水电之家讯：1. 前言

三十多年来，随着我国经济改革开放不断深入，电力技术和动力装备领域取得了高速发展的丰硕成果，尤其是常规火电机组的发展速度彪炳史册，从中温中压参数6MW机组到超超临界1000MW机组的产业化仅用了半个世纪。可是，在经济大发展的背景下，发展与环境保护、发展与能源需求的矛盾越来越突出，客观上又制约经济的可持续发展;另一方面，政府在节能与污染源治理上化了大力气，却受到生产关系及其体制上的的种种限制，削弱了对能源需求和生态环境保护的有效控制。

2007年，在党的十七大上，胡锦涛总书记高度概括了中国经济改革与发展的思路和战略，提出“科学发展观第一要义是发展，核心是以人为本，基本要求是全面协调可持续性，根本方法是统筹兼顾。”为我国各行各业的发展指明了方向、道路和方法措施。

2. 节能技术与发展

长期来，我国经济开拓的原动力来自出口外销和低廉的劳动。当经济发展达到一定规模以后，持续的GDP提升必将受制于资源储备、电力增长、环境保护等因素。原先单一性需求型的经济发展理念将受到实践的检验并作出相应的调整，产业要转型，设计思维要更新，以节能环保型的特色适应市场经济的发展规律。

目前，火电厂节能的途径：其一，采用更高等级蒸汽参数(t 700℃)、燃机参数等;其二，采用 IGCC 等新技术;其三，从电厂总能系统考量低品位热能利用方式，突破低温低压蒸汽和潜热利用的瓶颈，拓开朗肯动力循环的低温空间;其四，充分挖掘电站设备、系统设计及管理等的节能潜力。

(1)电力供需模式的自我否定

电力是国民经济腾飞的翅膀，也是单位GDP能耗的参照。“十二五”规划纲要要求：非化石能源占一次能源消费比重达到11.4%。单位国内生产总值能源消耗降低16%，单位国内生产总值二氧化碳排放降低17%。

这些年来，我国越来越重视能量梯级利用，热机技术趋向发展的第三阶段，即在经济可持续发展下与环境相容协调的总能系统，其中将能耗、污染与余热利用紧密地联系在一起。

为此，电力生产从粗放型增长模式向集约型发展，以科学的供给满足产业的合理需求;由资源的低效、高消耗转向资源的节约高效利用。这是电力发展中质的跳跃，是电力发展模式理念上的自我否定。

(2)动力循环多样化

1)改变火电技术结构，实现低碳经济、绿色火电

整体煤气化联合循环发电、富氧燃烧等新技术具有火电污染物源头治理的优越功能，有利于获得高纯度的二氧化碳，实施CCS/CCUS的低碳经济。

天津IGCC 250MW示范工程的取得进展，机组效率41%，烟气污染物优于新标准的排放限值。脱碳采取CCUS销售模式，同时在示范电厂建CCS系统，获取的CO2用于食品业。

IGCC的多联产方式体现资源化的综合利用。根据市场的需求，要求深度调峰，化、电共生，实现多联产，发电电价可望在0.70元/kwh。

国内富氧燃烧技术也正在进展中，从小试到35WM的富氧示范项目。该技术可节约8~9%的燃料，可获得烟气污染物综合治理的效果，脱硫效率99%、去汞效率99%、CO2纯度在95%以上。

2)多元朗肯循环方式的开发

随着社会需求的剧增和自然资源的匮乏，节能已成为世界性的共同课题。于是，回收各行业低温热量引起广泛重视，无论是热电冷联产，还是二元朗肯循环发电，呼声回响业内。特别在有机工质循环发电、热泵技术在利用循环水供暖方面有长足发展。

我国在利用低热能发电方面起步较晚，70年代中叶，利用地热建成羊八井地热电厂;80年代前后用氟利昂作为循环工质回收低热能。因氟利昂破坏臭氧层的作用而自然淘汰;90年代转入有机工质朗肯循环的研究，在热力性研究和应用方面取得一定成效，开发低温热源发电、制冷复合系统等[5] [6];在工质选用时，为减少技术类热损失，用非共沸的混合工质替代单工质，以改善工质循环特性。

但是，大流量回收火电站的低热能时有机工质显得不够给力，无法在性价比上取得优势。为达到节能目标，人们的视野从有机工质转向无机工质。

一种以水和氨的非共沸混合液作为工质的新颖热力循环系统在国内浮出水面。2009年，国内引进卡琳娜循环技术，建立试验台，开展低温热能利用的工程研究，为开拓适应国情的装备而探索。

3)非共沸的碳酸汽水工质

国内对CO2工质特性的研究也取得很大的进展，特别在制冷产业，已经步入CO2超临界物性的应用领域[8];也有人研究CO2工质在火电厂低热量的发电应用。但对于碳酸汽水工质特性研究还不多见。根据工质性质类比法，非共沸的碳酸汽水工质在回收电站低热能发电中应有一席之地，有必要探究碳酸汽水工质的传热特性以及工程应用。

碳酸汽水工质与氨水工质相比，碳酸汽水是碳酸饮料工艺中碳酸化工序的安全产物，且CO2又具有天然优越的属性，在一定温度压力下也具有相当的溶解度;而氨在大流量应用条件下存在泄漏、储存等不安全性因素，单价又高，且环境对氨的泄漏浓度也有严格限制，客观上增加其装备产业化的风险。

从电厂总能系统考量低品位热能利用方式，使用低沸点工质循环的发电制冷系统，将电厂可利用的热能按照“梯级利用、温度对口”的原则分布转换，统一使用，包括锅炉排烟、汽轮机排汽和汽化潜热等余热，集中发电、制冷或采暖，借此可称之为余热岛。

从环保、安全、经济应用及热工技术上讲，非共沸的无机工质有着用武之地，只要应顺环境条件下的工质特性而已。向电厂排放的低温热源要电能、冷能和采暖热能，关键取决于创新的理念、热电冷系统的优化设计、工质及其动力循环系统参数的合理选定和激励政策扶助。如能突破电厂余热利用的瓶颈，那么余热利用的产业链一定会有着相当大的发展空间。

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