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技術(shù)文章

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燃煤電廠脫硫的現(xiàn)狀分析和防治對策

1、燃煤發(fā)電對環(huán)境產(chǎn)生的污染

　　我國的能源消費以煤為主，1995年煤炭產(chǎn)量為12.8億t。預(yù)測到2000年、2010年、2020年，我國煤炭產(chǎn)量將分別達到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，也成為我國環(huán)境污染的主要污染源。
　　我國的環(huán)境形勢非常嚴峻，煙塵、粉塵、SO2、NOx以及由此而產(chǎn)生的酸雨等對大氣環(huán)境造成了極大的危害，酸雨面積已超過國土面積的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可比擬的優(yōu)越性，以及從節(jié)能的觀點出發(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，逐步達到先進產(chǎn)煤國家80%的煤用于發(fā)電的水平。據(jù)統(tǒng)計，1991年國內(nèi)SO2排放量1622萬t，燃煤電廠排放460萬t，占排放總量的28.4%。1995年國內(nèi)SO2排放量達到2 370萬t，燃煤電廠排放的SO2約占排放總量的30%。2000年，預(yù)計燃煤電廠煤消費量為5.4億t，預(yù)測排放SO2量為1 100萬t，國內(nèi)預(yù)測SO2排放總量為2163萬t，燃煤電廠排放SO2占總排放量的50.86%。
　　根據(jù)我國電力工業(yè)“九.五”發(fā)展目標，到本世紀末，總裝機容量為3億kW，年發(fā)電量為1.4億kW.h。燃煤電廠帶來的大氣污染問題是我國可持續(xù)發(fā)展必須解決的一個現(xiàn)實問題，因此，燃煤電廠的發(fā)展要和環(huán)境保護密切結(jié)合，加快開發(fā)煤炭潔凈燃燒技術(shù)，積極開發(fā)可替代煤的清潔能源，例如，核電、水電、太陽能、風(fēng)能、地熱能及生物質(zhì)能等，特別是發(fā)展水電和核電，將會對減少SO2排放作出較大貢獻。

2　脫硫的分類和方法

　　二氧化硫的治理可分為燃燒前、燃燒中和燃燒后進行三大類。燃燒前是指對燃料進行處理，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2010年可達40%。發(fā)電用煤幾乎都是采用煤粉燃燒方式，因為煤粉燃燒方式能使燃燒效率達到98%～99%以上，設(shè)備投資相對較小，對煤種適應(yīng)性強，技術(shù)上成熟。
　　當前實用的脫硫技術(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表1。

表1　三種脫硫方法技術(shù)經(jīng)濟指標的比較
技術(shù)經(jīng)濟指標石灰石/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，≥90 ca/s=1.5～1.6時，80～90 ca/s=2時，50～80
鈣利用率(%) ＞90 40～45 35～40
運行費用高中等較低
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)用相當數(shù)量的電站已接近成熟，到1993年已有5臺先后投入運行
國內(nèi)應(yīng)用情況從日本引進二套重慶珞璜電廠360 MW1992年投運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)性試驗南京下關(guān)電廠2×25 MW，1998年一臺機組已投運。(引自芬蘭)

　　除表1中所列外，還有德國政府貸款的三個技術(shù)脫硫項目。

3　脫硫的費用
　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年火電裝機容量將達2億kW，年用煤量將達5.4×108t，屆時二氧化硫?qū)⑦_1 100萬t，預(yù)計將有1×107 kW左右的機組要安裝脫硫設(shè)備。1996年電力工業(yè)計劃投資總規(guī)模為962.6億元，完成大中型投產(chǎn)裝機1 281.49萬kW，平均1 kW的投資費為7 511.6元。若以安裝脫硫設(shè)備的投資占電廠總投資10%計，則1×107 kW的機組安裝脫硫設(shè)備需75.12億元。如每年增加火電裝機容量均為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，還有運行費用也很可觀：如四川重慶珞璜電廠從日本引進的2×360 MW的年運行費為4 000萬元，而且還使電廠的供電效率下降1個百分點，如以年運行6 500計小時，折合為0.085 5元/(kW.h)。因而對于發(fā)展中國家來說，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。即使以運行費用為0.05元/(kW.h)，年運行6 500小時，每年增加的1×107 kW的火電機組的運行費用也高達32.5億元。如將2000年年發(fā)電量1.4億kW.h，按平均脫硫的運行費0.05元/(kW.h)計算，燃煤發(fā)電量為8千億kWh時，脫硫的運行費就高達400億元。

4　減少脫硫費用的對策和途徑

4.1　逐步改變一次能源以煤為主的能源戰(zhàn)略
　　中國、南非、波蘭和朝鮮是當今世界上煤炭消耗比重超過70%的4個國家，其它3國正在改變其以煤為主的能源戰(zhàn)略。我國在短期內(nèi)改變以煤為主的能源結(jié)構(gòu)是不可能的，也是不現(xiàn)實的。但從長遠發(fā)展戰(zhàn)略考慮，為了緩解燃煤帶來的環(huán)境污染，提高國民經(jīng)濟運行的總體效益和人民的生活質(zhì)量，應(yīng)有計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。
　　我國水力資源蘊藏量為680 GW，可供開發(fā)的為380 GW，居世界首位。水電是無SO2排放、可再生的能源。
　　用核電來替代燃煤是減少SO2排放的有效途徑，對目前人們*擔心的核電**問題，理論和運行實踐證明是**可靠的。中長期將成為我國的主要能源之一。從1980年到1986年，法國總發(fā)電量中核電的比例，由24%上升到70%，同期法國發(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　依靠科技進步，節(jié)能降耗，減少SO2排放
　　以300 MW、600 MW等大型、特大型機組為主，逐步淘汰低效高耗的中低壓機組，如1 kW.h的煤耗2000年比1990年降低60 g標準煤，僅此一項可節(jié)約標準煤6 600萬t左右，減少SO2排放量180萬t。

4.3　煤炭的清潔使用和發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)
　　我國是一個以煤為主要能源的國家，即使再過半個世紀，煤炭在我國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)在未來我國可持續(xù)發(fā)展中將占有舉足輕重的地位。我國是發(fā)展中國家，面臨經(jīng)濟建設(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)濟上的合理性。
　　此項主要有煤炭的洗選加工；工業(yè)與民用型煤；限制高硫煤開采與使用；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　開發(fā)適合我國國情的煙氣脫硫技術(shù)

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

作者簡介：顧念祖(1941-)，男，江蘇無錫人，東南大學(xué)副教授.
作者單位：顧念祖（東南大學(xué)動力系，江蘇　南京　210096）

參考文獻：

［1］中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會編.脫硫技術(shù).中國環(huán)境科學(xué)出版社，1995.
［2］國家環(huán)境保護局.電力工業(yè)廢氣治理.中國環(huán)境科學(xué)出版社，1993.
［3］國家環(huán)境保護局.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，錢垂喜.我國主要燃煤電廠SO2生成量的現(xiàn)狀及其預(yù)測.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、李長春、李光霞.燃煤煙氣脫硫.中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1991.

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