中國燃煤鍋爐煙氣治理技術(shù)的需求與評估

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簡介： 中國是燃煤大國，SO2排放量連續(xù)多年超過2000萬t，電廠鍋爐和燃煤工業(yè)鍋爐SO2排放量約占全國SO2排放量的70%。對“十五”期間中國燃煤鍋爐治理技術(shù)的市場需求、研究和應(yīng)用現(xiàn)狀、行業(yè)發(fā)展狀況進行了綜述。從調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、合理利用天然氣，積極發(fā)展和實施潔凈煤技術(shù)，制定促進火電廠脫硫國產(chǎn)化的配套政策三方面對燃煤鍋爐煙氣污染治理提出了對策和建議。
關(guān)鍵字：燃煤鍋爐 煙氣治理 需求與評估

　　中國是燃煤大國，燃煤占一次能源消費總量的75%左右。隨著經(jīng)濟發(fā)展，煤炭消費量增長，二氧化硫排放量不斷增加，已連續(xù)多年二氧化硫排放量超過2000萬t，居世界首位，致使我國酸雨和二氧化硫污染日趨嚴重。目前我國降水pH小于5.6的國土面積，已占總面積的30%左右，已有約60%的城市環(huán)境空氣中二氧化硫年平均濃度超過國家《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》的二級標準值或日均濃度超過三級標準值^[1]。

　　據(jù)報道，到2000年底全國火電廠裝機容量和發(fā)電量分別達到3.19億kW和1.37萬億kW·h，每年耗用煤炭近5億t，排放二氧化硫約800萬t^[2]；全國現(xiàn)有燃煤工業(yè)鍋爐50余萬臺，年耗用煤炭4億t，排放二氧化硫約640萬t^[3]。上述兩種燃煤鍋爐二氧化硫排放量約占全國二氧化硫排放量的70%，是影響我國城市空氣環(huán)境質(zhì)量和形成酸雨、二氧化硫污染的主要污染源。

　　1  中國燃煤鍋爐煙氣污染治理技術(shù)的需求

　　1.1 “十五”期間大氣污染的治理目標與任務(wù)

　　據(jù)“十五”規(guī)劃，2005年，二氧化硫、塵（煙塵及工業(yè)粉塵）等主要大氣污染物排放量將比2000年減少10%。二氧化硫排放量控制在1800萬t；塵（煙塵和工業(yè)粉塵）排放量控制在2000萬t。酸雨控制區(qū)和二氧化硫控制區(qū)二氧化硫排放量比2000年減少20%，排放量控制在1053萬t以內(nèi)。工業(yè)二氧化硫排放量控制在1450萬t；煙塵排放量控制在850萬t；粉塵排放量控制在900萬t。保護城市環(huán)境，改善重點地區(qū)的環(huán)境質(zhì)量，70%以上的城市空氣中二氧化硫濃度達到國家空氣環(huán)境質(zhì)量二級標準；50%地級以上城市空氣質(zhì)量達到國家二級標準。

　　1.2 “十五”期間大氣污染治理投資預(yù)測

　　中國以燃煤為主的能源構(gòu)成決定了防治煙塵和二氧化硫污染是防治大氣污染的重點?！秶噎h(huán)境保護“十五”重點工程項目規(guī)劃》中重點工程項目約1137個，總投資為2620億元。其中，大氣項目182個，投資為974億元，占總投資的37.2%。目前大氣項目已完成投資197.5億元，占大氣項目總投資的20.3%。大氣項目中包括清潔能源替代項目84個，需投資482億元，占大氣項目投資的49.5%；集中供熱項目47個，需投資230億元，占大氣項目投資的23.6%；污染治理項目51個，需投資261.6億元，占大氣項目投資的26.9%。從大氣項目投資的地區(qū)分布來看，改善北京市大氣環(huán)境的項目25個，投資466億元，占全國總投資的47.8%；建設(shè)“兩控區(qū)”內(nèi)37個燃煤電廠的脫硫工程，削減二氧化硫排放量能力105萬t/a，需投資120億元。

