,煤炭清潔、高效利用方法分類,燃燒前處理（源處理）指在開采到用戶使用前這

29、一階段煤的處理方法 ；燃燒中清潔利用（過程處理）主要指流化床燃燒技術（FBC：Fluidized-bed Combustion）；整體煤氣化蒸汽燃氣聯(lián)合循環(huán)（IGCC ： Integrated GasificationCombined  Cycle）；整體煤氣化燃料電池（IGFC：Integrated Gasification Fuel Cell）、磁流體發(fā)電技術；爐內脫硫：爐內噴鈣脫硫，噴鈣加尾部增濕活化脫硫；爐內脫硝：低

30、NOx燃燒器、低溫燃燒、整體分級燃燒、回氣再循環(huán)、再燃燒技術等 ；燃燒后清潔處理（煙氣凈化） ；包括除塵、脫硫、脫硝、廢水處理及零排放，廢水資源化和干除渣、灰渣分除及綜合利用。,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,26,2.4.1 燃燒前的煤炭加工和轉化技術,煤炭加工技術:是指在煤炭燃燒之前，以物理方法為主對其進行加工的各類技術，主要包括洗選、型煤、水煤漿技術。煤炭轉化技術:是指在燃燒之前對煤進行改質反應，包括煤氣化和液化兩種

31、。洗選處理:型煤加工:水煤漿:煤炭氣化:煤炭液化:,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,27,2.4.2 燃燒中凈化技術,燃燒中凈化技術:是指燃料在燃燒過程中提高效率減少污染排放的技術，它是潔凈煤技術的重要組成部分，由五項技術組成。先進的燃燒器 :循環(huán)流化床技術（CFBC）:增壓流化床聯(lián)合循環(huán)技術（PFBC－CC）:整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)技術（IGCC）: 直接燃用超凈煤粉的燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)技術（CEN－CC）,

32、專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,28,(1) 流化床燃燒技術FBC,定義及分類 把8mm以下的煤粒和脫硫劑石灰石，加入燃燒室床層上，在通過布置在爐底的布風板送出的高速氣流作用下，形成流態(tài)化翻滾的懸浮層，進行流化燃燒，同時完成脫硫，這種燃燒技術叫流化床燃燒技術。按燃燒室運行壓力的不同，分為常壓流化床AFBC（Atmospheric Fluidized-bed Combustion）和增壓流化床PFBC（Pressurized

33、FBC）；按流化速度和床料流化狀態(tài)不同，二者又可分為鼓泡床BFBC（Bubbling FBC）和循環(huán)流化床CFBC （ Cireulaiing FBC）。,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,29,流化床燃燒方式的特點,清潔燃燒，低污染排放，環(huán)保性能好 ;燃料適應性強，特別適合于中、低硫煤 ;燃燒效率高 ;負荷適應性好 ;灰渣綜合利用好 ;PFBC還有結構緊湊、鍋爐尺寸小的特點 .,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,

34、30,FBC技術的應用及發(fā)展情況,1921年弗里茨·溫克勤（Fritz Wink1er）建立了世界第一臺小型流化床燃燒試驗臺，60年代中期，第一臺FBC鍋爐在美國投入運行 ;BFBC的“世界之最”為芬蘭Rauba1anii熱電站的295 MW機組，日本竹原電廠2號機（350 MW）燃油爐正改為BFBC,屆時將成為世界最大BFBC； CFBC的最大機組為法國stein公司為法國Gardanne電站改造煤粉爐而制造的一臺900

35、 t／h（配250 MW機組）CFBC,2000年實現(xiàn)600MW的CFBC；我國自60年代初開始研究與應用FBC技術，目前國內FBC鍋爐制造廠家有22家 ;410 t／h CFBC裝于四川內江高壩電廠，已于1996年投人生產；國家電力公司在內江正建設一座300 MW CFBC鍋爐示范電站 。,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,31,（2）增壓流化床 PFBC,進一步提高高溫煙氣除塵裝置的除塵效率，減少燃機葉片磨損，如研制高效陶

