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技術(shù)文章

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燃煤電廠脫硫的現(xiàn)狀分析和防治對(duì)策

1、燃煤發(fā)電對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的污染

　　我國(guó)的能源消費(fèi)以煤為主，1995年煤炭產(chǎn)量為12.8億t。預(yù)測(cè)到2000年、2010年、2020年，我國(guó)煤炭產(chǎn)量將分別達(dá)到14億t、23億t和30億t。煤炭在為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活提供豐富能源的同時(shí)，也成為我國(guó)環(huán)境污染的主要污染源。
　　我國(guó)的環(huán)境形勢(shì)非常嚴(yán)峻，煙塵、粉塵、SO2、NOx以及由此而產(chǎn)生的酸雨等對(duì)大氣環(huán)境造成了極大的危害，酸雨面積已超過(guò)國(guó)土面積的29%。
　　燃煤電廠是煤炭的主要用戶，由于電能在使用上有比其它能源有無(wú)可比擬的優(yōu)越性，以及從節(jié)能的觀點(diǎn)出發(fā)，應(yīng)從能源發(fā)展戰(zhàn)略上考慮將供各種工業(yè)和生活鍋爐及民用所消耗的煤轉(zhuǎn)化為電能，逐步達(dá)到先進(jìn)產(chǎn)煤國(guó)家80%的煤用于發(fā)電的水平。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1991年國(guó)內(nèi)SO2排放量1622萬(wàn)t，燃煤電廠排放460萬(wàn)t，占排放總量的28.4%。1995年國(guó)內(nèi)SO2排放量達(dá)到2 370萬(wàn)t，燃煤電廠排放的SO2約占排放總量的30%。2000年，預(yù)計(jì)燃煤電廠煤消費(fèi)量為5.4億t，預(yù)測(cè)排放SO2量為1 100萬(wàn)t，國(guó)內(nèi)預(yù)測(cè)SO2排放總量為2163萬(wàn)t，燃煤電廠排放SO2占總排放量的50.86%。
　　根據(jù)我國(guó)電力工業(yè)“九.五”發(fā)展目標(biāo)，到本世紀(jì)末，總裝機(jī)容量為3億kW，年發(fā)電量為1.4億kW.h。燃煤電廠帶來(lái)的大氣污染問(wèn)題是我國(guó)可持續(xù)發(fā)展必須解決的一個(gè)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，因此，燃煤電廠的發(fā)展要和環(huán)境保護(hù)密切結(jié)合，加快開(kāi)發(fā)煤炭潔凈燃燒技術(shù)，積極開(kāi)發(fā)可替代煤的清潔能源，例如，核電、水電、太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮芗吧镔|(zhì)能等，特別是發(fā)展水電和核電，將會(huì)對(duì)減少SO2排放作出較大貢獻(xiàn)。

2　脫硫的分類(lèi)和方法

　　二氧化硫的治理可分為燃燒前、燃燒中和燃燒后進(jìn)行三大類(lèi)。燃燒前是指對(duì)燃料進(jìn)行處理，如洗煤、氣化、液化等；燃燒中是指爐內(nèi)脫硫，如流化床燃燒脫硫、爐內(nèi)噴鈣脫硫、型煤固硫和利用脫硫添加劑等；燃燒后脫硫即指煙氣脫硫，目前國(guó)內(nèi)外采用的脫硫技術(shù)中，主要采用的方法仍然是煙氣脫硫。
　　發(fā)電用原煤在我國(guó)原煤消耗中的比例在1986年之前大致占20%，目前已增加到30%，估計(jì)2010年可達(dá)40%。發(fā)電用煤幾乎都是采用煤粉燃燒方式，因?yàn)槊悍廴紵绞侥苁谷紵蔬_(dá)到98%～99%以上，設(shè)備投資相對(duì)較小，對(duì)煤種適應(yīng)性強(qiáng)，技術(shù)上成熟。
　　當(dāng)前實(shí)用的脫硫技術(shù)主要有三種：濕式石灰石/石膏法(濕法)，噴霧干燥脫硫法(半干法)，爐內(nèi)噴鈣/增濕活化法(干法)。三種脫硫方法的比較見(jiàn)表1。

