火电机组二氧化碳减排策略研究

孙漪清（中国华电集团科学技术研究总院，北京 100070）

工业革命以来，大气中CO2含量逐年升高，温室效应导致海平面上升、海洋酸化以及极端天气现象频发等问题。根据国际能源署的统计，过去30年，全球碳排放的增量中，40%来自煤炭燃烧。我国燃煤电站CO2排放量占全国总排放量的40%以上，并呈增长趋势，以煤电为主的电力行业已成为我国CO2排放的最大源头。因此燃煤电厂CO2减排是我国CO2减排的重中之重。

1 CO2减排策略

燃煤电厂CO2减排方式主要有以下几种：（1）提高能源利用率和转化率；（2）采用燃烧后捕集、封存与利用的方式（CCS）；（3）采用替代燃料，大力发展低碳能源、核能、可再生能源等[1]。

图1中比较不通过减排方式的减排成本。CCS减排成本最高，仅运行CO2捕集及压缩系统将使燃煤机组损失10%的效率。同时CO2的运输和封存也存在很大的不确定性。此外，风电、水电等低碳能源，分布受到水文、气候、地貌等自然条件的限制大，难以大规模推广。目前，通过提高能源利用效率，减少煤炭的消耗与CO2排放，即“节能减排”，是最为经济可靠的CO2减排途径[2]。

2 CO2节能减排技术

据测算燃煤机组效率每提高一个百分点，整个机组生命周期中可以实现CO2减排数百万吨。煤电的节能减排方式主要有以下几种：积极发展大容量高参数机组，替代落后、高能耗的小机组，实现“上大压小”；通过技术创新实现现役机组优化运行及节能改造，提高现有机组效率；对有条件的机组进行热电联产改造，提高能源利用效率；积极发展各种先进高效发电方式，如整体煤气化联合循环发电(IGCC)、以煤气化为核心的化工动力联产以及更高参数的超超临界发电等。

图1.发电成本及CO2减排成本比较

2.1 “上大压小”

燃煤机组的热效率，随着进入汽轮机过热蒸汽的温度和压力的上升而提高。亚临界机组热效率介于30%～39%之间；而超临界机组的效率可高达42%；超超临界机组效率可达到45%。此外，通过增加二次再热可以有效提高热效率。以1000WM超超临界机组为例，锅炉效率为93.88%，热效率达到45.4%，比600MW超临界机组提高3%以上。其发电煤耗为270.6g/kWh,比600WM超临界机组低60g/kWh。如果以全国燃煤机组总量计算，使用1000WM超超临界机组替代600MW超临界机组，全年可节约标煤2亿吨，减少CO2排放5.4亿吨。因此采用大容量、高参数机组从而提高发电机组平均热效率是降低CO2排放的有效手段。

2.2 现役机组优化运行及节能改造

虽然我国新建机组大多采用超临界和超超临界机组，但仍有大量老旧低效机组处在服役中。适当改造此类机组可以提高整体效率，减少单位电量CO2排放。具体措施有：优化煤粉粒度、过量空气系数以及引入煤炭质量管理系统、管理信息系统优化燃烧过程，降低排烟温度，从而提高锅炉效率；减少空气预热器漏风，降低引风机及送风机等辅助设备电耗，减低厂用电率；对于部分满足改造条件的机进行超临界改造等，提高蒸汽参数，从而提高机组整体热效率等[3]。

2.3 热电联产技术

热电联产是同时向用户提供电能和热能的一种生产方式。热电联产遵循能量梯级利用的原则,高品位热能首先用于发电,中低品位热能对外供热。大型火力发电厂理论热效率是41%，实际运行只有36-39%左右。而热电联产项目的热效率实际运行时达60%左右。工业锅炉平均运行热效率仅50%左右，而热电联产的锅炉运行热效率一般90%。可以看出热电联产热效率远高于热电分产，可以大量节约燃料。这就有效的减少了CO2的排放。

2.4 整体煤气化联合循环发电技术（IGCC）

IGCC技术是把煤气化和燃气-蒸汽联合循环发电系统有机集成的一种洁净煤发电技术。IGCC的工艺过程如下：煤经气化成为中低热值煤气，经过净化，除去煤气中的污染物，变为清洁气体燃料，然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质，驱动燃气透平做功，燃气轮机排气进入余热锅炉，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机做功。在目前技术水平下，IGCC发电的净效率可达43%～45%，今后可望达到更高[4]。

3 结语

本文介绍了燃煤电厂CO2减排方式，并对比分析了其减排成本。其中，CCS核心技术并不成熟，在技术经济上以及政策上存在较大的不确定性，难以大规模推广。最现实、经济和可行的CO2减排途径是提高火电发电效率，实现节能实减排。此外，有资源保证的前提下，坚持发展低碳能源，进一步提升低碳能源在发电结构中的比例，实现能源替代，也是CO2减排途径的有效补充。

[1]毛健雄,毛健全.当前我国燃煤火电机组降低CO2排放的途径[J].电力建设,2011(32).

[2]陈立斌.可再生能源与核电减排二氧化碳经济性分析[R].中外能源,2016(21).

[3]国际能源署.通过升级燃煤电厂实现减排[R].法国：国际能源署,2014.

[4]程纪东.燃煤电厂烟气中二氧化碳的减排技术[J].环境保护，2016(1).