煤的清洁燃烧技术

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煤的清洁燃烧技术
  ~$ U/ a9 x& v+ _  一、技术概述[/td][td=1,1,2%][/td][/tr][tr][td=1,1,2%][/td][td=1,1,96%]    我国是世界耗煤第一大国，主要用于火力发电燃煤锅炉，由于大部分火电厂未对燃煤排气中的SO2、NOX采取措施脱除，因此造成对环境的污染越来越严重。目前主要有两类方式对燃煤排放气体中的SO2、NOX进行处理。
    一类是在炉内通过燃烧技术的改进，降低SO2、NOX排放量，这种技术主要应用于常规燃煤发电厂，称之为煤清洁发电技术。目前已有商业应用。煤的清洁发电技术主要有：循环流化床燃烧技术（CFBC）、增压流化床燃烧联合循环技术（PFBC－CC）、整体煤气化蒸汽－燃气联合循环技术（IGCC）。
0 H" f9 S' ?+ c2 O4 e. z    另一类是在炉后，尾部烟气中进行脱硫脱硝。采用的主要的技术和方法主要有：1．湿法烟气脱硫技术、2．旋转喷雾半干烟气脱硫技术、3．炉内喷钙尾部增湿脱硫技术、4．电子束照射法、5．磷铵肥法、6．活性焦法等，统称为脱硫（脱硝）技术。[/
# C) E/ M* B9 r1 \   二、现状及国内外发展趋势[/td][td=1,1,2%][/td][/tr][tr][td=1,1,2%][/td][td=1,1,96%]    1．煤清洁发电技术
    （1）国外发展趋势
    ①国外CFBC锅炉正向大型化方向迅速发展，循环流化床锅炉的炉型较多，各家公司都有自己独特的流派，竞争很激烈。目前国外已运行的CFBC锅炉的容量等级已达到100－180MW，且技术上比较成熟并正在设计和研制200－300MW的CFBC锅炉，1995年由法国stein公司制造的250MWCFBC锅炉的投运，其容量上已接近300MW等级。
" j% ~3 X5 Q7 D3 F& ^2 z; {8 u    ②在八十年代中期国外已开始建设PFBC－CC示范电站。瑞典ABB－Carbon公司在PFBC－CC的商业化进程中处于领先地位,开发的输入热功率为200MW的P200装置首批五套已先后在瑞典、西班牙、美国和日本的电站投入运行。首台输入功率为800MW的P800装置也正在日本   Karita电站建设中。
    ③经过净化处理的合成煤气为燃料的IGCC发电系统是目前最清洁高效的燃煤发电方式。目前国外已建成工业装置5套，正在建设和计划建设的电站超过24座，总容量超过8200MW，首台工业装置是1972年在德国克曼电厂建成的为170MW机组。1994年建成的荷兰Buggenum电厂，其净效率达到43．2％，是目前效率最高的IGCC装置；1995年在美国Wabash投运的262MW机组是目前世界投运最大的IGCC装置。
    各家公司面向市场，展开激烈的竞争，针对各自的技术特点，开发大型洁净煤发电装置。随着IGCC的技术发展和成熟，今后的市场需求将会增大。
    CFBC、PFBC及IGCC等洁净煤燃烧技术从今后国外市场来分析，尤其在亚洲地区是有发展前途的，主要是对这些地区的环境保护有利，对改造老的电厂有利，其中CFBC技术，由于我国已做了不少工作，取得了可喜的成果，并在此基础上积极采用引进技术或技贸结合等多种方式来加大开发研制的力度，使大型化100MW级以上的产品趋于成熟，则在21世纪前期阶段，发挥我国的地理、价格等优势，在亚洲地区可占有较大份额。
3 O3 p4 v, A" K& |  Y3 v    （2）国内发展趋势
    ①循环流化床燃烧技术（CFBC）