　　1.3 火電廠煙氣污染治理市場預(yù)測

　　按照國家環(huán)保總局《兩控區(qū)酸雨和二氧化硫污染防治“十五”計劃》，采取的有關(guān)火電廠脫硫措施是：(1)嚴格控制新建火電廠二氧化硫排放?！笆濉逼陂g兩控區(qū)內(nèi)將投產(chǎn)燃煤火電廠的裝機容量為36050 MW，其中計劃脫硫的機組裝機容量為11924 MW。(2)有效削減現(xiàn)有火電廠約3000萬kW機組二氧化硫排放，實現(xiàn)達標排放。“十五”期間，除采取換燒低硫煤和關(guān)停小火電機組外，預(yù)計約有1/4的機組需進行煙氣脫硫。

　　據(jù)此兩項估計需安裝脫硫設(shè)施的火電機組裝機容量，按照各種脫硫工藝單位造價平均為600元/kW計算，我國兩控區(qū)2001~2005年火電廠脫硫市場需求見表1^[4]。

　　從表1可以看出，2001~2005年間，我國火電廠需安裝脫硫設(shè)施的火電機組容量19424 MW左右，市場需求總規(guī)模約116.5億元，平均每年達23.3億元。如果以2000年全國要求脫硫機組容量11000 MW為基數(shù)，則2001~2005年需要安裝脫硫設(shè)施的火電廠容量平均每年增長22.6%。

　　電除塵器是治理燃煤鍋爐煙氣中粉塵的主導(dǎo)設(shè)備。據(jù)測算，“十五”期間，全國對電除塵器的需求總重量為107萬t。按9700元/t計，總產(chǎn)值將達到103億元。其中到2005年，我國火電廠裝機容量將達到2.86億kW。從2000年至2005年新增火電廠裝機容量為4846萬kW，所需電除塵器總重量為32萬t，對舊有機組改造還需18.2萬t，共計50.2萬t，此時其總產(chǎn)值為48.7億元。

　　表1   2001-2005年兩控區(qū)內(nèi)火電廠脫硫市場預(yù)測

 2001~2005年新建、擴建和改建火電機組現(xiàn)有超標排放火電廠機組合  計裝機總?cè)萘浚∕W）計劃或需安裝脫硫裝置的裝機容量（MW）36050119243000075006605019424脫硫單位造價（元/kW）600—脫硫市場需求（億元）71.545.0116.5

　　2  中國燃煤鍋爐煙氣脫硫技術(shù)研究和應(yīng)用發(fā)展趨勢

　　早在20世紀70年代我國就開始了火電廠和工業(yè)鍋爐脫硫技術(shù)的研究，先后開展了10多項不同工藝和不同規(guī)模的試驗研究。主要有：含碘活性炭吸附脫硫技術(shù)、旋轉(zhuǎn)噴霧干燥脫硫技術(shù)、磷胺復(fù)合肥料脫硫技術(shù)、爐內(nèi)噴鈣增濕活化脫硫技術(shù)、濕式脫硫除塵一體化技術(shù)等，取得了階段性研究成果，有的技術(shù)已得到工業(yè)性應(yīng)用，積累了寶貴的經(jīng)驗。在此同時，還引進了一批工藝成熟、技術(shù)先進的脫硫工藝和裝置，詳見表2^[4]。

　　我國控制火電廠二氧化硫排放工作起步較晚，到2000年底，全國投運和在建脫硫機組規(guī)模超過1000萬kW。1998~2000年審批的大型火電建設(shè)項目中，有839萬kW機組要求配套脫硫裝置，到2000年底，已投入運行的火電廠脫硫工程容量達501.5萬kW，占火電廠裝機總?cè)萘康?.1%，具體包括：在6個火電廠的7臺機組（共105萬kW）建設(shè)了6種不同工藝的脫硫示范工程，在9個火電廠的16臺機組（共396.5萬kW）建設(shè)了商業(yè)化脫硫設(shè)施，估計每年可削減二氧化硫20萬t以上。在501.5萬kW投入運行的機組中，國電公司所屬電廠約占70%。我國火電廠6個煙氣脫硫示范工程見表3^[5]。

