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，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36050MW，其中计划脱硫的机组装机容量为11924MW。(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2001~2005年火电厂脱硫市场需求见表1[4]。从表1可以看出，2001~2005年间，我国火电厂需安装脱硫设施的火电机组容量19424MW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11000MW为基数，则2001~2005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。表12001-2005年两控区内火电厂脱硫市场预测2001~2005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机容量（MW）36050119243000075006605019424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。1998~2000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200MW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200MW，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14MW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]。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规模脱硫剂效率/%运行时间技术提供方烟气量（m3·h-1）锅炉胜利油田南化工厂氨-硫铵法2100000NH3901979日本东洋公司南京钢铁厂碱式硫酸铝法51800H2SO41981日本同和公司Al2(SO4)395Al(OH)31990沈阳黎明公司喷雾干燥法50000石灰851992丹麦NIRO公司重庆珞磺电厂湿石灰石-石膏法1087000石灰石浆951993日本三菱公司1087000951995山东德州电厂荷电干吸收剂喷射法75t/hCa(OH)260-701995美国ALANCO公司重庆长寿化工厂JBR喷射鼓泡法61000电石渣701995日本千代田公司山东潍坊化工厂简易石灰石膏法100000消石灰浆701995日本三菱公司山东黄岛电厂简易喷雾干燥法300000生石灰，煤灰701995日本三菱公司太原发电厂小型高速平流式600000石灰石801996日本日立公司广西南宁化工厂简易石灰石石膏法50000Ca(OH)2701996日本川崎公司南京下关电厂炉内喷钙增湿活化法795000石灰石751997芬兰IVO公司成都热电厂电子束法300000NH3801997日本茬原制作所深圳西部电厂海水脱硫1100000海水901998瑞典ABB公司衢州化工厂增湿灰循环脱硫300000电石渣802000瑞典ABB公司表3我国火电厂烟气脱硫示范工程项目重庆珞璜电厂一期太原第一热电厂山东黄岛电厂南京下关电厂深圳西部电厂成都热电厂机组（MW）2×3602001002×125200200锅炉（t/h）——1035670410670670工艺石灰石石膏简易石灰石旋转喷雾干燥法（SDA）炉内喷钙尾部增湿活化（LIFAC）海水洗涤法电子束法（EBA）合作方日本三菱重工日本EPDC日本EPDC芬兰IVO瑞典ABB日本荏原投资额（万元）2660013100740612352215009430单位造价（元/kW）320*6508894947171050脱硫成本（元/kg）0.9451.274.4861.844/1.0脱硫率(%)95807060-8592-9582建造-完工年份1988-19941994-20001992-19991993-20001996-19991995-1998*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424m2，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200MW以上机组几乎全部配备了电除尘器，老的100MW和50MW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600MW机组（美国GE公司），宝钢450m2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