1、火力發(fā)電廠碳減排技術(shù),北京交通大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院 2010年1月12日,目錄,國際二氧化碳形勢,部分國家的低碳化指標(biāo),中國能源的現(xiàn)狀,中國是一個嚴(yán)重依賴化石能源的國家，可再生能源消費比例低于世界平均水平,2008年各國二氧化碳排放量,二氧化碳單位排放量,電力行業(yè)二氧化碳排放量,各國的CO2減排行動,碳減排技術(shù),超（超）臨界技術(shù)、循環(huán)流化床技術(shù)（CFB）、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)技術(shù)（IGCC）、熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)（CHP）、CCS技術(shù),提高可再生能源及核能等技術(shù)的比重，優(yōu)化電力結(jié)構(gòu)減低碳排。,通過電力調(diào)度順序、發(fā)電權(quán)交易和減少廠用電等措施減排。,采用清潔發(fā)展機制CDM進行國際合作，轉(zhuǎn)讓的資金和技術(shù)獲得

2、核證減排量。,火電廠CO2捕集的技術(shù)路線,IGCC技術(shù),IGCC發(fā)電技術(shù),IGCC發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成：,IGCC發(fā)電技術(shù),IGCC技術(shù)的特點,發(fā)電效率顯著提高，目前可達(dá)4345%； 污染物脫除率高、耗水少，污染物排放量僅為常規(guī)燃煤電廠的10%，脫硫率可達(dá)99%，NOX和耗水量分別只有常規(guī)電廠10%20%和1/21/3； 有利于CO2減排，目前成熟工藝可分離85%以上的CO2； 可實現(xiàn)多聯(lián)產(chǎn)和副產(chǎn)品的綜合利用，如氣化爐出來的煤氣可用于合成胺、甲醇、二甲醚等化工產(chǎn)品，硫的回收率接近99%等。,IGCC技術(shù)的碳減排效果,IGCC的CO2減排效果 據(jù)有關(guān)資料顯示：目前，IGCC電站的發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗在240g

3、/kWh以下，而2008年我國火力發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗為322g/kWh。 以一臺300MW機組為例，若年發(fā)電量為16.25億千瓦時 注：*2008年火力發(fā)電量為2.8萬億千瓦時； *IGCC電站CO2捕獲率為85%； *1g標(biāo)準(zhǔn)煤2.496gCO2。,IGCC技術(shù)存在問題,成本較高 操作靈活性低和變負(fù)荷性能 其建設(shè)周期較長和運行經(jīng)驗較少 可用率低，目前的示范IGCC電廠可用率在7085。,富氧燃燒技術(shù),富氧燃燒技術(shù),通過制氧技術(shù)，將空氣中大比例的N2脫除，直接采用高濃度的O2與抽回的部分煙氣的混合氣體來代替空氣，這樣得到的煙氣中有高濃度的CO2氣體，可以直接進行處理和封存。 優(yōu)點 縮小鍋爐和煙道的尺

4、寸，降低造價。 缺點 制氧技術(shù)的投資和能耗太高。,燃燒后捕碳技術(shù),LEAN/RICH,HEAT,EXCHANGER,GAS,TO,STACK,SCRUBBER,STRIPPER,FLUE,GAS,COOLER,BLOWER,REBOILER,FLUE GAS,SOLVENT SOLUTION,COOLING WATER,POWER FOR,LEAN/RICH,HEAT,EXCHANGER,GAS,TO,STACK,SCRUBBER,STRIPPER,FLUE,GAS,COOLER,BLOWER,REBOILER,FLUE GAS,CLEANED FLUE GAS,SOLVENT SOLUTIO

5、N,CO2,COOLING WATER,STEAM FOR CO2 RELEASE,POWER FOR,CO2 COMPRESSOR,熱交換器,溶液,冷卻水,煙囪,廢氣,引風(fēng)機,潔凈廢氣,冷卻器,二氧化碳,CO2壓縮功,釋放CO2所需的蒸氣,再熱器,燃燒后收集： 發(fā)電站及工業(yè)生產(chǎn)中的CO2由廢氣脫除裝置分離,分離裝置,吸收裝置,燃燒后捕碳技術(shù),物理吸收法,化學(xué)吸收法,1 物理吸收法 機理： 利用溶劑分子的官能團對不同分子的親和力不同而有選擇性地吸收氣體 典型物理吸收法 聚乙二醇二甲醚法(Selexol法)和低溫甲醇法(Rectisol法) 適用范圍 ：高壓、高濃度CO2的IGCC電廠 優(yōu)點：