表1　三種脫硫方法技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的比較
技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 石灰石/石膏法噴霧干燥法爐內(nèi)噴鈣/增濕活化法
脫硫投資占電站總投資(%) 10～20 10～15 8～10
煙氣脫硫率(%) ca/s=1.5時(shí)，≥90 ca/s=1.5～1.6時(shí)，80～90 ca/s=2時(shí)，50～80
鈣利用率(%) ＞90 40～45 35～40
運(yùn)行費(fèi)用高中等較低
設(shè)備占地面積大較大小
適用范圍 1.含硫量中、高煤
2.不宜用于已建成電站改造 1.含硫高、中、低煤
2.條件適合時(shí)可用于已有電站改造 1.含硫量低的煤
2.宜用于已有電站改造
是否需煙氣再循環(huán) 噴淋后，煙氣溫度降到約50 ℃，需裝設(shè)煙氣再循環(huán) 可控制噴霧塔后的煙氣溫度約75 ℃，煙氣可不需再加熱控制噴水增濕后的干煙氣溫度約75 ℃，煙氣可不需再加熱
目前國(guó)際上的成熟度和應(yīng)用情況完全成熟，已應(yīng)用30年，90%的電站煙氣脫硫用此法 *近已成熟，已應(yīng)用相當(dāng)數(shù)量的電站已接近成熟，到1993年已有5臺(tái)先后投入運(yùn)行
國(guó)內(nèi)應(yīng)用情況從日本引進(jìn)二套重慶珞璜電廠360 MW1992年投運(yùn) 日本援助山東黃島電廠210 MW；四川白馬電廠125 MW的1/4煙氣量工業(yè)性試驗(yàn) 南京下關(guān)電廠2×25 MW，1998年一臺(tái)機(jī)組已投運(yùn)。(引自芬蘭)

　　除表1中所列外，還有德國(guó)政府貸款的三個(gè)技術(shù)脫硫項(xiàng)目。

3　脫硫的費(fèi)用
　為了使燃煤發(fā)電產(chǎn)生的二氧化硫總量得到控制，就必須對(duì)位于酸雨控制區(qū)、二氧化硫污染控制區(qū)的燃煤電廠，逐步安裝脫硫設(shè)備。
　　根據(jù)電力工業(yè)發(fā)展規(guī)劃，2000年火電裝機(jī)容量將達(dá)2億kW，年用煤量將達(dá)5.4×108t，屆時(shí)二氧化硫?qū)⑦_(dá)1 100萬(wàn)t，預(yù)計(jì)將有1×107 kW左右的機(jī)組要安裝脫硫設(shè)備。1996年電力工業(yè)計(jì)劃投資總規(guī)模為962.6億元，完成大中型投產(chǎn)裝機(jī)1 281.49萬(wàn)kW，平均1 kW的投資費(fèi)為7 511.6元。若以安裝脫硫設(shè)備的投資占電廠總投資10%計(jì)，則1×107 kW的機(jī)組安裝脫硫設(shè)備需75.12億元。如每年增加火電裝機(jī)容量均為1×107 kW，則每年增加脫硫設(shè)備的投資至少為75.12億元。除增加脫硫設(shè)備的投資外，還有運(yùn)行費(fèi)用也很可觀：如四川重慶珞璜電廠從日本引進(jìn)的2×360 MW的年運(yùn)行費(fèi)為4 000萬(wàn)元，而且還使電廠的供電效率下降1個(gè)百分點(diǎn)，如以年運(yùn)行6 500計(jì)小時(shí)，折合為0.085 5元/(kW.h)。因而對(duì)于發(fā)展中國(guó)家來(lái)說(shuō)，石灰石/石膏法煙氣脫硫系統(tǒng)往往是令人生畏地可望而不可及。即使以運(yùn)行費(fèi)用為0.05元/(kW.h)，年運(yùn)行6 500小時(shí)，每年增加的1×107 kW的火電機(jī)組的運(yùn)行費(fèi)用也高達(dá)32.5億元。如將2000年年發(fā)電量1.4億kW.h，按平均脫硫的運(yùn)行費(fèi)0.05元/(kW.h)計(jì)算，燃煤發(fā)電量為8千億kWh時(shí)，脫硫的運(yùn)行費(fèi)就高達(dá)400億元。

