火电厂脱碳技术

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火电厂脱碳技术

1燃煤电厂与环境污染燃煤电厂的污染主要有:大气污染、水污染、固体废弃物污染、噪声污染和电磁辐射等大气污染物主要是：由煤燃烧后产生的污染物，包括CO2、SO2、氮氧化物(NOx)、烟尘和含有汞的重金属等

2CO2排放与环境污染我国电力能源是以煤电为主即使到了2030年煤电比例依然地占到总量的70%。据统计，目前我国煤电带来的碳排放量已占到国内碳排放总量的1/3。目前，燃煤电站向大气环境排放大量的CO2，据气候模型显示，从现在起到若干年由于CO2导致的温室效应，可使全球气温上升1.4℃～5.5℃；可使海平面上涨几英尺，淹没海岸线；改变全球气候变化格局并使农作物欠收。

3CO2减排目标1997年12月，联合国气候变化框架公约第3次缔约方大会在日本京都召开，包括我国在内的149个国家和地区的代表通过了旨在限制发达国家温室气体排放量以抑制全球变暖的《京都议定书》，该议定书己于2005年2月生效。《京都议定书》规定，到2010年，所有发达国家的二氧化碳等6种温室气体的排放量，要比1990年减少5.2%，其中美国削减7%，欧盟8%，日本6%，加拿大削减6%，东欧各国削减5%至8%，发展中国家未作限定。

4CO2减排目标《京都议定书》是人类历史上首次以法规的形式限制温室气体排放，具有重要的意义。美国和中国是全世界CO2排放量最多的国家，预计在2010年之后，我国将超过美国成为全球最大的CO2排放国。2007年6月，我国“应对气候变化国家方案”出台，明确在2010年前，中国不承诺量化减排指标。

52009年11月26日正式对外宣布控制温室气体排放的行动目标，决定到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40％～45％。哥本哈根气候峰会：在最终达成的《哥本哈根协议》里，维护了《联合国气候变化框架公约》及其《京都议定书》确立的“共同但有区别的责任”原则，就发达国家实行强制减排和发展中国家采取自主减排行动作出了安排，并就全球长期目标、资金和技术支持、透明度等焦点问题达成共识。不过，峰会没有达成一项具有法律约束力的协议，关于“发达国家到底减排多少？”、“发达国家对发展中国家的减排帮扶如何落实？”、“减排是否执行一个标准？”等焦点问题几乎无一取得实质性进展。

6美国宣布将使碳排放总量比2005年减少17％；加拿大表示排放总量将在2006年基础上减少20％；欧盟声明将执行较1990年排放水平减排20%～30%的目标；日本承诺较1990年减排25%……与此同时，不少跨国公司也公布了各种各样的减排承诺，以树立良好的、负责任的品牌形象。

7碳减排的商业空间：技术、标准和碳关税著名经济学家斯蒂格利茨说：“在下一个10年，美国要做的就是利用一切机会，将减缓全球变暖产生的需求转化为市场”。发达国家一方面以正义的、无懈可击的理由推动全球减碳，另一方面把已经准备好的相关技术和设备推向全球，特别是发展中国家，以谋求下一轮经济增长的制高点，这早已不是什么秘密。著名学者郎咸平就曾表示，“在出口技术和设备的同时，美国一定会制定一套全球最为严格的标准，要想达标，你必须购买上述技术和设备。”

8相比之下，孙佑海(国家环境咨询委员会委员、中国环境资源法研究会副会长、中国政法大学教授和博士生导师)认为，中国在节能减排方面不能被欧盟、美国牵着走，应该打出自己的特色牌。虽然中国目前还处在自主减排的阶段，但是今后的减排压力一定会越来越大，而且如果不跟进，就不能融入世界经济的主流。对此，孙佑海提出了四点建议：一是不能再单纯地追求GDP；二是加大技术的提升，在保证经济增长的同时实现减排；三是加强管理，特别是立法；四是全民提高节能环保的意识，树立低碳的生活观念。

92010年11月坎昆协议《坎昆协议》主要内容1.第二承诺期：同意《京都议定书》工作小组应“尽早”完成第二承诺期的谈判工作，以“确保在第一承诺期和第二承诺期之间不出现空当”。2.减排：巩固了各国在哥本哈根承诺的减排目标。3.透明度：规定发达国家改善其排放量和减排行动的报告（包括每年提交排放清单，报告援助发展中国家减排的资金情况等），同时也规定发展中国家每两年进行一次排放和减排报告。

