如果都采用這樣的現代化電站設備霧霾天將不會再現

近年來，以迅猛態(tài)勢席卷全國的霧霾讓廣大民眾“談霾色變”?！跋F霾，重塑藍天”已成為民生改善的當務之急。霧霾是霧和霾的組合詞。霧霾主要由二氧化硫、氮氧化物和可吸入顆粒物這三項組成。它們與霧氣結合在一起，讓天空瞬間變得灰蒙蒙的。城市霧霾主要來源于火電廠、煉鋼、化工制造和有色金屬冶煉企業(yè)的排放，機動車尾氣、燒煤供暖所產生的廢氣以及建筑工地和道路交通產生的揚塵等。在2012年全世界燃燒的70萬億t標準煤中，中國就燒了36萬億t，占了51%，排放出的廢氣可想而知。強力治霾，減煤、脫硝、除塵及控車成為關鍵詞，大氣污染防治成為熱議話題，也成為各級政府和相關制造企業(yè)環(huán)保工作的重中之重。1.燃煤發(fā)電機組2014年9月12日，國家發(fā)改委、環(huán)境保護部和國家能源局聯合發(fā)布《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014～2020年）》，在行動目標中規(guī)定：“全國新建燃煤發(fā)電機組平均供電標準煤耗低于300g/kW·h；100萬千瓦級濕冷、空冷機組設計供電煤耗分別不高于282g/kW·h、299g/kW·h，60萬千瓦級濕冷、空冷機組分別不高于285g/kW·h、302g/kW·h?！边@是政府對燃煤發(fā)電機組具體的剛性指標。該行動計劃列舉了燃煤電廠34項節(jié)能減排的技術，其中最主要的2項是提高蒸汽參數和二次再熱技術。（1）提高蒸汽參數?？梢哉f，一部燃煤發(fā)電發(fā)展的歷史就是不斷提高蒸汽參數的歷史。通常的燃煤電廠是通過產生高溫高壓的水蒸氣來推動汽輪機發(fā)電。在374.15℃、22.115MPa壓力下，水蒸氣的密度會增大到與液態(tài)水一樣，這個條件便是水的“臨界參數”，比這還高的參數便叫作“超臨界”，如將溫度升高到600℃，壓力到25～28MPa，蒸汽就進入“超超臨界”狀態(tài)。從表1可見，隨著進汽參數的逐步提高，機組功率也相應增大。同時蒸汽的溫度和壓力越高，發(fā)電效率就越高。一般來說，超臨界機組的熱效率比亞臨界機組高2%～3%，超超臨界機組的熱效率比超臨界機組又要高約4%。表1燃煤發(fā)電機組蒸汽參數表熱效率提高的直接效果就是煤耗的降低。上海外高橋第三電廠的百萬超超臨界機組2010年的供電煤耗降至279.39g/kW·h，成為世界上首個沖破煤耗280g/kW·h整數關口的機組。據測試，如果每度電節(jié)省1g煤，該廠全年2臺機組就能省下近1.2萬t標準煤。這意味著，與全國平均能耗（335g）相比，外高橋第三電廠2010年節(jié)煤達到了67萬t左右，折合人民幣約6.7億元；同時可減排二氧化碳48萬t、二氧化硫0.36萬t和煙塵2.85萬t，達到了整體節(jié)能減排。（2）采用二次再熱技術。在常規(guī)一次再熱的基礎上，汽輪機排汽二次進入鍋爐進行再熱。汽輪機增加超高壓缸（VHP），超高壓缸排汽為經過鍋爐一次再熱器加熱后進入高壓缸（HP），高壓缸排汽經過鍋爐二次再熱器加熱后進入中壓缸（IP），這就是世界上最新的二次再熱技術（見圖1、圖2）。圖1江蘇泰州電廠百萬超超二次再熱機組各汽缸的蒸汽參數圖2百萬超超二次再熱機組各汽缸結構圖2015年9月25日，世界首臺百萬千瓦超超臨界二次再熱燃煤發(fā)電機組在江蘇泰州電廠正式投入運營。2016年6月，山東萊蕪電廠6號機百萬超超臨界二次再熱機組完成各項性能考核試驗，在機組發(fā)電效率、發(fā)電煤耗等指標均刷新了世界紀錄（見表2），機組各項環(huán)保指標全面優(yōu)于國家超低排放限額，成為世界上效率最高、能耗最低、指標最優(yōu)且環(huán)保最好的燃煤機組。表2常規(guī)百萬超超臨界一次再熱與二次再熱機組指標比較表截止2014年末，全國發(fā)電裝機容量達13.6019kW，居世界第一。