6、吸收劑吸收容量大、循環(huán)量少； 溶劑再生容易，再生熱耗低。,燃燒后捕碳技術(shù),燃燒后捕碳技術(shù),2 化學(xué)吸收法 機理：利用CO2為酸性氣體，以弱堿性物質(zhì)進行吸收，然后加熱使其解吸，從而達(dá)到脫除CO2的目的。 主要化學(xué)吸收劑：烷基醇胺、熱鉀堿溶液。,燃燒后捕碳技術(shù),醇胺的類型 以上各種醇胺結(jié)構(gòu)式中至少具有一個OH基及一個胺基。,燃燒后捕碳技術(shù),2 化學(xué)吸收法 優(yōu)點 吸收速度快、凈化度高，CO2回收率高; 對低濃度煙氣CO2捕獲有優(yōu)勢； 缺點 再生熱耗大 溶劑與其它氣體發(fā)生不可逆的化學(xué)反應(yīng)，溶劑損耗大(1.21.6 kg/tCO2)； 對吸收塔、再生塔及相應(yīng)管線有腐蝕作用。,燃燒后捕碳技術(shù),3 吸附法

7、機理：通過吸附體在一定的條件下對CO2進行選擇性地吸附，然后通過恢復(fù)條件將CO2解析出來，從而達(dá)到分離CO2的目的。 主要方法：變溫吸附法(TSA)、變壓吸附法(PSA)。,變壓吸附法(PSA),變壓吸附法是利用吸附劑對CO2的選擇性吸附。在吸附劑上CO2對其他組分有較大的分離系數(shù)，且吸附容量隨CO2的分壓上升而增大，隨吸附溫度的上升而減小。因此，可通過高壓低溫吸附、低壓高溫脫附來達(dá)到對CO2捕集回收的目的。主要的變壓吸附劑有氧化鋁類、活性炭類、硅膠類和分子篩類吸附劑等。 PSA運用在電廠CCS中存在的問題： 大型化后，占地面積太大 ； 對于非產(chǎn)品的CO2氣體，捕集的能耗和成本使電廠難以接受。

8、,燃燒后捕碳技術(shù),4 膜分離法 膜分離法是被認(rèn)為最有發(fā)展?jié)摿Φ拿撎挤椒ā?機理：在一定條件下，膜對氣體滲透的選擇性把CO2和其他氣體分離開。 按照膜材料的不同，主要有高分子膜、無機膜以及正在發(fā)展的混合膜和其他過濾膜。,燃燒后捕碳技術(shù),4 膜分離法 優(yōu)點：是一種能耗低、無污染、操作簡單、操作彈性大、易保養(yǎng)的清潔生產(chǎn)技術(shù)。 缺點：膜高選擇性和高透過率不易同時達(dá)到. 如何研究出一種同時具有高選擇性和高透過率的膜材料是未來研究的方向。,電廠碳捕獲技術(shù)小結(jié),火電廠碳減排技術(shù)經(jīng)濟成本分析,IGCC電站成本構(gòu)成,空分裝置投資約占13%,IGCC造價一般都是常規(guī)電廠的2倍。,CCS技術(shù)成本,燃?xì)夂腿济弘姀S中使

9、用CO2捕集技術(shù)，每產(chǎn)lkWh電大約在增加0.010.05美元。燃煤電廠每噸CO2捕集成本會低于燃?xì)怆姀S，但產(chǎn)lkWh電會有更多的CO2需要捕集。 CO2封存的成本取決于地點以及注射的方法。一般來講大約每封存1噸CO2需要12美元，封存成本與捕集和運輸成本比是很小的。,以某350Mw電站鍋爐為例，采用燃燒后捕集方式，運行費 用為 元h。,39649.3,火電廠碳減排技術(shù)應(yīng)用實例,（1） 1984年美國在加州成功試運第一座IGCC 2003年，美國首先提出了建立基于IGCC的燃燒前捕碳的近零排放電站的“未來發(fā)電”計劃。項目計劃用10年時間，設(shè)計、建設(shè)并運行一套裝機容量275 MW、以煤為燃料、采

