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中国燃煤锅炉烟气治理技术的需求与评估中国燃煤锅炉烟气治理技术的需求与评估 [日期2008-06-10] 作者宁寻安 陈建华 摘要摘要 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。 关键词关键词燃煤锅炉 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，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kWh， 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 以内。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 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， 改善北京市大气环境的项目 25 个， 投资 466 亿元， 占全国总投资的 47.8； 建设“两 控区”内 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”期间两控区内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 1[4]。 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。 2 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、磷胺复合肥料脱硫技术、炉内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 2[4]。 我国控制火电厂二氧化硫排放工作起步较晚，到 2000 年底，全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 硫示范工程，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 个烟气脱硫示范工程见表 3[5]。 目前，我国火电厂二氧化硫治理技术仍处于对各种工艺的工程示范阶段。经过 10 多年的 研究开发和工程示范， 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、炉内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、炉内喷钙和各种简易湿法脱硫技术[5]。 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内均 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内火电厂的推广使用[5]。 3 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 100 MW 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、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，拓展了应用范围。 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内外不同用户要求，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），但经过国内厂家改造，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/m3）、 高温（350 ℃）、高比电阻（1013 Ωcm）烟尘和含有腐蚀性气体等场合的电除尘器还不普 遍；2配套的检测仪器和装备比较落后；3电除尘器所需的型材不论是规格和品种，还有待 改进；4本体重量近年来有较大的降低，但比钢耗（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，如新疆 和田电站 50 MW、陕西靖边电厂 2300 MW 和兰州燃气电厂一期工程 600 MW 已开始筹建。 另外，华东地区已有 8 个燃气电厂和河南省郑州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。北京高井电厂、湖北武昌热电厂、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。福建、广东、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 年内全国将会有 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。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内，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 内容 ，为此建议 ①在全国建立一批以动力煤的洗选、配煤、型煤、水煤浆等综合加工配送工程，按燃煤用 户的需要，提供质量优良的加工产品。 ②结合电力、工业和民用燃煤设备的规模和特点，通过技术和经济分析、分期、分区域对 燃煤设备进行技术改造和设备更新，尤其应强化对中小型燃煤设备的技术改造和更新工程，推 广应用低硫煤和层燃燃煤设备燃用筛选块煤等节能减污技术。 ③在已有水煤浆技术成果的基础上，为完成“十五”期间的节油目标，应进一步完善水煤浆 代油技术，通过工程示范，积累经验，为大型燃煤设备的应用创造条件。 （3）制定促进火电厂脱硫国产化的配套政策[6] 为促进火电厂烟气脱硫国产化，必须 研究 制定相配套的鼓励政策，如向承担建设火电厂 烟气脱硫国产化的企业和承包火电厂烟气脱硫工程的工程公司提供长期低息优惠贷款政策；对 进口烟气脱硫成套设备分阶段合理征税，引导和鼓励企业使用国产烟气脱硫设备的政策；鼓励 烟气脱硫国产化依托工程所在的电厂多发电，提高其经济效益的政策等等。政策是否配套，影 响到规划目标能否如期实现。国家有关部门应研究制定火电厂烟气脱硫关键技术和设备国产化 的政策，逐步形成促进火电厂烟气脱硫国产化和产业化的配套政策体系。 参考 文献 1 中国环境 科学 研究院标准所.大气污染达标技术指南，1997 2 中国 21 世纪议程管理中心中国环保 科技 及产业研究课题组.中国环保科技及产业 研究.2000 3 郝吉名,王书肖,陆永琪.燃煤二氧化硫污染控制技术手册. 北京化学工业出版社，2001 4 中国工程院、中国科技院先进环保技术领域咨询项目组.燃煤锅炉脱硫技术装备重 点专题咨询研究报告. 2000 5 中国环境保护产业协会.中国环境保护产业技术装备水平评价. 北京 中国环境科学出版 社，2000 6 国家经济贸易委员会文件.关于印发火电厂烟气脱硫关键技术与设备国产化规划要点 的通知. 2000