燃煤SO2、NOx污染控制技術(shù)現(xiàn)狀和減排對(duì)策

一、燃煤SO2、NOx污染控制技術(shù)概況
在我國(guó)現(xiàn)有的火電機(jī)組中，燃煤機(jī)組約占93%，燒煤造成的環(huán)境污染已成為制約我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要影響因素。大量原有的和新建的燃煤發(fā)電站和大中型燃煤工業(yè)鍋爐等還是主要采用煙氣脫硫等技術(shù)及其革新方法，來(lái)解決燃煤污染防治問(wèn)題。
對(duì)于我國(guó)，減少SO2污染的最經(jīng)濟(jì)的方法是：停止燃燒S≥3%的高硫劣質(zhì)原煤，改用低硫優(yōu)質(zhì)煤以及采用燃燒前對(duì)原煤洗選，對(duì)原煤洗選可脫除原煤所含硫分中約占一半的黃鐵礦硫中的40%。它能實(shí)用于S≥1%的中、高硫原煤，是投資和運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)減少的技術(shù)措施。另外采用燃燒中的脫硫技術(shù)，即家庭和工業(yè)鍋爐中采用摻有脫硫劑的型煤、循環(huán)流化床鍋爐和煤粉爐爐內(nèi)噴鈣增濕活化技術(shù)。目前在技術(shù)管理上有可能大幅度減排 SO2的技術(shù)還是在燃煤量相對(duì)集中的大用戶(hù)（發(fā)電廠等）采用燃燒中和燃燒后的煙氣脫硫技術(shù)。其中，濕法煙氣脫硫可除硫95%以上，但是投資費(fèi)用約占發(fā)電廠總投資的12-15%，日常運(yùn)行費(fèi)用也較貴。
與NOx相比，SO2排放控制技術(shù)經(jīng)濟(jì)的可行性好，環(huán)境效益大。減小SO2排放的控制措施有洗煤、化學(xué)脫硫、煤的氣化或液化等燃燒前脫硫，和采用型煤脫硫、流化床燃燒脫硫或爐內(nèi)噴鈣等燃燒中脫硫，以及燃燒后的煙氣脫硫。國(guó)際上有多種脫硫技術(shù)已經(jīng)工業(yè)化，我國(guó)業(yè)已開(kāi)展脫硫技術(shù)研究多年，特別是電力行業(yè)已有一些成功的試點(diǎn)工程。減少NOx排放量可選用控制技術(shù)目前在工業(yè)上已成功運(yùn)行的有二類(lèi)，一類(lèi)是改進(jìn)燃燒技術(shù)減少燃燒過(guò)程N(yùn)Ox的產(chǎn)生量，以采用低氮燃燒技術(shù)為宜；另一類(lèi)是采用氨選擇性催化還原法凈化燃燒尾氣。削減單位NOx排放量所需費(fèi)用高于SO2，其原材料的來(lái)源也較困難。
二、減排對(duì)策
減排對(duì)策包括清潔煤技術(shù)、節(jié)能、重點(diǎn)行業(yè)SO2排放技術(shù)以及SO2排放的經(jīng)濟(jì)技術(shù)政策。
清潔煤技術(shù)是指在煤炭從開(kāi)發(fā)到利用全過(guò)程中，旨在減少污染排放與提高利用效率的加工、燃燒、轉(zhuǎn)化及污染控制等新技術(shù)。主要包括煤炭洗選、加工（型煤、水煤漿）、轉(zhuǎn)化（煤炭氣化、煤炭液化）、先進(jìn)燃燒技術(shù)（常壓循環(huán)流化床、加壓流化床、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)、高效低污染燃燒器）、煙氣精華（除塵、脫氮）等方面的內(nèi)容。
清潔煤技術(shù)可主要分為煤炭加工和煤炭的高效潔凈燃燒技術(shù)，煤炭加工包括煤炭洗選、型煤和水煤漿；而煤炭的高效潔凈燃燒技術(shù)主要指燃煤鍋爐的和發(fā)電技術(shù)，包括循環(huán)流化床、增壓流化床、煤氣化聯(lián)合循環(huán)和煤炭氣化。