10坎昆协议4.资金：关注到发达国家集体承诺提供新的和额外的资金，在2010年至2012年间启动300亿美元的快速启动资金，该资金将优先用于生态最脆弱的发展中国家。在长期资金问题上，决定“按比例增加、新的额外的、可预期的，以及足够的资金应该提供给发展中国家”，并承认发达国家应在2020年联合募集1000亿美元用于发展中国家。

11发电行业CO2减排类型①CO2零排放量的可再生能源发电项目——如水电、风能、太阳能、潮水、地热等；②低碳排放的发电项目——如燃料替代的联合循环燃气发电厂和超超临界燃煤发电厂；③垃圾填理瓦斯气回收发电；④煤层气的瓦斯气回收发电；⑤生物质热电联产；⑥农业工业和城市废物或生物沼气发电；由于可见，发电行业碳减排潜力很大，而这种潜力可通过CDM转化为经济效益。

12(OrganicRankineCycle，ORC)有机朗肯循环，用有机流体替代水作为工质的朗肯循环

13我国首个利用鸡粪发电的发电厂，在福建省光泽县。2009年4月9日下午，福建凯圣生物质发电公司110千伏输电线路与福建电网并网后顺利通过72小时满负荷试运行，这标志着亚洲首座鸡粪发电厂——凯圣热电厂正式发电。传统化石燃料发电系统的平均综合效率数十年以来一直保持在35%~37%，而一般的热电联产系统的综合效率达60%~80%，最先进的热电联产系统的综合效率可达到90%以上。

14燃煤电厂脱碳技术碳捕集与封存（CarbonCaptureandStorage，简称CCS）在全球各地受到了广泛重视。国际能源署研究表明，到2050年将温室气体浓度限制在450ppm的所有减排技术中，仅CCS就需贡献20%。当前，包括IEA(国际能源机构)在内的全球主要能源研究机构和主要碳减排积极倡导组织和国家已经一致将CCS技术作为未来的主要碳减排技术。

15CCS面临的主要问题仍缺少CO2捕集、净化、运输、封存一体化的商业性示范项目难以接受CCS所引起的高昂成本按照现有项目估算，CCS项目的商业化运行成本是每吨CO2约70美元左右。CCS将降低发电效率并增加能耗生产同一度电需要多消耗能源约20%～25%左右。

16还未找到可行的独立运营商务模式封存涉及一系列复杂的具体问题CO2驱油还不是CO2永久封存技术缺少一个明确的政策与法律框架全球公众当前对CCS技术难以接受将CCS纳入CDM机制存在难度CDM：清洁发展机制

17CDM是发展中的国家参与环保的一种新型国际合作机制。该机制是发达国家通过提供资金和技术援助，来换得在发展中国家境内实施温室气体减排项目的经核证的CO2减排量（CERS），该CERS可抵消发达国家在本国的CO2减排量。由于发达国家在本国减排CO2成本比在发展中国家高出5～20倍，因此发达国家愿意以资金援助与技术转让的方式在没有减排责任（义务）的发展中国家实施减排项目。

18CDM项目在我国的进展①中国将提供全球1/3CO2减排量交易②超超临界方法学获联合国CDM执行理事会批准，名为超超临界燃煤发电。③加拿大与中国的五年协议。中外联手开发碳封存技术，明确在山西为期5年CO2封存技术，获1000万元（人民币）开发研究1000m深井封存。④英国与中国华电的绿色发展协议，在燃煤发电上开展低碳排放。⑤美国博地公司与中国华能发展绿色煤电，美国以10亿美元参股（56%），发展IGCC和碳捕集、封存（CCS）。⑥澳大利亚与中国华能发展在煤电上捕集CO2，约3000t试验，已在北京热电厂实施。⑦英国益可与华电签约减碳协议，在4个超超临界燃煤电厂上实施。

19燃煤电厂脱碳技术在电厂主要有3种不同的捕集技术路线，即：燃烧前脱碳整体煤气化联合循环(IntegratedGasificationCombinedCycle，IGCC)发电技术富氧燃烧技术(燃烧中捕集)燃烧后脱碳

20一、IGCC技术是将煤气化技术与高效的联合循环有机结合的先进动力系统。如图所示，它由两大部分组成，即煤的气化与煤气净化系统部分和燃气—蒸汽联合循环发电系统部分。第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气冷却净化系统；第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、汽轮机发电系统。

21典型IGCC系统图

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23IGCC的工艺流程煤经过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，成为清洁的气体燃料，然后送入燃气轮机的燃烧室中燃烧，加热燃气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，产生过热蒸汽驱动汽轮机做功。IGCC联合循环动力岛较常规的联合循环系统工质和能量的交换与转换利用更为复杂。