36、瓷過濾器； 第二代PFB以2G-PFBC）的開發(fā) 燃氣輪機，自動控制裝置及PFBC關鍵設備的國產化；提高脫硫劑利用率，實現(xiàn)低Ca／S比下達到高脫硫效率的目的；脫硫、脫硝、床溫及Ca／S間的最佳配合；開發(fā)增壓循環(huán)流化床PCFB的研究，它運行費用低，適于高硫煤，可降低Ca／S；PFBC大型化及CFBC-CC聯(lián)合循環(huán)的研究；濕式給料機和干渣排出裝置的開發(fā)，保證最佳粒度匹配，減少滲水量；保證在爐內壓力下灰渣的連續(xù)穩(wěn)定排除。,專題一：

37、火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,32,(3)煤整體氣化燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術IGCC,發(fā)電原理 煤經過氣化和凈化后，固體燃料已轉化成清潔氣體燃料，以此驅動燃氣輪機發(fā)電，再用排出的高溫燃氣進入鍋爐，產生蒸汽帶動汽輪機發(fā)電，形成燃氣與蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（圖）。 IGCC的特點（1）熱效率高，其效率比煤粉爐高10％以上，可達40％～50％;（2）污染排放少，環(huán)保性能優(yōu)良；脫硫率98％～99％，NOx及CO2排

38、 放減少； （3）燃料適應性強，同一電站設備可燃用多種燃料，對高硫煤有獨特的適應性 ;（4）容量可大型化，單位造價不斷降低 ;（5）調峰性能好，起停機時間短 ;,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,33,IGCC發(fā)展概況,1984年1月美國建成世界最早的商業(yè)驗證電站一Cool Water電站，該電廠發(fā)電出力為120MW，耗資2．62億美元；現(xiàn)在世界上已建、在建和擬建的IGCC電站近約30座，其中美國擁有15座，居世界之冠。最

39、大的為美國的440MW機組，計劃或可研中容量為德國900MW和前蘇聯(lián)1000MW機組。一些發(fā)展中國家，如印度、中國也計劃建立IGCC示范電站 ；我國從1994年開始對IGCC示范工程進行預可行性研究，國家電力公司擬在山東煙臺電廠建設一座容量為300～400MW的IGCC示范電站 .,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,34,IGCC的關鍵技術及發(fā)展方向,（1）先進的煤氣化工藝  研究與開發(fā)大容量的、能量轉化效率高的煤氣化

40、爐；選擇合適爐型，提高冷煤氣效率和熱煤氣效率；高溫、壓力爐，增加氣化反應速率，提高碳轉化率. （2）高溫煙氣凈化系統(tǒng) : ①高溫除塵 ②高溫干式脫硫 （3）燃氣輪機大型化、提高初溫及其國產化. IGCC發(fā)展方向的核心，是提高效率和降低造價.,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,35,2.5 燃煤磁流體發(fā)電技術,磁流體發(fā)電原理是：高溫導電氣體（等離子體）高速切割磁力線產生感應電動勢。燃煤磁流體發(fā)電是在煤燃燒產生的

41、高溫煙氣中添加電離種子鉀，然后通過磁流體發(fā)電機發(fā)出直流電，再逆變成交流電；排出的煙氣溫度仍很高，進入下游余熱鍋爐，產生蒸汽推動汽輪機發(fā)電。(流程圖)優(yōu)點：聯(lián)合循環(huán)發(fā)電熱效率高，可達55％；由于添加的電離種子鉀與硫反應生成鉀的硫化物，回收種子時起到了自動脫硫的作用；磁流體發(fā)電部分無旋轉部件，高溫設備可通水冷卻，機械強度易得到保證；磁流體發(fā)電不象汽輪機發(fā)電那樣需要冷凝排汽的冷卻水，因而可節(jié)約大量用水。我國是較早開發(fā)此技術的國家之一，該技