循環(huán)流化床（CFBC）
是目前國(guó)外清潔煤技術(shù)中一項(xiàng)成熟的技術(shù)，且正在向大型化發(fā)展，其煤種適應(yīng)性廣，燃燒效率高，且與采用煤粉爐尾部煙氣凈化裝置進(jìn)行煙道氣脫硫相比，它不僅能脫SO2，而且可減少NOx，投資成本和運(yùn)行費(fèi)用也比較低。國(guó)外目前運(yùn)行、在建和計(jì)劃建設(shè)的循環(huán)流化床技術(shù)發(fā)電鍋爐已達(dá)250多臺(tái)。我國(guó)目前循環(huán)流化床技術(shù)只相當(dāng)于發(fā)達(dá)國(guó)家八十年代初的水平，在建設(shè)75噸/時(shí)及以下的小型循環(huán)流化床方面有一定的經(jīng)驗(yàn)，但脫硫、除塵、防磨等配套技術(shù)還有待完善。
增壓流化床發(fā)電技術(shù)(PFBC)
該技術(shù)由于實(shí)現(xiàn)了聯(lián)合循環(huán)，發(fā)電技術(shù)高于CFBC發(fā)電技術(shù)。目前瑞典、日本、美國(guó)、西班牙等國(guó)都運(yùn)行著ABB公司生產(chǎn)的單機(jī)容量最大的增壓流化床聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組（80MW），ABB生產(chǎn)的350MW發(fā)電機(jī)組正在日本安裝之中，其發(fā)電效率可達(dá)42%左右。國(guó)內(nèi)目前只有一套PFBC-CC示范試驗(yàn)裝置（15MW）正在建設(shè)之中，容量只有國(guó)外最大容量的1/25。大型商業(yè)化PFBC機(jī)組的高溫?zé)煔鈨艋夹g(shù)及設(shè)備、大功率初溫燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)、控制技術(shù)等還處于實(shí)驗(yàn)室研究開(kāi)發(fā)階段。
煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)(IGCC)
該技術(shù)是將煤氣化成燃料氣，驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，其尾氣通過(guò)余熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。粗煤氣經(jīng)凈化處理，可在燃燒前脫除硫和灰；聯(lián)合循環(huán)可提高系統(tǒng)熱效率。據(jù)美國(guó)資料，IGCC燃煤發(fā)電SO2排放量比流化床脫硫及煙氣脫 硫效率均好。目前世界上IGCC發(fā)電技術(shù)正處于第二代技術(shù)的成熟階段，在建、擬建的IGCC電站24座。IGCC發(fā)電技術(shù)極有可能成為21世紀(jì)主要的發(fā)電方式之一。因投資大，技術(shù)復(fù)雜，中國(guó)僅進(jìn)行了某些單項(xiàng)技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)。
煤炭氣化