24气化炉气化炉是IGCC系统的关键设备之一，在煤气化过程中，部分碳在燃烧区的氧化气氛下燃烧，产生的高温用来切断煤中高分子化学键，使其与气化剂反应，生成含有CO、H2、CH4等可燃气体的合成煤气。当气化剂是氧气时生成中热值煤气；当气化剂是空气时，因其含有大N2，生成低热值煤气。目前，普遍看好的气化炉主要是以氧气为气化剂的喷流床气化炉。

25煤气的净化设备原煤中所含的相当一部分灰分、硫分、氮分以及碱金属盐和卤化物等都转移到粗煤气中，这些有害物质若未除尽，不仅会导致燃气透平的腐蚀、磨蚀和结垢，影响其使用寿命和工作可靠性，还会影响周围环境，同样会造成因烧煤而带来的污染问题。目前，在IGCC中使用的粗煤气净化系统有“常温湿法的净化系统”和“高温干法的净化系统”。当前所应用的气体净化系统以湿法除尘常温脱硫的净化技术较为成熟。

26常温湿法净化系统首先采用旋风分离器和250℃的陶瓷过滤器进行初级除尘，然后经过湿法洗涤器，使煤气粉尘浓度降至1ppm以下；此后，除尘后的煤气经过HCN/COS水解器，将COS转为H2S，将HCN转化为NH3，进而进入MDEA脱硫装置和Claus硫回收装置中脱硫，并回收元素硫，脱硫率达94%，最后经SCOT装置的进一步使用，可使脱硫效率提高到97·85%以上。

27IGCC控制污染物排放的特点和优势：①IGCC通过煤炭气化和煤气净化，使炭变为洁净煤气，再到燃气轮机中燃烧做功，相当于常规锅炉的燃烧前处理。一般来说，燃烧前处理要比燃烧中、燃烧后处理更合理、更经济；②IGCC中处理的对象主要是粗煤气。在相同条件下,煤气的流量只是烟气的1/10量级，而且煤气在更高压力下污染物的浓度高，因而可以用更小的代价脱除更多的污染；③煤炭气化与燃烧有很大不同，特别是在气化的还原性气氛下，煤中的硫分主要变成H2S，它比SO2的脱除要容易得多；④由于采用联合循环，高效节水，热污染少，同时由于效率高，污染物排放相应减少；⑤由于采用气化工艺，可以同化工技术相结合，不仅可以实现多联产，而且对分离利用CO2也提供了一个比较现实的途径。

28二、富氧燃烧技术用比通常空气(含氧21%)含氧浓度高的富氧空气进行燃烧，称为富氧燃烧。燃料在氧气和二氧化碳混合气体中的燃烧，能大幅度地提高燃烧产物中的CO2浓度，将会使分离和捕集CO2的工艺相对简单且成本降低，同时可以大幅度减少甚至消除燃煤产生的其他污染物的排放。

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30三、燃烧后脱碳-烟气脱碳吸收法吸附法低温蒸馏法膜分离法等

31吸附法吸附法可分为变压吸附法（PSA法）和变温吸附法（TSA法）。PSA法是基于固态吸附剂对原料气中的CO2有选择性吸附作用，高压时吸附量较大，降压后被解吸出来而进行的。TSA法则是通过改变吸附剂的温度来吸附和解吸CO2。通常工业上较多采用变压吸附法。

32低温蒸馏法低温蒸馏法是利用CO2与其它气体组分沸点的差异，通过低温液化，然后蒸馏来实现CO2与其它气体的分离。该方法设备庞大、能耗较高、分离效果较差，因而成本较高，目前尚处于理论研究阶段。

33膜分离法膜分离法是基于混合气体中CO2与其它组分透过膜材料的速度不同而实现CO2与其它组分的分离。该方法投资低、能耗低、操作方便，是发展迅速的节能型气体分离技术。其缺点是提取的CO2纯度不高，为了得到纯度较高的CO2气体，可与溶剂吸附法结合起来应用，前者作粗分离，后者作精分离。

34化学吸收法化学吸收法分离脱除烟气中的CO2时，常用的吸收剂有醇胺溶液、强碱溶液、热苛性钾溶液等。目前应用广泛的是醇胺吸收剂，即一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、甲基二乙醇胺(MDEA)和2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)胺化学吸收法分离回收烟气中CO2工艺