42、術1986年列入國家高技術計劃，目前已有25MW試驗基地。,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,36,2.6 空冷發(fā)電技術,一般汽輪機的排汽進入凝汽器，由循環(huán)冷卻水對排汽進行冷卻，使其凝結成水。這種冷卻方式需要大量循環(huán)水，一個1000MW大型火電廠每天用水量約500萬噸，耗水量約10萬噸，相當于一座中等城市的日用水量。在缺水和少水地區(qū)，這一水冷方式難以實現(xiàn)。 它有直接空冷與間接空冷兩種：所謂直接空冷是汽輪機排汽進入空冷散熱器，用空

43、氣直接冷卻排汽；間接冷卻是用空氣來冷卻循環(huán)凝結水，再用冷卻后的循環(huán)凝結水與排汽直接接觸冷凝排汽。我國已能自行制造200MW間接空冷機組，并于1993年在內蒙古豐鎮(zhèn)電廠投運4臺。,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,37,2.7 火電廠計算機控制技術,計算機技術在火電廠應用的研究始于上世紀六十年代初，七十年代由于計算機技術高度發(fā)展才取得實際應用。計算機控制技術仍處于不斷發(fā)展之中，起初，計算機只是起巡回檢測、越限報警、自動顯示、打印制

44、表等作用。后來，計算機可用于直接數(shù)字控制，進而實現(xiàn)局部最優(yōu)控制，現(xiàn)在已能實現(xiàn)全系統(tǒng)的最優(yōu)控制。2.7.1 計算機控制功能安全監(jiān)視、數(shù)據(jù)處理:包括巡回檢測、參數(shù)處理、越限報警、參數(shù)顯示、制表打印、性能計算等。 正常調節(jié):正常運行時，對鍋爐、汽輪機、發(fā)電機等主輔設備進行直接或間接調節(jié)。 管理計算:對生產過程可按數(shù)學模型進行計算，尋找最優(yōu)工況，實現(xiàn)最優(yōu)控制. 事故處理:對生產過程進行監(jiān)視和趨勢預報，事故發(fā)生時進行分析和處理，并記

45、錄下事故時的設備狀態(tài)和參數(shù)，供分析事故用。 機組啟停:按編好的程序，實現(xiàn)機組自動啟動或停機。,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,38,2.7.2 計算機控制方式,集中控制:是指一臺發(fā)電機組或全廠各臺機組的監(jiān)視、控制及管理都集中于一臺或兩臺計算機上，這一方式簡單。 分散控制:把控制任務分散在下層各臺微型計算機上，在上層設置小型或中型機進行總的管理，形成分散控制系統(tǒng)（DCS），這是一種很有前途的控制方式。 2.7.3:計算機

46、控制有以下優(yōu)點： 提高運行效率及運行穩(wěn)定性；減少和避免重大事故，延長設備壽命；減輕勞動強度，減少運行人員。2.8 其它技術 火力發(fā)電技術的發(fā)展必須遵循高經濟性、高環(huán)保性的原則。除上述幾個方面的技術發(fā)展趨勢外，人們還應在提高本體設備（鍋爐、汽輪機、發(fā)電機）及輔助設備（各種泵、風機、煤粉制備、高加、低加、除氧器、凝汽器等）運行可靠性及自動化水平方面繼續(xù)努力。,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,39,三、可再

47、生能源和新能源發(fā)電技術,3.1 太陽能發(fā)電技術 圖太陽能是無盡、無污染的巨大能源，是無私的“能源之母”。太陽每秒鐘照射到地球上的能源約為500萬噸標煤，一年為170萬億噸標煤，相當于全世界人類能耗量的3萬多倍;我國太陽能資源豐富，約2／3地區(qū)年平均日照時數(shù)大于2 000小時，每年太陽能輻射總量約在（3．3～8．4） × l0³×10³kJ／m²，適合于安裝太陽能光伏發(fā)電設備（圖）