是把經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理的煤送入反應(yīng)器，在一定溫度和壓力下，通過(guò)氣化劑以一定的流動(dòng)方式轉(zhuǎn)化成氣體。煤氣化主要產(chǎn)生CO和H2， 煤氣在燃燒前脫除硫組分，粗煤氣中的硫化氫可在氣體冷卻后通過(guò)化學(xué)吸收或物理吸附脫除。中國(guó)煤炭氣化技術(shù)比較成熟，它是城市民用燃?xì)獾闹匾M成部分。但同國(guó)際先進(jìn)水平相比，中國(guó)的煤炭氣化技術(shù)還相差較遠(yuǎn)，尤其在熱效率、氣化率和環(huán)保方面仍需作大量研究開(kāi)發(fā)工作。
重點(diǎn)行業(yè)SO2排放技術(shù)：
電力行業(yè)
到1995年底，全國(guó)火電裝機(jī)容量已達(dá)1.6億千瓦，二氧化硫排放量占全國(guó)的35%。根據(jù)國(guó)家有關(guān)電力發(fā)展的規(guī)劃，到本世紀(jì)末我國(guó)火電裝機(jī)容量將達(dá)到2.2億千瓦，到2010年火電裝機(jī)容量將達(dá)3.7億千瓦，其二氧化硫排放量將分別占全國(guó)總排放量的一半和60%以上。煙氣脫硫（FGD）是目前控制火電廠SO2排放有效和應(yīng)用最廣的技術(shù)。當(dāng)前在一定規(guī)模上使用的只有有限的幾種：如石灰石--石膏法、噴霧干燥法、LIFAC法、雙堿法。其中前三種方法國(guó)家已安排了示范工程，即珞璜電廠從日本引進(jìn)兩套350MW的石灰石--石膏法工藝，四川白馬電廠和山東黃島電廠均采用噴霧干燥法工藝進(jìn)行脫硫示范，而南京下關(guān)電廠則從芬蘭引進(jìn)兩套125MW的LIFAC法（爐內(nèi)噴鈣--增濕活化法）脫硫工藝設(shè)備進(jìn)行舊電廠脫硫改造示范。此外，我國(guó)研究開(kāi)發(fā)的磷銨肥法煙氣脫硫新工藝，已完成5000標(biāo)立方米煙氣量中試，總脫硫率95%以上，并生產(chǎn)磷銨復(fù)合肥料。
火電廠脫硫不僅要考慮技術(shù)上可行，同時(shí)還要考慮國(guó)家和企業(yè)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)承受能力。根據(jù)美國(guó)環(huán)保局對(duì)當(dāng)前 燃煤電廠應(yīng)用各種濕、干法脫硫工藝，每千瓦投資和脫除每噸SO2運(yùn)行費(fèi)用估算結(jié)果表明：
采用濕法脫硫效率90%左右，每千瓦投資為80-180美元。
采用干法脫硫效率50-90%左右，每千瓦投資為40-180美元。
按脫除每噸SO2運(yùn)行費(fèi)看，濕法與干法相近，脫除一噸SO2運(yùn)行費(fèi)為400-800美元。
到2000年我國(guó)火電裝機(jī)容量將達(dá)到2.2億千瓦，為了使燃煤電廠SO2排放達(dá)到總量控制目標(biāo)，需要有1200萬(wàn)千瓦燃燒電廠上煙氣脫硫裝置。按目前脫硫成熟的噴霧干燥和石灰石--石膏法脫硫技術(shù)其投資占電廠投資10-15%，火電廠投資以每千瓦3000元計(jì)，則1200萬(wàn)千瓦燃煤電廠SO2排放達(dá)標(biāo)，煙氣脫硫投資約需36億元-54億元。
鋼鐵行業(yè)
鋼鐵企業(yè)燒結(jié)廠是黑色冶金行業(yè)SO2排放大戶(hù)，目前每年排放SO2 53.8萬(wàn)噸。
燒結(jié)廠削減SO2排放量的主要措施有以下幾項(xiàng)：
降低原料含硫量；
減少原料的耗量；
燒結(jié)廠要對(duì)燒結(jié)低濃度SO2煙氣進(jìn)行治理
鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中燒結(jié)廠和焦化廠是必不可少的配套，燒結(jié)廠利用焦化廠的氨水采用氨--銨法回收燒結(jié)煙氣中SO2是可推薦的方法。最保守的估計(jì)，按85%的脫硫效率計(jì)算，2000年時(shí)有2400萬(wàn)噸鋼所配燒結(jié)廠采取脫硫措施就可達(dá)到硫回率16.6%，2010年時(shí)3200萬(wàn)噸鋼所配燒結(jié)廠采取脫硫措施就可達(dá)到硫回率37。5%。
有色行業(yè)
粗銅冶煉是有色金屬冶煉行業(yè)SO2排放大戶(hù)，目前銅年產(chǎn)量為80萬(wàn)噸，年排放SO228萬(wàn)噸。從硫回收的角度看有色冶煉行業(yè)與其他行業(yè)比硫回收率是比較高的，已經(jīng)達(dá)78.5%。。2000年前我國(guó)將新增25萬(wàn)噸銅的冶煉工藝，若采用目前國(guó)內(nèi)已達(dá)到的閃速爐熔煉加二轉(zhuǎn)二吸制酸工藝，即排放系數(shù)達(dá)到35千克SO2/噸-銅，新增的25萬(wàn)噸銅產(chǎn)量只增加SO2排放量8760噸。到2010年前銅冶煉企業(yè)達(dá)到全部采用閃速爐熔煉加二轉(zhuǎn)二吸制酸是完全可能的，硫回收率達(dá)到目前國(guó)際先進(jìn)水平98.9%。到2010年銅產(chǎn)量達(dá)到165萬(wàn)噸時(shí)，SO2排放量?jī)H有4.98萬(wàn)噸。
鉛冶煉有二種主要工藝，一是密閉鼓風(fēng)爐加二轉(zhuǎn)二吸制酸，硫回收率可達(dá)97%, 二是鼓風(fēng)爐練鉛工藝，煙氣中SO2濃度低，不能有效地回收SO2，排污系數(shù)高達(dá)480.3千克SO2/噸-鉛，是密閉鼓風(fēng)爐的10倍，應(yīng)作為改造重點(diǎn)。 鋅冶煉有三種主要工藝，一是濕法煉鋅，煙氣中SO2濃度低，不能有效地回收SO2，排污系數(shù)高達(dá)733。95千克SO2/噸-鋅，是改造重點(diǎn)；二是豎罐煉鋅，雖然可得到較高濃度的SO2，但能耗高，污水量大，應(yīng)限制發(fā)展；三是密閉鼓風(fēng)爐工藝，可以同時(shí)煉鉛、鋅，是一種有推廣前途的工藝。
其它行業(yè)
水泥行業(yè)新上項(xiàng)目全部采用窯外分解技術(shù)，改造大、中型水泥廠中的濕法窯為窯外分解技術(shù)；對(duì)地方中小型水泥廠，蛋窯、轉(zhuǎn)窯、扇窯等耗煤水泥窯，用普立窯、機(jī)立窯技術(shù)取代。
硫酸行業(yè)通過(guò)改進(jìn)一轉(zhuǎn)一吸工藝為二轉(zhuǎn)二吸工藝或一轉(zhuǎn)一吸尾氣處理，到2000年可比1995年減少2.2萬(wàn)噸SO2排放量。
三、“中國(guó)21世紀(jì)議程”的酸雨污染物控制策略
在策略方面，“中國(guó)21世紀(jì)議程”白皮書(shū)指出酸雨污染物控制將重點(diǎn)開(kāi)發(fā)研究：
中小型燃燒鍋爐高效除塵技術(shù)；
二氧化硫排放的綜合控制技術(shù)，包括型煤燃燒成套技術(shù)、循環(huán)流化床燃燒脫硫技術(shù)、濕式脫硫除塵技術(shù)、脫硫雜渣資源化技術(shù)和爐內(nèi)噴鈣等。各種技術(shù)的完善及其優(yōu)化組合，建立示范工程，使研究成果發(fā)揮環(huán)境、節(jié)能和實(shí)現(xiàn)污染物資源化的綜合效益；
燃煤電站二氧化硫控制技術(shù)，包括大型流化床燃燒脫硫技術(shù)，旋轉(zhuǎn)噴霧干燥脫硫技術(shù)，爐內(nèi)噴霧技術(shù)，石灰石、石膏法脫硫技術(shù)及示范工程；
致酸物質(zhì)適用控制技術(shù)，氮氧化物實(shí)用控制技術(shù)；
煤炭高效清洗燃燒技術(shù)及工業(yè)爐窯節(jié)能與低污染技術(shù)。