我國大陸總人口13億人，我國人均發(fā)電裝機已經歷史性達到1kW。其中，煤電8.3kW，占61%，仍占絕對優(yōu)勢地位。因此，中國的電站設備制造行業(yè)并不滿足上述指標，仍在不斷創(chuàng)新，不斷優(yōu)化機組參數。目前，先進的700℃超超臨界發(fā)電技術已正在緊鑼密鼓地研發(fā)中，使燃煤機組朝著大容量、高參數、排放少、煤耗低的發(fā)展方向闊步前進。2.燃氣發(fā)電機組天然氣是產生于油氣田的一種無色無臭的可燃氣體。其主要組分是甲烷（CH4），大約占80%～99%，因此燃燒充分。天然氣作為一種清潔能源，既可減少煤和石油的用量，又能減少二氧化硫和粉塵排放量近100%，減少二氧化碳排放量60%和氮氧化合物排放量50%，并有助于減少酸雨形成，舒緩地球溫室效應，因而大大改善環(huán)境污染問題。燃氣發(fā)電機組由于效率高、排放少、可調峰的優(yōu)點，建造燃氣發(fā)電機組將成為我國中東部大型城市發(fā)電的主導機組，特別是北京、上海等特大型城市今后基本不上燃煤發(fā)電機組，改上燃氣發(fā)電機組，如北京西三環(huán)的鄭常莊、東部的京橋和高安屯、西五環(huán)的西北熱電、北六環(huán)的未來城以及西北部的上莊燃機電廠；上海除石洞口3臺F級燃機外，臨港電廠上了4臺F級燃機（見圖3），接下來，閔行、奉賢及崇明等燃機電廠也在規(guī)劃中。圖3上海臨港燃機電廠夜景燃氣發(fā)電機組的工作原理：壓氣機壓縮后的高壓空氣和燃料在燃燒室內燃燒，將化學能轉變成熱能，高溫高壓燃氣帶動燃氣透平旋轉，從而帶動發(fā)電機，將機械能轉化為電能（見圖4）。圖4燃氣輪機工作原理圖由于它以空氣為工作介質而不是水蒸氣，從而省去了鍋爐、冷凝器、給水處理等設備,目前燃氣輪機裝置單循環(huán)效率已經達到了40%。燃氣-蒸汽聯合循環(huán)是廢熱回收的一種有效措施。燃機的排氣溫度為500～600℃，直接廢氣排空將造成巨大的能源浪費，單機熱效率只有36%～40%。采用聯合循環(huán)，利用余熱加熱蒸汽，再驅動汽輪機作功，可充分提高機組的整體熱效率（見圖5），最新產品熱效率可達60%。燃氣輪機根據透平進氣溫度和壓比分為E級、F級和H級（見表3），機組效率和功率也隨之增加。世界上最先進的H級燃氣輪機的聯合循環(huán)效率可達60%，功率可達570MW。此外，燃氣發(fā)電機組還具有單位投資少（500～600美元/kW），調峰性能好、啟?？旖?，占地少（約為燃煤電廠的30%～40%），耗水量少（約為燃煤電廠的1/3），建廠周期短（石洞口15個月建成3臺機組），自動化程度高等特點。截至到2013年年底，我國天然氣發(fā)電裝機達4309萬kW，僅占總裝機容量的3.45%；發(fā)電量達1143kWh，僅占總發(fā)電量的2.19%。與發(fā)達國家相比，我國天然氣發(fā)電裝機比重仍非常低。據了解美國、日本和歐盟的燃氣機組已分別占到全部裝機的23.28%、27.42%、23.47%。到2020年，我國天然氣發(fā)電裝機規(guī)模將達1億kW，而即便如此，也僅占總裝機容量的4.71%。任重而道遠，還需我們繼續(xù)努力！3.核電機組核電廠用的燃料是鈾。用鈾制成的核燃料在“反應堆”內發(fā)生裂變而產生大量熱能，再用冷卻劑（水或氣體）將熱能帶出，在蒸汽發(fā)生器內產生蒸汽，蒸汽推動汽輪機帶著發(fā)電機一起旋轉，電就源源不斷地產生出來（見圖6），并通過電網送到四面八方。核電是一種清潔低碳能源，燃料成本低，二氧化碳零排放，經濟性好，持續(xù)供應能力強，代表著能源優(yōu)質化方向。目前世界上已有30多個國家或地區(qū)建有核電站。根據國際原子能機構（IAEA）統(tǒng)計，截至2013年12月，共有436臺核電機組在運行，總裝機容量約3.7億kW。