　　目前，我國火電廠二氧化硫治理技術(shù)仍處于對各種工藝的工程示范階段。經(jīng)過10多年的研究開發(fā)和工程示范，我國對世界上現(xiàn)有的煙氣脫硫技術(shù)的一些主要類型都進行過研究和試驗。主要技術(shù)有：循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)、爐內(nèi)噴鈣尾部增濕活化脫硫技術(shù)、旋轉(zhuǎn)噴霧干燥煙氣脫硫技術(shù)、氨法煙氣脫硫技術(shù)及濕式脫硫除塵技術(shù)等。重點發(fā)展燃燒高硫煤機組或裝機容量大于200 MW機組，脫硫效率大于90%的濕式石灰石-石膏法脫硫工藝，以及適用于燃燒含硫量小于2%，裝機容量小于200 MW，脫硫效率大于75%的半干法和其他費用較低的成熟工藝。適當發(fā)展適用產(chǎn)熱量大于14 MW的工業(yè)鍋爐和爐窯，脫硫效率大于70%，低成本、使用壽命和可靠性較好的濕式脫硫除塵一體化設(shè)備。發(fā)展低氮燃燒技術(shù)、等離子體法煙氣脫硫脫硝技術(shù)及工程配套設(shè)備、石灰石（石灰）-石膏法、爐內(nèi)噴鈣和各種簡易濕法脫硫技術(shù)^[5]。

　　表2   引進的脫硫工藝和裝置部分情況匯總

引進單位工藝流程規(guī)模脫硫劑效率/%運行時間技術(shù)提供方煙氣量（m³·h^-1）鍋爐勝利油田南化工廠氨-硫銨法2100000 NH₃901979日本東洋公司南京鋼鐵廠堿式硫酸鋁法51800H₂SO₄ 1981日本同和公司Al₂(SO₄)₃95 Al(OH)₃ 1990沈陽黎明公司噴霧干燥法50000石灰851992丹麥NIRO公司重慶珞磺電廠濕石灰石-石膏法1087000石灰石漿951993日本三菱公司  1087000 951995 山東德州電廠荷電干吸收劑噴射法 75t/hCa(OH)₂60-701995美國ALANCO公司重慶長壽化工廠JBR噴射鼓泡法61000 電石渣701995日本千代田公司山東濰坊化工廠簡易石灰石膏法100000消石灰漿701995日本三菱公司山東黃島電廠簡易噴霧干燥法300000生石灰，煤灰701995日本三菱公司太原發(fā)電廠小型高速平流式600000石灰石801996日本日立公司廣西南寧化工廠簡易石灰石石膏法50000Ca(OH)₂701996日本川崎公司南京下關(guān)電廠爐內(nèi)噴鈣增濕活化法795000石灰石751997芬蘭IVO公司成都熱電廠電子束法300000NH₃801997日本茬原制作所深圳西部電廠海水脫硫1100000海水901998瑞典ABB公司衢州化工廠增濕灰循環(huán)脫硫300000電石渣802000瑞典ABB公司

　　

　　表3  我國火電廠煙氣脫硫示范工程

項目重慶珞璜電廠一期太原第一熱電廠山東黃島電廠南京下關(guān)電廠深圳西部電廠成都熱電廠機組（MW）2×3602001002×125200200鍋爐（t/h）——1035670410670670工藝石灰石石膏簡易石灰石旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法（SDA）爐內(nèi)噴鈣尾部增濕活化（LIFAC）海水洗滌法電子束法（EBA）合作方日本三菱重工日本EPDC日本EPDC芬蘭IVO瑞典ABB日本荏原投資額（萬元）2660013100740612352215009430單位造價（元/kW）320*6508894947171050脫硫成本（元/kg）0.9451.274.4861.844/1.0脫硫率(%)>95>807060-8592-9582建造-完工年份1988-19941994-20001992-19991993-20001996-19991995-1998