    我国目前CFBC锅炉容量相对较小，已有数十台几种不同流派的75t／hCFBC锅炉（12MW）投入运行。130t/h（25MW）、220t/h（50MW）CFBC锅炉正处于设计安装阶段。国内虽已有CFBC锅炉开发和相关研究，但大型化进程仍较为缓慢，远不能满足我国电力工业发展的需要。近年来国内各锅炉制造厂以各种方式与国外厂家合作，加快大型CFBC锅炉的开发和研制，东方锅炉厂为进口的410t/hCFBC锅炉承担部份分包任务，后又引进美国FW公司大型CFBC锅炉设计制造技术，哈尔滨锅炉厂采用美国Pyropower技术合作生产50MW   CFBC锅炉供大连化工厂、杭州热电厂等用户，上海锅炉厂正与芬兰Ahlstrom公司合作生产50MWCFBC锅炉。国家计委也在“八五”期间组织清华大学、中科院工程热物理研究所等单位研制国产220t/hCFBC锅炉。上述各方面条件，为发展我国大型CFBC锅炉技术，奠定了良好的基础。
    四川内江电厂从芬兰Ahlstrom公司引进410t/hCFBC锅炉（100MW）作为国内电站CFBC锅炉示范机组已于1996年4月投入运行。初步运行表明该锅炉性能良好，该示范工程为电力行业培养出大型CFBC锅炉的安装、启动调试和运行管理方面的技术力量，将为我国大型CFBC锅炉的消化吸收，开发研制创造有利条件。同时，国家计委已批准西安热工研究院建立煤清洁燃烧技术研究中心，CFBC是该中心主要研究开发内容之一，将为我国重点发展大型CFBC锅炉的组织和协调提供良好条件。
5 f+ x! t% U- n/ r" w/ e3 }    结合示范工程如四川白马电厂等建设项目引进国外200－300MW级CFBC锅炉设备或采用技术合作方法，通过对其关键技术消化吸收及研究开发，关键是掌握其技术能力，形成独立的200－300MW级CFBC锅炉的设计，制造及调试能力，在“九五”及2000年后，开发出国产200－300MWCFBC锅炉及辅助系统，并形成生产能力。
    ②增压流化床燃烧联合循环（PFBC－CC）
    我国对PFBC－CC起步较晚，进展缓慢，国内以东南大学为主，从“六五”开始已进行大量实验室研究，全部国内自行设计和制造的15MWEPFBC－CC中试电站1997年底在江苏省徐州贾汪电厂建成，并完成整体性能和关键技术研究试验工作。在此基础上，拟引进的100MW级PFBC－CC试验电站，已完成可行性方案论证。待建立示范电站予以实施，并同时论证和研究开发适合国情的第二代PFBC－CC。
    ③整体煤气化联合循环（IGCC）
    我国对IGCC的研究始于80年代初，而后有所放松，至1993年以后国家科委、电力部等又重新组织力量，加大力度开发IGCC技术，目前已完成IGCC可行性及示范工程初步研究工作。积极争取在2000年前后开始建设一座200－400MW的IGCC示范电站，在总结经验的基础上，计划到2010年后逐步实现国产化并进行推广。
    ④大型燃气轮机发电机组（GT）
, V2 G) E$ ^+ i) @6 y5 J' z- o    发展整体煤气联合循环（IGCC）和增压流化床燃烧联合循环（PFBC－CC）必须要尽快发展燃气轮机发电机组（GT）。燃气轮机发电机组是联合循环发电技术不可少的重要设备，GT发电机组效率的提高，可使组成的联合循环机组的效率更高。
    南京汽轮电机厂与美国GE公司合作生产MS600IB型燃气轮机，额定功率37MW，业已生产了5台。当前市场需求已经向大功率高效率联合循环机组转化，燃机单机功率已达200MW以上，联合循环电厂功率达到300－450MW。因此，近期应稳定MS600IB型燃气轮机生产，并组成联合循环机组成套供应，积极扩大国内外市场的同时；考虑引进或合作生产100MW等级及以上功率更大、效率更高的燃气轮机及其联合循环机组的制造技术。
1 S" \6 f" a5 [    2．脱硫（脱硝）技术
    工业化国家脱硫脱硝法规均相当严格。因此，大型燃煤装备的脱硫脱硝系统普及率已达90％以上。由于技术发展的原因，这些系统一般采用两套装置为湿法工艺外加脱硝技术的湿法系统分别进行，但目前普遍形成后处理障碍。湿法废弃物石膏的出路问题已经困扰了这些国家的可持续性发展。因此近年来日本、美国、德国都投入相当的力量开发成功了干法脱硫脱硝一体化技术作为下世纪的储备技术。该技术适用于大型燃煤装备的脱硫脱硝工艺。