核電站主要分布在北美的美國、加拿大；歐洲的法國、英國、俄羅斯、德國和東亞的日本、韓國等一些工業(yè)化國家。核電約占全球總發(fā)電量的15%，其中法國高達74.8%，韓國為30.4%，美國為19%。圖5燃氣-蒸汽聯合循環(huán)基本原理圖6核電機組工作原理表3燃氣輪機E級、F級和H級各項參數比較表中國大陸核電發(fā)展主要經歷了核電起步、適度發(fā)展、積極發(fā)展和安全高效發(fā)展階段。20世紀70年代初，我國大陸核電開始起步。1984年第一座自主設計和建造的核電站--浙江秦山核電站破土動工，至1991年12月15日成功并網（見圖7）。2000年召開的黨的十五屆五中全會提出了“適度發(fā)展核電”的方針。我國相繼建成了秦山二期核電站、廣東嶺澳一期核電站、秦山三期核電站等，使我國核電設計、建造、運行和管理水平得到了很大提高，為我國核電加快發(fā)展奠定了良好的基礎。進入新世紀，中國核電邁入批量化、規(guī)模化的快速發(fā)展階段。2010年10月，黨的十七屆五中全會確定我國“在確保安全的基礎上高效發(fā)展核電”的方針。我國核電也由此進入了安全高效、穩(wěn)步發(fā)展的新階段。圖7秦山核電站一期發(fā)電紀念極限明信片截止至2015年6月底，中國投入商業(yè)運行的核電機組共25臺，總裝機容量為2357萬kW，占總裝機容量的1.73%。2011年日本福島核事故的陰影正在淡去，我國在2015年正式重啟沿海核電項目審批，在建核電機組達到了26臺，在全球各核電國中，核電機組在建數量位居第一。根據中國的核電發(fā)展目標，到2020年，中國的核電裝機容量將從當前的2357萬kW增加到5800萬kW。我國當前建設的核電站除秦山第三核電站采用重水堆外，其余核電站均采用壓水堆。壓水堆由（核）蒸汽供應系統(tǒng)（核島或一回路）和汽輪發(fā)電機系統(tǒng)（常規(guī)島或二回路）組成（見圖8），結構緊湊，經濟性好，安全性也好，在蒸汽發(fā)生器中產生的推動汽輪機轉動的蒸汽不帶放射性。安全殼高約60m，內部直徑約40m，厚約1m。而日本福島第一、第二核電站共10臺機組均為沸水堆，安全性差，其蒸汽帶有放射性。圖8壓水堆核電機組結構圖從核電安全標準上，國務院討論并通過《核電安全規(guī)劃》和《核電中長期發(fā)展規(guī)劃》要求，“按照全球最高安全要求新建核電項目。新建核電機組必須符合三代安全標準?！蔽覈哂凶灾髦R產權的三代核電技術目前有華龍一號和CAP1400。其中中核和中廣核合作開發(fā)的“華龍一號”將落地福清和防城港二期。“華龍一號”成熟性、安全性和經濟性可滿足三代核電技術要求，設計技術、設備制造和運行維護技術等領域的核心技術具有自主知識產權，是目前國內可以自主出口的核電機型。自2014年以來，中國核電加快“出?！蹦_步。國家能源局原局長張國寶曾這樣形容：“出口一個核電站，相當于出口100萬輛桑塔納轎車?！敝袊暮穗姵隹谡蔀槔^高鐵之后的又一大名圖6秦山核電站一期發(fā)電紀念極限明信片片。中國核電主管部門與核電企業(yè)先后與法國、阿根廷、意大利及西班牙等國簽署了合作文件，特別是巴基斯坦卡拉奇核電項目2號、3號機組和英國布拉德韋爾核電站將使用“華龍一號”技術，這意味著“華龍一號”將正式走出國門。4.可再生能源發(fā)電機組按照國務院《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃（2014-2020年）》要求，加快發(fā)展可再生能源。到2020年，非化石能源占一次能源消費比重達到15%。其中力爭常規(guī)水電裝機達到3.5億kW左右；風電裝機達到2億kW，風電與煤電上網電價相當；太陽能光伏裝機達到1億kW左右，光伏發(fā)電與電網銷售電價相當；地熱能利用規(guī)模達到5000萬t標準煤。同時要提高可再生能源利用水平，加強電源與電網統(tǒng)籌規(guī)劃，科學安排調