　　*其中外匯部分按1993年外匯匯率計算

　　目前已具備了一定的脫硫設(shè)備制造和配套能力。如石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)中，除GGH熱交換器、采樣與檢測元件及控制系統(tǒng)等專用設(shè)備外，大多數(shù)通用設(shè)備及常規(guī)電器設(shè)備國內(nèi)均能制造。部分引進國外技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品，其質(zhì)量與國外標準接近，而價格則大幅度降低。從總體上來說，我國與發(fā)達國家比較，差距比較明顯。脫硫設(shè)備大多從國外進口，致使脫硫投資大大增加，制約了脫硫技術(shù)在國內(nèi)火電廠的推廣使用^[5]。

　　3  中國電除塵行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

　　到目前為止，我國電除塵行業(yè)已生產(chǎn)近萬臺板臥式電除塵器，已投入運行的電除塵器單機容量達424 m²，主要用戶為電力工業(yè)（約占65%～70%）、建材工業(yè)（約占16%～18%），其次為鋼鐵工業(yè)、有色冶金工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、輕工業(yè)等。在電力行業(yè)，80年代中期以后200 MW以上機組幾乎全部配備了電除塵器，老的100 MW和50 MW機組也有一些將原來的水膜除塵器或文丘里洗滌器改成了電除塵器。建材工業(yè)中應(yīng)用電除塵器最多的是水泥行業(yè)，其中用于水泥回轉(zhuǎn)窯的有200多臺，熟料冷卻機、烘干機、原料磨、水泥磨使用電除塵也有400余臺，至于星羅棋布的小水泥廠則更多地使用立管式或簡易式電除塵器 ^[5]。

　　目前，我國電除塵行業(yè)供大于求。據(jù)初步統(tǒng)計，中國電除塵器生產(chǎn)企業(yè)已達240多家，50家本體生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)能力已達28萬t左右，年產(chǎn)值超過20億元。相應(yīng)的電源廠也有近40家，電除塵設(shè)備本體的關(guān)鍵生產(chǎn)線－極板軋制機，按目前市場規(guī)模，全國有10套軋機生產(chǎn)線就能滿足市場需求，但實際上已建成了39條生產(chǎn)線^[5]。因此，依靠技術(shù)進步，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，開發(fā)有特色的品種，提高產(chǎn)品質(zhì)量，減輕重量，降低成本，開拓國際市場是電除塵器今后一段時間的發(fā)展方向。

　　我國電除塵技術(shù)一直跟蹤國際先進目標，并自主開發(fā)出一批具有特色的電除塵器新型結(jié)構(gòu)，如透鏡式電除塵器、屋頂電除塵器、帶鋼刷清灰電除塵器、立板式電除塵器、管極式電除塵器、橫向極板電除塵器、雙區(qū)電除塵器等，豐富了電除塵器的規(guī)格品種，拓展了應(yīng)用范圍。

　　進入90年代，我國電除塵器本體技術(shù)水平基本上接近或者部分達到了國際先進水平。主要的標志是：(1) 常規(guī)電除塵器的主要性能能夠滿足國內(nèi)外不同用戶要求，能與國外主要廠家參與國際項目的招標和競爭，有部分產(chǎn)品出口創(chuàng)匯。(2) 我國80年代到90年代初，從國外引進的部分電除塵設(shè)備達不到使用要求，如北侖電廠600 MW機組（美國GE公司），寶鋼450 m²電除塵器（日立造船公司），但經(jīng)過國內(nèi)廠家改造，性能大大改善，超過了原設(shè)備。(3) 我國主要的電除塵生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)采用了國外先進的設(shè)計方法，包括計算機程序選型和強度計算，CAD設(shè)計等^[5]。