35工艺布置

36脱碳抽气点选在FGD和冷却塔之间管道上

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38典型的化学吸收法分离脱除烟气CO2的工艺流程：经过除尘、脱硫等处理后的烟气经初步冷却和增压后，从吸收塔下部进入，在塔内与由塔顶喷射的吸收剂溶液逆相接触。烟气中的CO2与吸收剂发生化学反应而形成弱联结化合物，脱除了CO2的烟气从吸收塔上部被排出吸收塔。而吸收了CO2的吸收剂富CO2吸收液（简称富液）经富液泵抽离吸收塔，在贫富液热交换器中与贫CO2吸收液（简称贫液）进行热交换后，被送入再生塔中解吸再生。富液中结合的CO2在热的作用下被释放，释放的CO2气流经过冷凝和干燥后进行压缩，以便于输送和储存。再生塔底的贫液在贫液泵作用下，经过贫富液换热器换热、贫液冷却器冷却到所需的温度，从吸收塔顶喷入，进行下一次的吸收。

39从除尘、脱硫后引来的烟气温度约为40～50℃，正好处于MEA理想吸收温度。在一般情况下，经过除尘、脱硫处理的烟气通过鼓风机加压后直接进入吸收塔进行CO2的吸收。鼓风机增压用来克服在气体通过吸收塔时所产生的压降。当工况波动使出现烟气温度超温时，启动设置在吸收塔前喷水减温装置，将其温度降到50℃以下。在吸收塔中，烟气自下向上流动，与从上部入塔的吸收液形成逆流接触，使CO2得到脱除。净化后的烟气从塔顶排出。由于MEA具有较高的蒸汽压，为减少MEA蒸汽随烟气带出而造成吸收液损失，通常将吸收塔分成两段，下段进行酸气吸收，上段通过水洗，降低烟气中的MEA蒸汽含量。洗涤水循环利用，为防止洗涤水中MEA富集，需要将一部分洗涤水并入富液中送去再生塔进行再生，损失的洗涤水通过补给水来保持。

40吸收了酸气的吸收液（富液）通过富液泵加压送至再生塔。为减少富液再生时蒸汽的消耗量，利用再生塔出来的CO2与蒸汽混合物和再生后的吸收溶液的余热对富液进行加热，同时也达到冷却CO2和再生溶液的目的。富液从再生塔的上部入塔向下流动，从塔的下部上升的热蒸汽既加热了吸收溶液，又汽提出溶液中的酸气（因此也常将再生塔成为汽提塔）。吸收液到达再生塔下部时所吸收的酸气已解吸出绝大部分，此时可称为半贫液。半贫液进入再沸器内进一步解吸，残余的酸气分离出来，吸收液变为贫液。出再沸器的贫液回流至再生塔底部缓冲后从底部流出，经贫富液换热器回收热量，然后经贫液泵加压进入冷却器，在冷却器中冷却至适当温度进入吸收塔，从而完成溶液的循环。

41从塔顶出来的酸气—蒸汽混合物先后与富液换热和冷却器冷却，使其中的水蒸气大部分冷凝下来，此冷凝水进入分离器、地下槽，并送入再生塔。分离出CO2气体进入后续的压缩处理程序。为了维持溶液清洁，约10～15%的贫液经过活性炭过滤器过滤；为处理系统的降解产物，设置胺回收加热器，需要时，将部分贫液送入胺回收加热器中，加入氢氧化钠或碳酸钠溶液，通过蒸汽加热再生回收。由于SO2、NOx等气体与MEA反应生成不能再生的化合物，净化后的烟气也会带走部分MEA蒸汽，因此，在工艺过程中设置MEA贮罐，通过吸收剂补充泵进行补充。

42工艺原理及特点根据理论分析，MEA与二氧化碳反应生成比较稳定的氨基甲酸盐，在再生过程中需要较多的能量才能分解，导致再生能耗较大。同时氨基甲酸盐对设备的腐蚀性较强,又易形成水垢。MEA与二氧化碳的反应式如下：因为MEA与二氧化碳反应生成比较稳定的氨基甲酸盐，反应（2）比反应（1）要快得多，所以总反应式可以写为：

43在回收二氧化碳过程中，MEA易与氧气、二氧化碳、硫化物等发生化学降解，也易发生热降解，而引起MEA降解损耗增大的主要原因是氧气与MEA的氧化降解反应。MEA与氧气的降解中间产物主要为过氧化物，最终产物为氨基乙酸等，与二氧化碳的降解产物主要有恶唑烷酮类等。为减少MEA溶剂的降解，需要在吸收液中加入抗氧化剂，抑制过氧化物的形成，中断降解反应链的发生，控制了降解产物有机酸的生成。传统的MEA法回收低分压二氧化碳存在设备腐蚀严重的技术问题。MEA法造成设备腐蚀严重的主要原因是由MEA与二氧化碳反应生成的氨基甲酸盐及MEA的化学降解产物所引起。首先加入抗氧化剂和活性胺解决了MEA的化学降解，然后加入防腐剂配入复合胺溶液中，使溶液对设备的腐蚀速率小于0.1mm/a。

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45谢谢！