4　減少脫硫費(fèi)用的對(duì)策和途徑

4.1　逐步改變一次能源以煤為主的能源戰(zhàn)略
　　中國(guó)、南非、波蘭和朝鮮是當(dāng)今世界上煤炭消耗比重超過(guò)70%的4個(gè)國(guó)家，其它3國(guó)正在改變其以煤為主的能源戰(zhàn)略。我國(guó)在短期內(nèi)改變以煤為主的能源結(jié)構(gòu)是不可能的，也是不現(xiàn)實(shí)的。但從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展戰(zhàn)略考慮，為了緩解燃煤帶來(lái)的環(huán)境污染，提高國(guó)民經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的總體效益和人民的生活質(zhì)量，應(yīng)有計(jì)劃有步驟的逐步改變一次能源以煤為主的能源戰(zhàn)略。
　　大力發(fā)展水電、核電和風(fēng)力發(fā)電等發(fā)電方式是改變以煤為主能源結(jié)構(gòu)的必由之路。
　　我國(guó)水力資源蘊(yùn)藏量為680 GW，可供開(kāi)發(fā)的為380 GW，居世界首位。水電是無(wú)SO2排放、可再生的能源。
　　用核電來(lái)替代燃煤是減少SO2排放的有效途徑，對(duì)目前人們*擔(dān)心的核電**問(wèn)題，理論和運(yùn)行實(shí)踐證明是**可靠的。中長(zhǎng)期將成為我國(guó)的主要能源之一。從1980年到1986年，法國(guó)總發(fā)電量中核電的比例，由24%上升到70%，同期法國(guó)發(fā)電量增加40%，而SO2排放量減少56%，NOx排放量減少9%，煙塵排放量減少36%，大氣質(zhì)量有明顯改善。

4.2　依靠科技進(jìn)步，節(jié)能降耗，減少SO2排放
　　以300 MW、600 MW等大型、特大型機(jī)組為主，逐步淘汰低效高耗的中低壓機(jī)組，如1 kW.h的煤耗2000年比1990年降低60 g標(biāo)準(zhǔn)煤，僅此一項(xiàng)可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤6 600萬(wàn)t左右，減少SO2排放量180萬(wàn)t。

4.3　煤炭的清潔使用和發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)
　　我國(guó)是一個(gè)以煤為主要能源的國(guó)家，即使再過(guò)半個(gè)世紀(jì)，煤炭在我國(guó)一次能源中的比例仍將不低于40%。因此，煤炭的潔凈使用和發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)在未來(lái)我國(guó)可持續(xù)發(fā)展中將占有舉足輕重的地位。我國(guó)是發(fā)展中國(guó)家，面臨經(jīng)濟(jì)建設(shè)的任務(wù)很重，不可能拿出大量的資金用于環(huán)境治理。為此，發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)應(yīng)遵循技術(shù)上的可行性與經(jīng)濟(jì)上的合理性。
　　此項(xiàng)主要有煤炭的洗選加工；工業(yè)與民用型煤；限制高硫煤開(kāi)采與使用；煤炭氣化、液化；水煤漿；循環(huán)流化床燃燒(CFBC)；煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(IGCC)；增壓流化床聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(PFBC)等。

4.4　開(kāi)發(fā)適合我國(guó)國(guó)情的煙氣脫硫技術(shù)

4.5　大力研究和推廣有利于提高我國(guó)綜合能源利用效率，如峰谷電價(jià)、冰蓄冷技術(shù)、抽水蓄能、超導(dǎo)電感儲(chǔ)能等。

作者簡(jiǎn)介：顧念祖(1941-)，男，江蘇無(wú)錫人，東南大學(xué)副教授.
作者單位：顧念祖（東南大學(xué)動(dòng)力系，江蘇　南京　210096）

參考文獻(xiàn)：

［1］中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)編.脫硫技術(shù).中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1995.
［2］國(guó)家環(huán)境保護(hù)局.電力工業(yè)廢氣治理.中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1993.
［3］國(guó)家環(huán)境保護(hù)局.燃煤固硫、煙氣脫硫技術(shù)與酸雨研究.科學(xué)出版社，1992.
［4］周宇偉，錢(qián)垂喜.我國(guó)主要燃煤電廠SO2生成量的現(xiàn)狀及其預(yù)測(cè).熱力發(fā)電，1994(1).
［5］曾漢才.燃燒與污染.華中理工大學(xué)出版社，1992.
［6］張新生、李長(zhǎng)春、李光霞.燃煤煙氣脫硫.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，1991.

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