　　據(jù)統(tǒng)計，1998年電除塵器出口產(chǎn)值達1100萬美元。其產(chǎn)品總體水平和國外先進水平相比，還存在一些差距。主要表現(xiàn)在：(1)應(yīng)用領(lǐng)域尚待進一步開拓，如適用于高濃度（>100 g/m³）、高溫（>350 ℃）、高比電阻（>10¹³ Ω·cm）煙塵和含有腐蝕性氣體等場合的電除塵器還不普遍；(2)配套的檢測儀器和裝備比較落后；(3)電除塵器所需的型材不論是規(guī)格和品種，還有待改進；(4)本體重量近年來有較大的降低，但比鋼耗（kg/m²）仍普遍高于國外先進水平；(5)選型是電除塵應(yīng)用中的一個技術(shù)關(guān)鍵，我國的選型技術(shù)還不夠成熟，計算機選型在準確性方面有待進一步提高^[5]。

　　4  控制燃煤鍋爐煙氣污染的對策建議

　　（1）調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，合理利用天然氣。

　　我國長期以來能源構(gòu)成以煤為主，在一次能源消費中煤炭約占70%以上，每年排放SO₂和煙塵約為2000萬t和1200萬t，是世界上排放量最大的國家。隨著人民生活水平和大中城市對大氣環(huán)境保護的要求的提高，對優(yōu)質(zhì)一次能源的需求必然會不斷擴大，特別是天然氣的利用，由于有很好的環(huán)境效果而受到多方關(guān)注。

　　在天然氣開發(fā)和“西氣東輸”工程的帶動下，近期我國不少地區(qū)規(guī)劃了天然氣電廠，如新疆和田電站50 MW、陜西靖邊電廠2×300 MW和蘭州燃氣電廠一期工程600 MW已開始籌建。另外，華東地區(qū)已有8個燃氣電廠和河南省鄭州燃氣電廠等項目通過初步可行性審查，總裝機容量達到5300 MW。北京高井電廠、湖北武昌熱電廠、沙市熱電廠等裝機容量為1250 MW的10臺機組將由燃煤或然油改為燃氣。福建、廣東、廣西等?。▍^(qū)）擬新建或改建7020 MW容量的燃氣機組。

　　僅根據(jù)上述不完全統(tǒng)計，在近3～5年內(nèi)全國將會有14820 MW燃氣發(fā)電機組先后投入運行，年耗天然氣量將達到280億～300億m³（折合3440萬～3680萬t標煤），相當于2000年全國天然氣的年產(chǎn)量，約占2005年全國天然氣預(yù)測產(chǎn)氣量的50%以上。由于天然氣發(fā)電是一項技術(shù)和資金密集型的項目，而目前我國在技術(shù)裝備、管理經(jīng)驗，資金籌措和發(fā)電成本的消納等方面有許多實際問題需要解決。因此，在起步階段對天然氣發(fā)電項目的規(guī)模應(yīng)適當控制。另外，天然氣是一種高品位的優(yōu)質(zhì)能源，把它用于發(fā)電燃料時，不能單純的將現(xiàn)有燃煤鍋爐改為燃氣鍋爐，而應(yīng)在鍋爐前增設(shè)燃氣輪機，做功后的尾氣再進鍋爐，提高整個發(fā)電機組的效率，增加發(fā)電量，以消納一部分因燃料價格不同而造成的發(fā)電成本的增加，減輕用戶的負擔。