4 T; l' c5 Q$ j    我国是世界耗煤第一大国，主要用于火力发电燃煤锅炉排硫量相当可观。而且呈逐年上升趋势。脱除SO2的技术在我国尚在起步阶段，与国外差距很大，大型燃煤设备脱硫普及率不足3％，而脱硝技术目前尚未起步。目前采用的脱硫（脱硝）技术仍以湿法工艺为主：
    （1）湿法烟气脱硫技术，其中以石灰石／石灰湿式洗涤法为主要脱硫工艺，这种工艺脱硫效率可达90％以上，我国珞璜电厂已引进了这种技术和设备。
1 f# q6 J0 C7 L1 B5 u6 j5 I) N# d% }    （2）旋转喷雾半干烟气脱硫技术，其脱硫效率可达80％左右，国内在白马电厂进行过半工业性试验，日本在我国黄岛电厂210MW机组抽炉烟进行半工业性试验。
    （3）炉内喷钙尾部增湿脱硫技术，脱硫效率达70％，世界上已有几台机组采用该技术。
    （4）电子束照射法，它是一种同时脱硫脱硝的方法，脱硫效率90％，脱硝效率80％，日本荏原公司提供技术装备，现正在成都热电厂进行半工业性试验。
    （5）磷铵肥法，脱硫效率95％，副产品为氮磷复合肥料，我国在四川豆坝电厂进行过半工业性试验，生产出磷铵肥。
& J8 @- c2 o& B8 X    （6）活性焦法，活性焦是一种柱状脱硫炭，目前只有德国BF公司和日本三井（MMC）生产，但由于活性焦本身价格很高，因此没有推广。现我国煤炭科学院煤化所正在研试和开发我国的一种廉价天然焦，目前已有了试验性的成果，如工业性试验成功，它将是一种价廉，高效的既能脱硫又除烟尘的好方法。这种工艺简单又高效廉价的脱硫技术及其装置，在我国将有广阔的市场。
# ^8 Q1 M' e' Z0 a    干法脱硫技术比较适合我国国情。其生成物多为硫酸氨等可转化为低效化肥。待下世纪初我国脱硝法规出台后，其生成物硫硝氨高效化肥可直接用作化肥。促进农业生产。因此这一技术具有较好的技术经济效果，重视这项技术的开发，将有利于走捷径加快发展我国的烟气脱硫脱硝技术。[/td][td=1,1,2%][/td][/tr][tr][td=1,1,2%][/td][td=1,1,96%]    三、“十五”目标及主要研究内容[/td][td=1,1,2%][/td][/tr][tr][td=1,1,2%][/td][td=1,1,96%]    1．目标
    2010年前实现200~300MW级循环硫化床锅炉商品化批量生产能力，结合拟引进的100MW级PFBC－CC试验电站，研究开发适合国情的瞄准世界先进水平的新一代PFBC－CC，建立示范工程，建设一座200~400MW级的IGCC示范电站，实现国产化并逐步推广。脱硫率＞98％、脱硝率＞70％、除尘效率＞99％、全干法出渣无二次污染。干渣全部用作中效氮肥。2005年完全掌握大型干法脱硫脱硝一体化技术。
    2．主要研究内容
0 t$ t$ t& e6 A    （1）煤清洁发电技术
    ①大型循环流化床锅炉（CFBC）试验研究，对具有大型化技术特点的炉膛结构、分离器、布风装置、回料控制器结构特性和相关的流动、传热、燃烧进行专题研究。
5 M1 N7 l/ z  H: _; U$ F    ②200－300MW  CFBC锅炉国产化技术的研究
    ③200－300MW  CFBC锅炉辅助系统的研制
    ④PFBC－CC关键技术的研究
: k! i# @/ H* |5 R( N7 U    ⑤IGCC发电系统总体特性及运行控制技术研究
    ⑥气化炉工程化关键技术研究与开发
/ D* W! c, L8 U! `    ⑦高温煤气除尘与脱硫技术研究与开发
    ⑧燃气轮机开发技术研究
- n. O) ?8 ~% o: U    ⑨余热锅炉和蒸汽轮机技术、设计方法研究
    （2）脱硫（脱硝）技术
8 |8 M3 S- a; N; ^+ H* h    ①大型干法脱硫脱硝一体化技术研究。包括反应剂的选择和优化；脱硝反应的激化技术；高性能防腐技术的研究；化学反应和安全管理技术研究。
    ②大型脱硫脱硝装备的产业化研究。包括脱硫脱硝技术装备的优化技术研究；各类脱硫脱硝的装备产业化技术研究；脱硫脱硝装备产业的标准化、系列化、成套化技术研究；脱硫脱硝装备先进管理技术研究