中国燃煤锅炉烟气治理技术的需求与评估

1、中国燃煤锅炉烟气治理技术的需求与评估摘要： 中国是燃煤大国，SO2排放量连续多年超过2000 万 t ，电厂锅炉和燃煤工业锅炉SO2排放量约占全国 SO2 排放量的 70%。对“十五”期间中国燃煤锅炉治理技术的市场需求、研究和应用现状、行业发展状况进行了综述。从调整能源结构、合理利用天然气，积极发展和实施洁净煤技术，制定促进火电厂脱硫国产化的配套政策三方面对燃煤锅炉烟气污染治理提出了对策和建议。关键字： 燃煤锅炉烟气治理需求与评估中国是燃煤大国，燃煤占一次能源消费总量的75%左右。随着经济发展，煤炭消费量增长，二氧化硫排放量不断增加，已连续多年二氧化硫排放量超过2000 万 t ，居世界首位，

2、致使我国酸雨和二氧化硫污染日趋严重。目前我国降水pH 小于 5.6 的国土面积，已占总面积的30%左右，已有约60%的城市环境空气中二氧化硫年平均浓度超过国家环境空气质量标准的二级标准值或日均浓度超过三级标准值1 。据报道，到2000 年底全国火电厂装机容量和发电量分别达到3.19 亿 kW和 1.37 万亿 kW· h，每年耗用煤炭近 5 亿 t ，排放二氧化硫约800 万 t 2 ；全国现有燃煤工业锅炉50 余万台，年耗用煤炭4 亿 t ，排放二氧化硫约640 万 t 3 。上述两种燃煤锅炉二氧化硫排放量约占全国二氧化硫排放量的70%，是影响我国城市空气环境质量和形成酸雨、二氧化

3、硫污染的主要污染源。1 中国燃煤锅炉烟气污染治理技术的需求1.1“十五”期间大气污染的治理目标与任务据“十五”规划，2005 年，二氧化硫、尘（烟尘及工业粉尘）等主要大气污染物排放量将比2000 年减少 10%。二氧化硫排放量控制在1800 万 t ；尘（烟尘和工业粉尘）排放量控制在2000 万 t 。酸雨控制区和二氧化硫控制区二氧化硫排放量比2000 年减少 20%，排放量控制在1053 万 t 以。工业二氧化硫排放量控制在 1450 万 t ；烟尘排放量控制在850 万 t ；粉尘排放量控制在900 万 t 。保护城市环境，改善重点地区的环境质量，70%以上的城市空气中二氧化硫浓度达到国家

4、空气环境质量二级标准；50%地级以上城市空气质量达到国家二级标准。1.2“十五”期间大气污染治理投资预测中国以燃煤为主的能源构成决定了防治烟尘和二氧化硫污染是防治大气污染的重点。国家环境保护“十五”重点工程项目规划中重点工程项目约1137 个，总投资为2620 亿元。其中，大气项目182 个，投资为 974 亿元，占总投资的 37.2%。目前大气项目已完成投资197.5 亿元，占大气项目总投资的20.3%。大气项目中包括清洁能源替代项目84 个，需投资482 亿元，占大气项目投资的49.5%；集中供热项目 47个，需投资 230 亿元，占大气项目投资的 23.6%；污染治理项目51 个，需投资

5、261.6 亿元，占大气项目投资的 26.9%。从大气项目投资的地区分布来看，改善市大气环境的项目25 个，投资 466 亿元，占全国总投资的 47.8%；建设“两控区” 37 个燃煤电厂的脱硫工程，削减二氧化硫排放量能力105 万 t/a ，需投资 120亿元。1.3火电厂烟气污染治理市场预测按照国家环保总局两控区酸雨和二氧化硫污染防治“十五”计划，采取的有关火电厂脱硫措施是：(1) 严格控制新建火电厂二氧化硫排放。“十五”期间两控区将投产燃煤火电厂的装机容量为36050 MW，其中计划脱硫的机组装机容量为11924 MW。(2) 有效削减现有火电厂约3000 万 kW机组二氧化硫排放，实现