　　采用天然氣發(fā)電后，其環(huán)保效益從減少排放總量來說，煙塵和二氧化硫的排放量將大幅度減少，氮氧化物的排放量也會有不同程度地減少。其效果是十分顯著的。就其對城市大氣環(huán)境質(zhì)量的影響來看，由于電廠大多建在城區(qū)外圍，又是高煙囪排放，有利于擴散，加之污染治理設(shè)施較為完善，其影響程度可得到有效控制。因此，在發(fā)展天然氣發(fā)電時，因根據(jù)不同地區(qū)的環(huán)境要求、天然氣來源及其價格、發(fā)電廠所處的地理位置等諸多方面因素進行合理性分析，以取得全社會環(huán)境效益事半功倍的效果。

　　（2）積極發(fā)展和實施潔凈煤技術(shù)

　　據(jù)了解1999年全國煤炭消費量為12.64億t，其中約84%煤炭作為動力煤用于直接燃燒。預(yù)計在今后相當長的一段時間內(nèi)，煤炭仍是我國的主要一次能源。發(fā)展和實施潔凈煤工程是保證能源持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和控制燃煤污染的現(xiàn)實選擇。“十五”國民經(jīng)濟和社會發(fā)展計劃中已將潔凈煤技術(shù)列為能源建設(shè)的重要內(nèi)容，為此建議：

　?、僭谌珖⒁慌詣恿γ旱南催x、配煤、型煤、水煤漿等綜合加工配送工程，按燃煤用戶的需要，提供質(zhì)量優(yōu)良的加工產(chǎn)品。

　　②結(jié)合電力、工業(yè)和民用燃煤設(shè)備的規(guī)模和特點，通過技術(shù)和經(jīng)濟分析、分期、分區(qū)域?qū)θ济涸O(shè)備進行技術(shù)改造和設(shè)備更新，尤其應(yīng)強化對中小型燃煤設(shè)備的技術(shù)改造和更新工程，推廣應(yīng)用低硫煤和層燃燃煤設(shè)備燃用篩選塊煤等節(jié)能減污技術(shù)。

　?、墼谝延兴簼{技術(shù)成果的基礎(chǔ)上，為完成“十五”期間的節(jié)油目標，應(yīng)進一步完善水煤漿代油技術(shù)，通過工程示范，積累經(jīng)驗，為大型燃煤設(shè)備的應(yīng)用創(chuàng)造條件。

　?。?）制定促進火電廠脫硫國產(chǎn)化的配套政策^[6]

　　為促進火電廠煙氣脫硫國產(chǎn)化，必須研究制定相配套的鼓勵政策，如向承擔建設(shè)火電廠煙氣脫硫國產(chǎn)化的企業(yè)和承包火電廠煙氣脫硫工程的工程公司提供長期低息優(yōu)惠貸款政策；對進口煙氣脫硫成套設(shè)備分階段合理征稅，引導(dǎo)和鼓勵企業(yè)使用國產(chǎn)煙氣脫硫設(shè)備的政策；鼓勵煙氣脫硫國產(chǎn)化依托工程所在的電廠多發(fā)電，提高其經(jīng)濟效益的政策等等。政策是否配套，影響到規(guī)劃目標能否如期實現(xiàn)。國家有關(guān)部門應(yīng)研究制定火電廠煙氣脫硫關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備國產(chǎn)化的政策，逐步形成促進火電廠煙氣脫硫國產(chǎn)化和產(chǎn)業(yè)化的配套政策體系。

　　參考文獻

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　　5  中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會.中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)技術(shù)裝備水平評價. 北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2000

　　6  國家經(jīng)濟貿(mào)易委員會文件.關(guān)于印發(fā)《火電廠煙氣脫硫關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備國產(chǎn)化規(guī)劃要點》的通知.   2000

　?。ㄊ盏叫薷母迦掌冢?004-05-15）

　　[1] 第一作者：寧尋安，男，(1967-  )廣東工業(yè)大學(xué)講師，華南理工大學(xué)環(huán)境工程碩士研究生畢業(yè)，目前為中山大學(xué)環(huán)境科學(xué)專業(yè)博士生。研究方向：三廢治理、環(huán)境規(guī)劃與環(huán)境影響評價。