第21卷　第4期煤　炭　转　化V o l121　N o14 1998年10月COAL CONV ER S I ON O ct11998我国燃煤二氧化硫污染的控制技术及其应用α雷震东1)　吴创之2)　陈　勇3)　陈国榘3)摘　要　对国内各种主要的燃前、燃中、烟气脱硫技术的应用现状和发展趋势进行了分析。

针对目前特殊的国情条件认为:1)燃前处理技术具有环保与经济的双重效益,技术成熟度高,关键应从政策和管理引导入手;2)燃烧过程处理技术对新建锅炉,尤其是各种流化床燃煤系统十分有效;3)在现阶段及未来几年之内,烟气脱硫仍将是对我国二氧化硫污染控制最为有效的技术,但应将重点放在开发适合国情的烟气脱硫技术以及政策导向上。

关键词　燃煤,二氧化硫污染,控制技术中图分类号　TQ53419,X5110　引　言环境酸化是当今世界严重的区域性环境问题之一。

据统计,目前我国酸雨覆盖面积已占到中国国土面积的约40%.酸雨主要前体物二氧化硫的排放趋势在西欧和北美等地已得到有力控制,而在我国,则仍在以较快速度增长着。

1995年,我国二氧化硫的排放量达2370万t,已超过美国的2100万t而位居世界第一。

最近国内的研究表明,我国二氧化硫的排放绝大部分沉降在我国大陆境内,大量酸性物质的沉降已经导致我国环境酸化:长江以南酸雨区域已连成一片,并向长江以北蔓延;全国降水的酸度平均升高2倍～8倍,出现了世界罕见的降水pH年均值低于4的地区。

最近几年的研究结果还表明,我国酸雨区内的酸沉降对农业、林业和材料破坏造成的经济损失每年达二百多亿元,对人体健康也造成严重危害。

[1]我国的酸雨类型属硫酸型,SO42-与NO-3的比值在4∶1～15∶1范围内,这主要与我国以煤炭为主的一次能源消费结构有关(1995年为75%)。

我国用煤的平均含硫量为1112%[2],在其使用过程中,又有80%用于直接燃烧,因燃煤而排放的二氧化硫占其总排放量的7416%(1994年)。

针对煤炭燃烧所造成的严重环境问题,我国政府根据具体国情制定了相应的政策。

1995年8月29日,政府颁布了新修订的《中华人民共和国大气污染防治法》(简称《大气法》),与1982年公布的《大气法》相比,着重强调了燃煤污染的防治问题,并从单纯煤的烟尘控制扩大到燃煤产生的SO x, NO x等多因子控制。

为了与其相适应,国家环保局也正在制定一系列的单项法规和标准,如1997年1月1日实施的新修定的《火电厂大气污染排放标准》就规定了1997年1月1日以后SO2最高允许排放浓度(表1),而且各地还有最高允许排放量的控制。

根据新标准,对于新建的火电厂,当煤中含硫量超过1%时,就必须加装脱硫设备才能符合法规要求。

此外,目前在两省九市征收SO2排污费(200元 吨SO2)的试点工作也将逐步推广至酸雨控制区和二氧化硫污染控制区。

　表1　SO2最高允许排放浓度　m g m3燃料的含硫量 %≤110≥110最高限值21001200日趋严重的SO2污染形势、不断严格的污染排放标准以及环保政策对污染控制的鼓励等,使得在α1)硕士;2)副研究员;3)研究员,中国科学院广州能源研究所,510070广州 收稿日期:1998205217不远的将来我国大规模地推行SO2减量化具备了必要的外在条件。

因此,对中国国内目前所拥有的各种燃煤二氧化硫污染控制技术进行一番分析是十分必要的。

对于煤中所含硫分及其燃烧所产生的二氧化硫污染物的控制技术,可以分为燃前处理、燃烧过程处理技术和烟气脱硫三大类。

1　燃前处理技术111　动力煤洗选加工动力煤洗选加工可降低灰分、硫分,提高热值,用于电站锅炉可以降低发电煤耗,延长锅炉及辅机的寿命;用于工业锅炉和窑炉可以提高燃烧效率,同时可以减少烟尘和SO2排放量。