6、达标排放。“十五”期间，除采取换烧低硫煤和关停小火电机组外，预计约有1/4 的机组需进行烟气脱硫。据此两项估计需安装脱硫设施的火电机组装机容量，按照各种脱硫工艺单位造价平均为600 元/kW 计算，我国两控区20012005 年火电厂脱硫市场需求见表14 。从表 1 可以看出， 20012005 年间，我国火电厂需安装脱硫设施的火电机组容量19424 MW左右，市场需求总规模约116.5 亿元，平均每年达23.3 亿元。如果以 2000 年全国要求脱硫机组容量11000 MW为基数，则 20012005 年需要安装脱硫设施的火电厂容量平均每年增长22.6%。电除尘器是治理燃煤锅炉烟气中粉尘的主

7、导设备。据测算，“十五”期间，全国对电除尘器的需求总重量为 107 万 t 。按 9700 元 /t计，总产值将达到103 亿元。其中到2005 年，我国火电厂装机容量将达到2.86 亿 kW。从 2000 年至 2005 年新增火电厂装机容量为4846 万 kW，所需电除尘器总重量为32 万 t ，对旧有机组改造还需18.2 万 t ，共计 50.2 万 t ，此时其总产值为48.7 亿元。表 12001-2005年两控区火电厂脱硫市场预测20012005 年新建、现有超标排放合计扩建和改建火电机组火电厂机组装机总容量（ MW）计划或需安装脱硫装置的装36050119243000075006

8、605019424机容量（ MW）脱硫单位造价（元 /kW）600脱硫市场需求（亿元）71.545.0116.52 中国燃煤锅炉烟气脱硫技术研究和应用发展趋势早在 20 世纪 70 年代我国就开始了火电厂和工业锅炉脱硫技术的研究，先后开展了10 多项不同工艺和不同规模的试验研究。主要有：含碘活性炭吸附脱硫技术、旋转喷雾干燥脱硫技术、磷胺复料脱硫技术、炉喷钙增湿活化脱硫技术、湿式脱硫除尘一体化技术等，取得了阶段性研究成果，有的技术已得到工业性应用，积累了宝贵的经验。在此同时，还引进了一批工艺成熟、技术先进的脱硫工艺和装置，详见表24 。我国控制火电厂二氧化硫排放工作起步较晚，到2000 年底，全

9、国投运和在建脱硫机组规模超过1000万 kW。19982000 年审批的大型火电建设项目中，有839 万 kW机组要求配套脱硫装置，到2000 年底，已投入运行的火电厂脱硫工程容量达501.5 万 kW，占火电厂装机总容量的2.1%，具体包括： 在 6 个火电厂的7 台机组（共105 万 kW）建设了 6 种不同工艺的脱硫示工程，在9 个火电厂的16 台机组（共396.5 万 kW）建设了商业化脱硫设施，估计每年可削减二氧化硫20 万 t 以上。在501.5 万 kW投入运行的机组中，国电公司所属电厂约占70%。我国火电厂6 个烟气脱硫示工程见表35 。目前，我国火电厂二氧化硫治理技术仍处于对

10、各种工艺的工程示阶段。经过10 多年的研究开发和工程示，我国对世界上现有的烟气脱硫技术的一些主要类型都进行过研究和试验。主要技术有：循环流化床烟气脱硫技术、炉喷钙尾部增湿活化脱硫技术、旋转喷雾干燥烟气脱硫技术、氨法烟气脱硫技术及湿式脱硫除尘技术等。重点发展燃烧高硫煤机组或装机容量大于200 MW机组，脱硫效率大于90%的湿式石灰石 - 石膏法脱硫工艺，以及适用于燃烧含硫量小于2%，装机容量小于200 MW，脱硫效率大于75%的半干法和其他费用较低的成熟工艺。适当发展适用产热量大于14 MW的工业锅炉和炉窑，脱硫效率大于70%，低成本、使用寿命和可靠性较好的湿式脱硫除尘一体化设备。发展低氮燃烧技

11、术、等离子体法烟气脱硫脱硝技术及工程配套设备、石灰石（石灰）- 石膏法、炉喷钙和各种简易湿法脱硫技术5 。表 2引进的脱硫工艺和装置部分情况汇总引进单位工艺流程胜利油田氨- 硫铵法南化工厂规模效率运行时烟气量锅炉脱硫剂技术提供方/%间3 -1（ m·h ）2100000NH901979 日本东洋公司3H SO198124碱式硫酸铝钢铁厂51800Al 2 (SO4) 395日本同和公司法Al(OH) 3199050000石灰851992丹麦 NIRO公黎明公司喷雾干燥法司湿石灰石 - 石1087000石灰石浆951993日本三菱公司珞磺电厂膏法1087000951995荷电干吸收75