10、用CO2存儲技術(shù)、達(dá)到接近零排放的制氫和發(fā)電的示范電廠?！拔磥戆l(fā)電”項目已確定伊利諾斯州為最終廠址。 （2）歐盟提出了相似的Hypogen計劃。項目計劃建立一套400 MW 的IGCC電站，利用變換將氣化的合成氣變換成H2 和CO2，分離后的CO 2進行封存，而H 2則進行燃料電池和燃機循環(huán)發(fā)電。 （3）日本進行的相似計劃是新陽光計劃中的“鷹”(煤的氣液電多聯(lián)產(chǎn))項目。該項目也是基于IGCC，加上燃料電池與氫氣燃機，形成煤氣化燃料電池燃機汽輪機的整體聯(lián)合循環(huán)。在此基礎(chǔ)上，再進行CCS，通過提高發(fā)電效率和捕集CO2來降低碳的排放。 （4）國外相似的計劃還有澳大利亞的零排放發(fā)電(ZeroGen)；

11、德國RWE公司的450 MW IGCC以及CCS項目；荷蘭Nuon電廠的二期計劃(1 200MW，抽取2.5 進行CCS)；另外，還有力拓公司和BP公司聯(lián)合進行的“Kwinana”項目(500 MW)等。,以IGCC為基礎(chǔ)的燃燒前捕CO2項目,IGCC技術(shù)示范電站,以下為5個發(fā)展較為成熟的商業(yè)示范電站運行的基本情況：,國內(nèi)IGCC技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用,2006年初，我國投運了第一座非電力企業(yè)投運的IGCC電站兗州礦務(wù)局煤的多聯(lián)產(chǎn)工程。 該多聯(lián)產(chǎn)工程氣化爐煤量為1000t/d，其中煤氣化采用多噴嘴對置式新型氣化爐，該技術(shù)是由華東理工大學(xué)與兗礦集團有限公司魯南化肥廠、中國天辰化學(xué)工程公司聯(lián)合研究開發(fā)的

12、新型氣化技術(shù)。并采取氮氣稀釋法降低NOx排放，采用中科院工程熱物理所開發(fā)的應(yīng)用于6B燃?xì)廨啓C的低熱值燃?xì)獾偷紵鳌?主要產(chǎn)品為：,國內(nèi)IGCC技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用,2004年，我國開始實施“綠色煤電”計劃，開始了“綠色煤電”的系統(tǒng)設(shè)計集成、煤氣化、煤氣凈化、制氫和二氧化碳分離、燃料電池、富氫氣體燃燒和二氧化碳封存7個技術(shù)專題的研究工作。 2009年7月6日我國首座自主開發(fā)、設(shè)計、制造并建設(shè)的IGCC示范項目華能天津IGCC示范電站正式開工建設(shè)，標(biāo)志著具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)、代表世界清潔煤技術(shù)前沿水平的“綠色煤電”計劃取得了實質(zhì)性進展 。,富氧燃燒技術(shù)捕獲CO2項目,富氧燃燒發(fā)展的方向主要是降低制氧

13、的成本和能耗以及對系統(tǒng)的運行示范。 該技術(shù)已經(jīng)在美國、加拿大、歐洲、日本、澳大利亞和韓國等國家進行了中試示范研究，這些項目中很多都是利用現(xiàn)有小型機組進行改造 美國正在JameStone電廠示范50 MW 循環(huán)流化床的富氧燃燒系統(tǒng)，并計劃于2013年放大到400600 MW。 德國從2006年5月開始動工建造一個30 MW的富氧燃燒電站，據(jù)報道該項目已經(jīng)開始運行。 澳大利亞正在開展Callide項目，該項目與日本等國家進行合作，對一個60年代建造的4 臺30 MW 的電站進行改造，利用2臺330 t/a的空分系統(tǒng)提供氧氣98 )，每天回收75t CO2。項目計劃4年完成，現(xiàn)在正處于項目前期。Total公司正準(zhǔn)備在法國Lacq電廠完成一個30 MW 的項目，并計劃2009年開始示范運行。三井巴布公司正在建設(shè)一個40 Mw 的富氧燃燒項目，計劃在2009年之前進行運行。,燃燒后捕獲CO2項目