48、;太陽能發(fā)電技術包括光伏發(fā)電技術（PV）和太陽熱發(fā)電技術（圖） . 住宅太陽能發(fā)電圖2,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,40,3.2 風力發(fā)電技術（圖）,風能是太陽能另一種表現(xiàn)形式，是因地球各部分受熱不均引起空氣運動而產生的能量，風能是清潔的可再生資源，它分布面廣，適于建設分散式電源，而數(shù)量多的風力發(fā)電機又是旅游資源。目前風力機之最為美國CE公司生產的“超級風力機”，單機功率7．3MW，風車直徑11.2m。 風力發(fā)電經歷了

49、從獨立系統(tǒng)到并網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展過程，大規(guī)模風力田的建設已成為發(fā)達國家風電發(fā)展的主要形式。目前，風力田建設投資已降至1000美元/kW，低于核電投資且建設時間可少于一年，其成本與煤電成本接近，因而具有很大的競爭潛力。,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,41,世界風電,2000年世界風力發(fā)電總裝機容量為1780萬千瓦，而2001年則達到2330萬千瓦，年增長率達30％。在工業(yè)化國家發(fā)展尤為迅速，并且風電成本也急劇下降。美國風力發(fā)電的成本8

50、0年代初為每千瓦時35美分，到2001年則降低為每千瓦時4美分。世界上最大的風力田位于美國加利福尼亞州，年發(fā)電約221×108kW.h。在風力發(fā)電方面，德國處于世界第一。德國2001年總裝機容量達到875萬千瓦，占世界風力發(fā)電總裝機容量的1／3。美國為420萬千瓦，居世界第二位。西班牙為310萬千瓦，占第三位。丹麥第四，為250萬千瓦。預計到2004年，德國的風力發(fā)電裝機容量還可再增加500萬千瓦，風電將可滿足德國電力總需求

51、的10％。德國計劃30年后用風力發(fā)電取代核電，風力發(fā)電在德國供電系統(tǒng)中的比重將占到25%。,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,42,我國風力發(fā)電,我國獨立風電裝置有10多萬臺，總容量260MW左右，80%以上在內蒙古。80年代中后期以來，聯(lián)網(wǎng)風電場建設迅速發(fā)展，全國共建成20多個聯(lián)網(wǎng)風電場，容量234MW。新疆達板城風電二場是我國目前最大的聯(lián)網(wǎng)風電場，我國自行研制的7.5MW風力發(fā)電機組已經投入運行。到2005年,全國風力發(fā)電總裝

52、機容量將達150萬千瓦左右。 廣東惠來石碑山風電場計劃建設167臺國產風機，每臺風機容量600KW，合計容量100MW，為全國目前裝機容量最大的風電場，總投資7億元。第一批風機共25MW將于2005年初投運，2006年底全部機組投產。風力發(fā)電不會帶來氣、水、渣等方面的環(huán)境污染問題，是我國大力提倡發(fā)展的新型能源。為此，我國將在全國啟動20個10萬千瓦以上的大型風電場計劃，并首選了廣東惠來石碑山風電場和江蘇如皋東風電場作為示范項目提前啟

53、動。,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,43,3.3 燃料電池發(fā)電,美國每年投資數(shù)億元開發(fā)燃料電池，掌握了許多最先進的技術。日本也大力開展燃料電池及發(fā)電技術的研究，僅磷酸型燃料電池(PAFC)發(fā)電裝機就已超過30MW。加拿大、韓國以及歐洲許多國家也在燃料電池的研究與應用上取得了很大進展。 90年代中期以來，我國在PEMFC燃料電池研究方面取得了較大的進展。燃料電池技術列入了國家”九五“科技攻關項目和中國科學院”九五“應用研究與發(fā)