在煤炭质量要求严格的国家,为了控制用煤的灰分和硫分,各煤矿一般都配套有煤洗选措施。

德、法、澳、日等国用煤入洗率都在90%以上。

[3]在中国,原煤的入洗率较低,只有22%,约218亿t煤,设备容量也只能达到318亿t(1995年)。

[4]现阶段,我国的洗煤主要用于冶金用煤,动力用煤只是对含硫量高的煤才采用洗选,其入选比重仅为613%左右。

因此,洗选煤的发展在中国还存在极大潜力。

国务院已批准将其列入《中国洁净煤技术“九五”计划和2010年发展纲要》,预计到2000年,我国煤炭入洗率能提高到30%左右。

“九五”期间,国内正着重于研究解决大型选煤设备和自动检测技术的可靠性等问题。

[5]112　型煤加工将粉煤加工成型煤,比燃烧散煤节约能源的20%～30%,减少烟尘排放量40%～60%,还能提高锅炉出力10%～30%,加入适量的固硫剂后,燃烧时烟尘和SO2排放都比燃烧散煤时减少40%～60%.[6]针对我国城市居民燃料消费状况,在煤气尚未普及的地区,发展固硫型煤代替散煤的燃烧可以改变城市污染状况。

国内多年实践已证明,型煤加工技术在经济上是合理的,而且环境、社会效益显著。

无论是民用型煤还是工业型煤,都存在着巨大的市场潜力。

在我国,民用型煤加工已有成熟技术,但工业型煤的发展比较缓慢,其技术开发仍处于分散的低水平重复状态,对于其推广还缺乏统一规划和良好的组织管理。

目前市场上每吨工业型煤价格比原煤高50元～80元,因而用户普遍缺乏使用积极性。

总之,如何让工业型煤技术尽快而充分地发挥其经济、环保和社会效益还是一个很大的课题。

113　水煤浆技术水煤浆是一种煤基液流态燃料,可以代油燃烧。

由于在水煤浆的制备过程中,必须经历对煤的洗选过程,因而采用水煤浆燃料后,可以降低SO2的排放量达80%以上。

我国对水煤浆的制备与燃烧技术的试验研究开始于80年代初,同世界上其它国家一样,最初的主要目的是希望摆脱对进口石油的依赖。

国内现有技术已具备了商业化水平,制浆技术达到国际水平。

但是在电厂锅炉及工业炉窑的试用表明,水煤浆燃烧技术的应用和推广存在较大的经济性问题。

根据我国能源政策,燃油锅炉有逐渐被取代的趋势,但对于现有燃油锅炉,只有当石油的价格与水煤浆价格比为2125时(1990年可比价),在经济性上才合算。

[7]目前,水煤浆技术在电厂还很难推广,在工业窑炉上的应用存在一定潜力。

114　利用微生物脱硫技术利用某些细菌以硫化物为能源,并使硫元素的存在形态发生改变的性质,可以进行微生物脱硫。

一般用氧化亚铁硫杆菌去除煤中约占2 3的无机硫(FeS2),用硫化叶菌去除有机硫,效率分别可以达到40%和30%左右。

国内已能分离出可脱除有机硫的微生物,脱硫率可达21%～47%,而对于黄铁矿的脱除方法则需要更进一步的改进。

微生物法脱硫具有反应条件温和、成本低、能耗省、无煤的流失等优点,是一种很有前途的方法。

[8]2　燃烧过程中的处理技术211　流化床燃烧工艺(FBC)流化床燃烧脱硫通过向床(炉)内加入石灰石或白云石,在燃烧温度850℃～900℃下,石灰石分解产生氧化钙,与烟气中存在的SO x发生反应,达到脱硫的目的。

