浅谈电力企业碳减排技术

浅谈电力企业碳减排技术

谢运明

关键词：碳减排、IGCC、富氧燃烧、捕碳技术

引言

所谓碳减排，顾名思义，就是减少二氧化碳的排放量。随着全球气候变暖，二氧化碳的排放量必须减少，从而缓解人类的气候危机。在人类排放的二氧化碳中，电力企业是最大排放源。因此，电力企业碳减排技术是缓解全球气候变暖的关键。

2015年，电力行业按照党中央、国务院的统一部署，坚持“节约、清洁、安全”的能源战略方针，主动适应经济发展新常态，积极转变发展理念，着力践行能源转型升级，持续节能减排，推进电力改革试点，加大国际合作和“走出去”步伐，保障了电力系统安全稳定运行和电力可靠供应，为经济社会的稳定发展和全社会能源利用提质增效做出了积极贡献。据中电联初步分析，2015年，全国电力二氧化硫排放约200万吨，比上年下降约67.7%，单位火电发电量二氧化硫排放量约为0.47克/千瓦时，比上年下降1克/千瓦时。

一、碳减排路径

中国发电行业同时面临机遇与挑战，一方面来自社会对电力需求持续增加的预期，主要的挑战在于是否具有适应不断增长的电力需求的能力，同时又能降低二氧化碳的总排放量。经济增长方式、政策约束、电力市场建设、低碳技术进步等方面决定了中国发电行业低碳发展面临巨大的挑战。

中国的电力结构以煤电为主，煤电发电量占总发电量的80%以上，煤电装机容量占总装机容量的70%以上，来自发电行业的二氧化碳排放量接近全国总排放量的50%。尽管中国政府大力发展水电、风电、光伏太阳能发电等低碳能源，未来以煤电为主的能源结构难以发生重大的变化。发电企业不仅是主要的碳排放者，也是清洁可再生能源发展的主力军。

发电企业温室气体减排主要有结构减排、工程减排、管理减排和市场减排四种途径：

结构减排，通过提高可再生能源、核能等低碳能源在电源结构中的比重，逐渐替代火电等高碳电源，优化电力结构，降低碳排放。

工程减排，通过提高机组能效，或采用捕集与封存技术减少碳减排，如超临界和超超临界技术、循环流化床、整体煤气化联合循环发电、热电联产、富氧燃烧技术、碳捕集利用与封存技术等。

管理减排，通过管理手段，减少厂用电，积极参与节能发电调度、发电权交易等方法减少碳排放。

市场减排，如碳排放交易，如目前正开展的清洁发展机制CDM（CleanDevelopmentMechanism），以及讨论中的行业减排方法和国内碳市场体系下的交易等。

二、电厂碳减排IGCC技术实例

2.1IGCC简介

IGCC（IntegratedGasificationCombinedCycle）整体煤气化联合循环发电系统，是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。它由两大部分组成，即煤的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电部分。IGCC的工艺过程如下：煤经气化成为中低热值煤气，经过净化，除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料，然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质以驱动燃气透平做功，燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机做功。

2.2IGCC技术的特点

1）效率显著提高，目前可达43~45%；

2）物脱除率高、耗水少，污染物排放量仅为常规燃煤电厂的10%，脱硫率可达99%，NOX和耗水量分别只有常规电厂10%~20%和1/2~1/3；

3）于CO2减排，目前成熟工艺可分离85%以上的CO2；

4）现多联产和副产品的综合利用，如气化炉出来的煤气可用于合成胺、甲醇、二甲醚等化工产品，硫的回收率接近99%等。

三、火电厂碳减排技术应用实例

1.以IGCC为基础的燃烧前捕CO2项目

1.1IGCC的发展历史

（1）1984年美国在加州成功试运第一座IGCC

2003年，美国首先提出了建立基于IGCC的燃烧前捕碳的近零排放电站的“未来发电”计划。项目计划用10年时间，设计、建设并运行一套装机容量275MW、以煤为燃料、采用CO2存储技术、达到接近零排放的制氢和发电的示范电厂。“未来发电”项目已确定伊利诺斯州为最终厂址。

（2）欧盟提出了相似的Hypogen计划。项目计划建立一套400MW的IGCC电站，利用变换将气化的合成气变换成H2和CO2，分离后的CO2进行封存，而H2则进行燃料电池和燃机循环发电。

（3）日本进行的相似计划是新阳光计划中的“鹰”（煤的气液电多联产）项目。该项目也是基于IGCC，加上燃料电池与氢气燃机，形成煤气化燃料电池燃机汽轮机的整体联合循环。在此基础上，再进行CCS，通过提高发电效率和捕集CO2来降低碳的排放。

（4）国外相似的计划还有澳大利亚的零排放发电（ZeroGen）；德国RWE公司的450MWIGCC以及CCS项目；荷兰Nuon电厂的二期计划（1200MW，抽取2.5％进行CCS）；另外，还有力拓公司和BP公司联合进行的“Kwinana”项目（500MW）等。

1.2国内IGCC技术的发展及应用

2006年初，我国投运了第一座非电力企业投运的IGCC电站——兖州矿务局煤的多联产工程。

该多联产工程气化炉煤量为1000t/d，其中煤气化采用多喷嘴对置式新型气化炉，该技术是由华东理工大学与兖矿集团有限公司鲁南化肥厂、中国天辰化学工程公司联合研究开发的新型气化技术。并采取氮气稀释法降低NOx排放，采用中科院工程热物理所开发的应用于6B燃气轮机的低热值燃气低氮燃烧器。

主要产品为：发电76MW、甲醇24万t/a、乙酸-20万t/a、硫磺-2万t/a。

2004年，我国开始实施“绿色煤电”计划，开始了“绿色煤电”的系统设计集成、煤气化、煤气净化、制氢和二氧化碳分离、燃料电池、富氢气体燃烧和二氧化碳封存7个技术专题的研究工作。

2009年7月6日我国首座自主开发、设计、制造并建设的IGCC示范项目—华能天津IGCC示范电站正式开工建设，标志着具有我国自主知识产权、代表世界清洁煤技术前沿水平的“绿色煤电”计划取得了实质性进展。

结语

从世界范围来看，电力行业是碳排放和碳减排的重要领域。电力行业是我国碳排放的主要行业之一，同时也是碳减排的重要领域。对于电力行业来说，碳减排不仅关系着行业的可持续发展，而且决定着能源领域碳减排的形势。对于电力企业，我们完全可以通过技术，把二氧化硫排放量控制在预期水平。

参考文献

[1]张雷.中国一次能源消费的碳排放区域变化［J］.地理研究，2006，25（1）：1-9.

[2]朱江玲，岳超，王少鹏等.1850—2008年中国及世界主要国家的碳排放［J］.北京大学学报（自然科学版），2010，46（4）：497-504.

[3]王铮，朱永彬.我国各省区碳排放量状况及减排对策研究［J］.战略与决策研究，2008，23（2）：109-115.

[4]黄斌；刘练波；许世森；；二氧化碳的捕获和封存技术进展[J]；中国电力；2007年03期

作者简介：

谢运明，1986年10月生，男，工作于华能桂林燃气分布式能源有限责任公司，节能专工，助理工程师，2007年毕业，本科，从事燃煤、燃机电厂生产管理工作。