54、展重大項目，其研究目標直指國際水平 。,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,44,燃料電池及發(fā)電優(yōu)點,①效率高； ②污染物接近零排放，低噪音發(fā)電，是理想的清潔能源 ；③省水,占地少,重量輕，適合用作分散式電源 燃料電池應用范圍 ①用于發(fā)電 ; ②軍事和宇航業(yè)，用于潛艇能源 ; ③其它移動式電源、不停電電源等 .,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,45,3.4 地熱能發(fā)電,地熱發(fā)電的相關技術已經基本成熟

55、，進入了商業(yè)化應用階段。美國擁有世界上最大的蓋塞斯地熱發(fā)電站，裝機容量達2080MW。菲律賓的地熱發(fā)電裝機容量也高達1050MW，占該國電力裝機總容量的15%。目前全世界地熱發(fā)電站約有300座，總裝機容量接近10000MW，分布在20多個國家，其中美國占40%。 我國地熱發(fā)電站總裝機容量30MW左右，其中西藏羊八井（1萬KW）、那曲、郎久三個地熱電站規(guī)模較大。,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,46,3.5 海洋能發(fā)電,目前

56、，世界各地已建成了許多潮汐電站，其中規(guī)模最大的是法國的郎斯電站，裝機容量240MW。規(guī)模較大的還有加拿大的安那波利斯電站、中國的江廈電站和幸福洋電站、原蘇聯(lián)的基斯洛電站等。 目前我國共有八座潮汐電站建成運行，容量5.4×104kW.h，最大的是80年代建成的浙江江廈電站，裝機容量3.2MW。,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,47,3.6 生物質能發(fā)電 圖,生物質能發(fā)電包括垃圾焚燒發(fā)電、沼氣發(fā)電、薪材發(fā)電和水煤氣發(fā)

57、電 。城市垃圾發(fā)電是30年代發(fā)展起來的新技術，最先利用垃圾發(fā)電的是德國和美國。目前，美國垃圾焚燒發(fā)電約占總垃圾處理量的40%，已建立了幾百座垃圾電站，其中底特律市擁有世界上最大的日處理垃圾4000t的垃圾發(fā)電廠。日本城市垃圾焚燒發(fā)電技術發(fā)展更快，垃圾焚燒處理的比例已接近100%。 生物能發(fā)電在我國尚處于起步階段，蔗渣/稻殼燃燒發(fā)電、稻殼氣化發(fā)電和沼氣發(fā)電等技術已得到應用，總裝機約800MW。深圳垃圾發(fā)電廠（圖）已運行了七年，為垃圾發(fā)

58、電在我國的發(fā)展積累了一定的經驗，這將為解決我國城市垃圾處理問題帶來新的希望和契機。,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,48,3.7 核能發(fā)電,3.7.1　世界核電發(fā)展現(xiàn)狀與優(yōu)點蓬勃發(fā)展的世界核電：自從1954年蘇聯(lián)第一座5 MW試驗性核電廠投入運行以來，核電在許多國家和地區(qū)已承擔基本負荷，目前世界上30多個國家己運行核電機組441座，總裝機容量3.6W億KW，核電已占世界總發(fā)電量的20％ 。從已運行的核電站裝機容量來看美國居

59、首位，裝機容量占全世界的四分之一，其次是法國、日本、德國和俄羅斯。從發(fā)展速度來看法國、日本和韓國保持著較高的發(fā)展速度，目前法國核能發(fā)電量已占總發(fā)電量的80%。 預計到2030年，世界核電站總數(shù)將達到1000座，核發(fā)電量將占總發(fā)電量的三分之一 ，可以預期在相當長一段時期內核電將成為電力工業(yè)的支柱。,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,49,3.7.2 我國核電發(fā)展現(xiàn)狀和前景,我國自行設計建造的第一座核電站——秦山30萬千瓦核電站（