12、t/hCa(OH)260-701995美国 ALANCO电厂剂喷射法公司长寿化工JBR喷射鼓泡61000电石渣701995日本千代田公厂法司潍坊化工简易石灰石100000消石灰浆701995日本三菱公司厂膏法简易喷雾干300000生石灰，煤701995日本三菱公司黄岛电厂燥法灰小型高速平600000石灰石801996日本日立公司发电厂流式广西化工简易石灰石50000Ca(OH)2701996日本川崎公司厂石膏法炉喷钙增湿795000石灰石751997芬兰 IVO 公司下关电厂活化法300000NH3801997日本茬原制作热电厂电子束法所西部电厂海水脱硫1100000海水901998瑞典 AB

13、B公司增湿灰循环300000电石渣802000瑞典 ABB公司化工厂脱硫表 3我国火电厂烟气脱硫示工程珞璜电厂一第一热电项目黄岛电厂下关电厂西部电厂热电厂期厂机组（ MW）2×3602001002×125200200锅炉（ t/h ） 1035670410670670炉喷钙尾部增简易石灰旋转喷雾干海水洗涤电子束法工艺石灰石石膏湿活化石燥法（ SDA）法（ EBA）（ LIFAC）日本三菱重合作方日本 EPDC日本 EPDC芬兰 IVO瑞典 ABB 日本荏原工投资额（万2660013100740612352215009430元）单位造价320*6508894947171050

14、（元 /kW）脱硫成本0.9451.274.4861.844/1.0（元 /kg ）脱硫率 (%)>95>807060-8592-9582建造-完工1988-19941994-20001992-19991993-20001996-1999 1995-1998年份* 其中外汇部分按 1993 年外汇汇率计算目前已具备了一定的脱硫设备制造和配套能力。如石灰石 - 石膏湿法脱硫系统中，除 GGH热交换器、采样与检测元件及控制系统等专用设备外，大多数通用设备及常规电器设备国均能制造。部分引进国外技术生产的产品，其质量与国外标准接近，而价格则大幅度降低。从总体上来说，我国与发达国家比较，差距

15、比较明显。脱硫设备大多从国外进口，致使脱硫投资大大增加，制约了脱硫技术在国火电厂的推广使用53 中国电除尘行业的发展现状到目前为止，我国电除尘行业已生产近万台板卧式电除尘器，已投入运行的电除尘器单机容量达424 m2，主要用户为电力工业（约占65% 70%）、建材工业（约占16% 18%），其次为钢铁工业、有色冶金工业、化学工业、轻工业等。在电力行业，80 年代中期以后200 MW以上机组几乎全部配备了电除尘器，老的100MW和 50 MW机组也有一些将原来的水膜除尘器或文丘里洗涤器改成了电除尘器。建材工业中应用电除尘器最多的是水泥行业，其中用于水泥回转窑的有200 多台，熟料冷却机、烘干机、

16、原料磨、水泥磨使用电除尘也有400 余台，至于星罗棋布的小水泥厂则更多地使用立管式或简易式电除尘器5。目前，我国电除尘行业供大于求。据初步统计，中国电除尘器生产企业已达 240 多家， 50 家本体生产企业的生产能力已达 28 万 t 左右，年产值超过 20 亿元。 相应的电源厂也有近 40 家，电除尘设备本体的关键生产线极板轧制机， 按目前市场规模， 全国有 10 套轧机生产线就能满足市场需求，但实际上已建成了39 条生产线 5 。因此，依靠技术进步，调整产业结构，开发有特色的品种，提高产品质量，减轻重量，降低成本，开拓国际市场是电除尘器今后一段时间的发展方向。我国电除尘技术一直跟踪国际先进

17、目标，并自主开发出一批具有特色的电除尘器新型结构，如透镜式电除尘器、屋顶电除尘器、带钢刷清灰电除尘器、立板式电除尘器、管极式电除尘器、横向极板电除尘器、双区电除尘器等，丰富了电除尘器的规格品种，拓展了应用围。进入 90 年代，我国电除尘器本体技术水平基本上接近或者部分达到了国际先进水平。主要的标志是：(1)常规电除尘器的主要性能能够满足国外不同用户要求，能与国外主要厂家参与国际项目的招标和竞争，有部分产品出口创汇。(2)我国 80 年代到 90 年代初，从国外引进的部分电除尘设备达不到使用要求，如北仑电厂 600 MW机组（美国GE公司），宝钢450 m2 电除尘器（日立造船公司），但经过国厂

