烟气除尘,目前大型电站一般采用静电除尘器,除尘效率可达99%以上。
国外目前正在研究开发先进的脱硫工艺,以及可以同时脱除90%以上SO2和NOX的烟气净化新技术。
我国电站烟气净化尚处于初级阶段。90%的火电站装了除尘器,平均除尘效率90%,其中静电除尘仅占总数的12%,除尘效率96%。新建大型电站靠高烟囱(210米以上)扩散,扩散效果虽不差,可减轻城市空气污染,但不能解决地区的污染问题。
(2)煤的气化与液化
1)煤炭气化。煤炭气化是把经过适当处理的煤送入反应器,在一定的温度和压力下通过气化剂(空气或氧和蒸气),以一定的流动方式转化成气体。气化技术可将各类煤转化成各种气体产品,包括城市民用和工业用燃料气、发电燃料气、化工燃料气等。
煤的气化主要产生CO与H2灰分形成废渣排出。煤气化的好处是可在燃烧前脱除气态硫和氮组分。
1990年,我国煤制气消费量为235.9亿立方米。目前采用常压水煤气工艺、常压固体床--段气化工艺等。正在开发常压循环流化床和常压固体床两段气化工艺。
国外正开发多种煤气化新工艺,目的是扩大气化煤种,提高处理能力和转换效率,减少污染物排放。还有地下煤层气化技术已引起各国重视,也有发展前途,值得研究。
2)燃气--蒸汽联合循环发电。以煤气化生产燃料气,驱动燃气轮机发电,余气再用来烧锅炉,生产蒸气驱汽轮机发电。煤气经净化处理,可在燃烧前脱除硫和氮;联合循环可提高系统热效率。新一代煤气化联合循环发电的供电效率可达43-46%。
目前,国外已进入示范阶段的煤气化联合循环发电主要有三个方案:整体煤气化联合循环发电方案;增压流化床联合循环方案;第二代增压流化床煤气化联合循环发电方案。目前,在建和拟建的煤气化联合循环发电示范厂共24个。单套容量已达250-600兆瓦。
我国引进几套燃油联合循环机组,可供开发煤气化联合循 环发电的借鉴。另正在引进和开发高精燃气蒸汽联合循 环发电技术。关于增压流化床燃气--蒸汽联全循环发电技术,我国已研究开发,取得了阶级性成果。
3)燃煤磁流体发电技术。亦称等离子体发电。是使极高温度并高度电离的气体高速流经强磁场直接发电的新型发电厂。当燃煤得到的2600K以上的高温等离子气体以高速 流过强磁场时,气体中的电子受磁力作用和气化中的活化金属粒子(钾、铯)的相互磁撞,沿着与磁力线成 直的方位流向电极而发出直流电,经交、直流交换装置可送入电网。从磁流体出来的气体可送往常规锅炉,加热水产出蒸汽,驱动汽轮机发电,组成高效率的联合循环,总的热效率可达50-60%,由于磁流体发电所用的钾盐可有效地脱硫和可以用控制燃烧的方法来有效控制NOX的产生,故它又是一种低污染燃烧发电技术。
4)煤炭液化。煤炭液化分间接液化和直接液化两类。间接液化是煤先气化,生产原料气,经净化后再进行调质反应,调整H2与CO的比例。
直接液化是把煤直接转化成液体产品。已完成中试的工艺主要有供氢溶剂法(EDS),氢一煤法,SRC法。
80年代开发出第三代两段催化加氢液化新工艺和煤-油共炼工艺,提高了煤液化的经济性。
我国1980年重新开展煤炭直接液化研究,从国外引进了小型试验装置,迄今已对多种煤进行了液化性能和工艺条件试验,以及直接液化和煤-油共炼试验。
在间接液化方面,我国对煤制甲醇做了大量工作。甲醇是用含H2和CO的原料制造的,可用作化工原料、溶剂和燃料。甲醇用作汽车燃料,可在汽油中掺入5%,15%,25%(M-15,M-25),或用纯甲醇(M-100);甲醇和异丁烯合成甲基叔丁基醚(MTBE),用作无铅汽油辛烷值 加济;或直接合成低碳混 合醇(甲醇70%,低碳醇30%),用作汽油辛烷值 回剂。甲醇还可制取合成汽油。目前,我国甲醇年产能力超过60万吨,其中约20%用作燃料。煤制燃料甲醇已有成熟技术。
2、核能新技术
(1)新一代压水堆核电站
具有固有安全性的核电站反应堆。核反应堆在任何事故条件下都能自动停止运行,而且在最严重的假想事故条件下,停堆后的堆芯乘余热能依靠自然循环机理,导出堆外,保持堆内芯部和燃料元件的完整,从根本上排除堆芯深地、放射性逸出的可能,这种特性称为固有安全性,如改进压水堆、模块式高温气冷堆等。
(2)核燃料的增殖-快中子增殖反应堆。热中子反应堆主要是利用开然铀内的少量铀-235,以及在反应堆生成少量钚-239。因此热中子堆仅利用天然铀中2%左右的铀,世界上探明的铀资源难以保证核能的长期大规模利用。由快中子来产生和维持链式裂变反应的反应堆--快中子堆,才有可能实现核燃料的增殖。快中子堆以钚-239为裂变燃料,由铀-238为增殖原料,铀-238俘获快中子后又可生成钚-239。由于一个钚-239原子核裂变放出的中子数平均值比一个铀-235核裂变放出的中子数为多,而且新生的钚-239有可能比消耗的钚-239还多,这样就可以实现核燃料的增殖。1951年,美国建成世界上第一座按上述原理工作的新型核反应堆-快中子增殖堆。到70年代末,快中子堆示范电站输出电功率已达3万千瓦,开始进入实用阶段。我国“863”计划已计划建造快中子实验堆。快中子堆在理论上可以利用全部铀资源,但实际上由于各种损失,约可利用铀资源达到60%以上。
(3)新的 供热资源-低温核供热堆和高温气冷堆
低温核供热堆是压水堆型的热中子堆,但它的参数远低于核电站用的压水堆,其压力约为15巴,温度200℃左右。由于参数低,设备造价低,在经济上有竞争力,世界上如原苏联、加拿大、德国、瑞典、瑞士、法国等国都有发展低温核供热的计划。我国开展低温核供热堆已有多年,第一个5000千瓦的低温核供热试验堆已于1990年投入运行。
高温气冷堆是采用石墨作慢化剂和惰性气体氦气作冷却剂的热中子堆。由于石墨耐高温,所以反应堆出口的氦气温度可以高达950℃。元远高于核电站压水堆的出口水温300-350℃,现在设计的模块型高温气冷堆不仅可以高温供热,高效发电,而且有很好的固有安全性能。德国和美国在60年代就有实验堆和示范堆运行,目前日本正在建造3万千瓦热功率的高温气冷实验堆,我国“863”计划也决定在本世纪内建造1万千瓦热功率的实验堆。