60、圖），自1991年12月15日并網(wǎng)發(fā)電來，已安全運行十多年，累計發(fā)電200多億度。從法國引進電功率為2×90萬千瓦的廣東大亞灣核電站，于1993年投入運行，兩座機組年發(fā)電量可達100億度。向巴基斯坦出口的恰?，敽穗娬?，電功率為30萬千瓦，2000年并網(wǎng)發(fā)電，現(xiàn)正在穩(wěn)定運行。我國也已成為核電站出口國。廣東嶺澳地區(qū)再建兩座90萬千瓦級核電站已于2002－2003年分別投入運行。秦山二期（圖）二座60萬千瓦自行設計建造的商用

61、核電站已于2002－2003年分別投入運行。從加拿大引進的秦山三期二座電功率為70萬千瓦的重水堆核電機組也已于2002－2003年分別投入運行。目前，正在建設的江蘇田灣兩座電功率100萬千瓦的核電站，預計到2005年可投入運行。因此到2005年我國核電運行容量可達870萬千瓦。根據(jù)國家和地方省級核電規(guī)劃，在2010－2020年山東省海陽、廣東省嶺澳、陽江、浙江省三門以及福建、江西和安徽等省均計劃建造百萬千瓦級核電站。國家計劃到20

62、20年核電裝機容量將達3200萬千瓦（20多座 ）；將核電占全國總體發(fā)電量的比例從目前的大約1%提高到5%左右 。,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,50,我國目前運行和在建的核電站,電站 凈功率(MWe) 商運日期 大亞灣1 944 1993.7 大亞灣2 944

63、 1994.1 田灣1 1000 2004.12 田灣2 1000 2005.12 嶺澳1 935 2002.7 嶺澳2 935

64、 2003.3 秦山1 279 1991.12 秦山2 610 2002.6 秦山3 610 2003.4 秦山4

65、 665 2003.2 秦山5 665 2003.11,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,51,3.7.3　什么是核電站 ?,將原子核裂變釋放的核能轉換成熱能，再轉變?yōu)殡娔艿南到y(tǒng)和設施，通常稱為核電站。 (1) 核電站反應堆 壓水型反應堆：——堆芯——堆內構件——壓力容器——控制棒驅動機構(2

66、) 核電站動力回路 一回路系統(tǒng)二回路系統(tǒng)其他輔助系統(tǒng) (3) 核電站主要設備(流程圖) ——核反應堆——蒸汽發(fā)生器——穩(wěn)壓器——主冷卻劑泵——汽輪發(fā)電機機組,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,52,3.7.4 核電站廠房,核電站廠房主要由反應堆廠房（又稱安全殼廠房）、一回路輔助廠房、核燃料廠房、汽輪發(fā)電機廠房、主控制室、輸配電廠房、循環(huán)水廠房及三廢處理廠房等組成。3.7.5 核電站的燃料循環(huán)特征

67、核燃料在核電站反應堆年的燃燒方式與有機燃料的燃燒有著本質的差別。,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,53,世界上典型的商用核電站,沸水堆核電站重水堆核電站 高溫氣冷堆核電站 快中子增殖堆核電站核裂變電站的改進和發(fā)展 追求更好的安全性 不斷改善核電的經濟性要滿足環(huán)境生態(tài)可持續(xù)發(fā)展 要滿足資源利用可持續(xù)發(fā)展的要求 滿足防核擴散的要求,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,54,2030年以前將開發(fā)幾種新型核電的

68、反應堆和燃料循環(huán)技術,超臨界水冷堆系統(tǒng)（SCWR） 超高溫氣冷堆系統(tǒng)（VHTR） 氣冷快堆系統(tǒng)（GFR） 液態(tài)鈉冷卻快堆系統(tǒng)（SFR）,專題一：火力發(fā)電技術發(fā)展趨勢--宋長華,55,3.7.4 聚變核電站,熱核反應的實現(xiàn)及巨大聚變能的釋放，自然地促使人們去研究如何使聚變能持續(xù)地釋放，成為人類可控制的能源。隨著受控熱核裂變的基礎理論和實驗技術的飛速發(fā)展，各國正在大力投資設計建造大型的裂變實驗裝置。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前大約有21個國家