18、家改造，性能大大改善，超过了原设备。(3)我国主要的电除尘生产企业已经采用了国外先进的设计方法，包括计算机程序选型和强度计算，CAD设计等 5 。据统计， 1998 年电除尘器出口产值达1100 万美元。其产品总体水平和国外先进水平相比，还存在一些差距。主要表现在：(1) 应用领域尚待进一步开拓，如适用于高浓度（>100 g/m 3）、高温（>350）、高比电阻（比较落后；>1013 · cm）烟尘和含有腐蚀性气体等场合的电除尘器还不普遍；(3) 电除尘器所需的型材不论是规格和品种，还有待改进；(4)(2) 配套的检测仪器和装备本体重量近年来有较大的降低，但比钢耗（

19、kg/m2）仍普遍高于国外先进水平；(5) 选型是电除尘应用中的一个技术关键，我国的选型技术还不够成熟，计算机选型在准确性方面有待进一步提高5 。4 控制燃煤锅炉烟气污染的对策建议（1）调整能源结构，合理利用天然气。我国长期以来能源构成以煤为主，在一次能源消费中煤炭约占70%以上，每年排放 SO2 和烟尘约为2000万 t 和 1200 万 t ，是世界上排放量最大的国家。随着人民生活水平和大中城市对大气环境保护的要求的提高，对优质一次能源的需求必然会不断扩大，特别是天然气的利用，由于有很好的环境效果而受到多方关注。在天然气开发和 “西气东输” 工程的带动下， 近期我国不少地区规划了天然气电厂

20、，如和田电站50 MW、靖边电厂 2×300 MW和燃气电厂一期工程600 MW已开始筹建。另外，华东地区已有8 个燃气电厂和省燃气电厂等项目通过初步可行性审查，总装机容量达到5300 MW。高井电厂、武昌热电厂、沙市热电厂等装机容量为 1250 MW的 10 台机组将由燃煤或然油改为燃气。、广西等省（区）拟新建或改建7020 MW容量的燃气机组。仅根据上述不完全统计，在近3 5 年全国将会有14820 MW燃气发电机组先后投入运行，年耗天然气量将达到 280 亿 300 亿 m3（折合 3440 万 3680 万 t 标煤），相当于2000 年全国天然气的年产量，约占2005 年全

21、国天然气预测产气量的50%以上。由于天然气发电是一项技术和资金密集型的项目，而目前我国在技术装备、管理经验，资金筹措和发电成本的消纳等方面有许多实际问题需要解决。因此，在起步阶段对天然气发电项目的规模应适当控制。另外，天然气是一种高品位的优质能源，把它用于发电燃料时，不能单纯的将现有燃煤锅炉改为燃气锅炉，而应在锅炉前增设燃气轮机，做功后的尾气再进锅炉，提高整个发电机组的效率，增加发电量， 以消纳一部分因燃料价格不同而造成的发电成本的增加，减轻用户的负担。采用天然气发电后，其环保效益从减少排放总量来说，烟尘和二氧化硫的排放量将大幅度减少，氮氧化物的排放量也会有不同程度地减少。其效果是十分显著的。

22、就其对城市大气环境质量的影响来看，由于电厂大多建在城区外围，又是高烟囱排放，有利于扩散，加之污染治理设施较为完善，其影响程度可得到有效控制。因此，在发展天然气发电时，因根据不同地区的环境要求、天然气来源及其价格、发电厂所处的地理位置等诸多方面因素进行合理性分析，以取得全社会环境效益事半功倍的效果。（2）积极发展和实施洁净煤技术据了解 1999 年全国煤炭消费量为12.64 亿 t ，其中约84%煤炭作为动力煤用于直接燃烧。预计在今后相当长的一段时间，煤炭仍是我国的主要一次能源。发展和实施洁净煤工程是保证能源持续发展战略和控制燃煤污染的现实选择。“十五”国民经济和社会发展计划中已将洁净煤技术列为能源建设的重要容，为此建议：在全国建立一批以动力煤的洗选、配煤、型煤、水煤浆等综