因为流化床最佳操作温度范围也正好是最有利于CaCO3分解的温度范围,所以流化床燃烧系统一般具有较高的脱硫效率。

从60年代以来,我国经历了流化床燃烧工艺发展的三个阶段。

第一阶段致力于小、中型的鼓泡流化床锅炉(),现今20多个锅炉厂家每年生产8 煤　炭　转　化 1998年200余台这样的锅炉,迄今为止共有3000余台第一代流化床锅炉,最大蒸发量130t h.热效率达到83%～86%,脱硫率83%～93%,为了进一步提高床内的脱硫效率,采用飞灰循环不失为一种行之有效的方法。

[9]第二阶段是从80年代以来大力发展的常压循环流化床锅炉(A CFB),燃烧效率达到98%～9915%,脱硫率达90%以上,现已较多地被用作电站锅炉。

国内目前建成或在建的220t h(配50MW 机组)的锅炉已超过10台,一台100MW的A CFB 已于1996年上半年投入运行,四川内江电厂还从芬兰引进了一台420t h的流化床锅炉。

就经济性而言,A CFB的成本基本接近于粉煤电厂加上烟气脱硫装置的成本。

[10]第三阶段主要研究并发展燃煤增压流化床(PFBC)燃气蒸汽联合循环发电技术。

1994年,在国内已有一套35t h的示范装置投入运行。

国外现已达到商业验证阶段。

其主要优点在于发电效率比常规蒸汽电站高3%～4%,节煤达10%～15%,发电效率可达46%以上,SO2和NO x排放均低于环保部门规定的指标,脱除率可达99%.装置所需投资几乎与常规蒸汽电站相当。

目前,我国正在研究开发较大规模的PFBC,并计划于本世纪内建成一套150MW的PFBC示范装置。

212　煤气化联合循环系统(IGCC)在IGCC系统中,煤与气化剂首先在气化炉内反应生成燃料气,然后送入燃气轮机系统燃烧。

在气化时,煤中的硫及氮、氯等分别生成H2S,N H3, SO2,HC l,经过常规的方法可以脱除至非常低的水平。

煤气燃烧后以高于PFBC的烟气温度进入燃气轮机。

气化炉可采用流化床气化炉、气流床气化炉、固定床气化炉三类。

目前,IGCC在国外已进入商业化示范阶段,预计2010年左右可进入实用阶段,单机规模达到300 MW～400MW,热效率可望达到53%.与A CFB及PFBC相比,IGCC的投资最大,而所得的高效率难以抵偿其附加的费用。

[11]因此,今后降低总系统的费用和进一步提高效率,使其具有经济吸引力是未来几年内的发展方向。

我国政府已把IGCC及PF2 BC共同列入“21世纪议程”,并计划于2000年前在国内建成一座单机容量200MW～400MW的3　烟气脱硫工艺(FGD)烟气脱硫是目前世界上控制燃煤SO2排放应用最广和最有效的技术,经工业化应用的成熟工艺有十几种,根据脱硫剂的类型可分为湿法、半干法、干法。

湿法效率最高,半干法次之,而干法处理废渣较方便。

对于副产物的处理又有回收利用和抛弃两种。

由于燃煤锅炉种类的多样性以及各具特点的自身条件,很难找到一种适合全局通用的脱硫方案,这就为各种脱硫方法的争奇斗艳提供了广阔的空间。

我国早在70年代就开始了这方面的研究工作,几乎与美国同时起步,涉及各类方法。

但由于经济方面以及缺乏相应政策的推动,进展缓慢,大部分技术尚停留在中试甚至小试阶段,仅有的几项经过中试应用的技术也还未能大范围推广。

311　国内FGD技术研究发展状况31111　完成中试或通过鉴定的成熟技术(1)石灰石2石膏湿法。

早在70年代中期,上海闸北电厂就完成了2500Nm3 h烟气的中间试验。

由于当时石膏缺乏销路,未能用于生产。

不过,以其为代表的各种湿法洗涤装置得到了较大发展,并占据了国内中小型锅炉烟气脱硫市场的主流。

(2)活性炭2硫酸法。

“六五”期间,湖北松木坪电厂建立了规模5000Nm3 h的中试装置。

用含碘015%的活性炭吸附浓度为3000×10-6～4000×10-6的SO2,再水洗得到20%的稀硫酸,脱硫率达到90%以上。