1、燃烧技术【燃煤高温固硫技术的现状及进展】燃煤高温固硫技术的现状及进展 1 概述 在我国煤炭消费中，约 85%的煤炭作为动力煤直接用于燃烧，导致了严重的大气污染，其中尤以 SO2污染与酸雨为甚。大气污染中约 90%的 SO2是燃煤产生的,1995 年全国 SO2总排放量达到 2370万 t。随着国家对 SO2及酸雨问题的日益重视，至 1997年排放 SO2量降为 2 346万 t。以 SO2为主要因素形成的酸雨污染区，曾达到约占全国国土总面积的 40%(1997年已降为约 30%)，对人民生活及工业生产造成严重危害，已引起国内外的广泛关注。1994 年 3月中国政府颁布了中国 21世纪议程，提出
2、到 2000年 SO2年排放量控制在 21002300 万 t。1995 年 8月，我国政府公布了新修订的中华人民共和国大气污染防治法，进一步强化了燃煤污染的防治。1998 年 1月，国务院正式批准国家环保局“关于呈报酸雨控制区和 SO2污染控制区划分方案的请示”，要求“两控区”到 2010年 SO2排放总量控制在 2000年排放水平以内。1998年 3月国家环保局公布，到 2000年全国 SO2年排放总量控制指标为 2460万 t。 目前，中国工业锅炉约 46万台，其中中小型层燃锅炉占 70%，各种窑炉约 16万座，年用煤量在400Mt以上，燃煤炊事炉灶 1亿多个，每年消费生活用煤约 130
3、Mt以上。发展洁净煤技术是中国解决煤烟型大气污染为主要特征的环境问题的一项战略措施，是实现经济、社会持续发展和经济、能源、环境协调发展的重要技术方向。洁净煤技术的核心技术领域是煤炭高效洁净燃烧。其中，燃煤固硫技术是一项适合我国国情的减排 SO2的技术。 2 国内外燃煤脱(固)硫技术现状 据美国环保局(EPA)统计，世界各国开发、研究、使用的 SO2控制技术多达 200多种。这些技术归纳起来可分为三大类：(1)燃烧前脱硫，如选煤等；(2)燃烧中脱(固)硫，如工业型煤固硫、动力配煤加固硫剂固硫、炉内喷钙、循环流化床锅炉燃烧等；(3)燃烧后脱硫，即烟气脱硫(FGD)。目前国外控制 SO2排放的最有效
4、的手段仍是烟气脱硫技术，但其基建投资和日常运行费用较高。炉排层状燃烧和煤粉悬浮燃烧是目前广泛采用的传统燃煤技术，虽然它们也有不少改进和发展，但是受到局限。对链条炉来说，适于燃用具有一定粒度范围的块状烟煤，要燃用多碎屑的煤是困难的；对煤粉炉来说，由于制粉系统比较复杂，耗电较多，适于大型电厂。特别是在 SO2、NOx 排放方面，对于链条炉和煤粉炉而言，二者均为高温燃烧，NOx 排放量大，脱除 SO2的系统复杂和昂贵。燃烧中脱(固)硫技术是在煤中添加一定的固硫剂使煤在燃烧或气化时生成的气态硫化物在炉内吸收，气相中残存的硫化物，与刚进入炉内的脱硫剂接触而被吸收，这样排出的气体中 SO2含量就大大降低了
5、。该方法的优越性是既不需要燃烧前脱硫设备，也不需要或可大大减少燃烧后脱硫设备。但它也有不利的一面，即固硫剂或部分或全部参与燃烧过程，将会影响煤的燃烧性能，此外，由于固硫剂中的碱性物质等的利用率低，以及已形成的硫酸盐(MSOx)的再分解等，导致固硫效率不高。 80年代以前，在西方发达国家在煤粉炉、链条炉等燃煤锅炉上也曾采用过固硫剂固硫技术。如将石灰石与煤混合或与煤同时加入，或者将石灰石粉从适当的部位喷入炉膛(如 USP 4226601、JP 昭 5770193和 USP 4322218号专利等)，但它们仍只是简单地将石灰类物质加入到煤中，结果只能获得最多 40%的固硫率。随着对环保要求的日益严格
6、，40%的固硫率已无法满足要求，因此，国外现在均转向燃后脱硫技术。国内自“六五”以来，在炉内固硫技术的研究与开发上，也做了大量工作，很多单位都在积极参与，但多数均处于实验室研究阶段。所采取的技术途径主要有两条，一是以助燃为目的的助燃剂，在助燃的同时起到一定的固硫作用，其实际固硫率一般为 15%25%(包括煤自身的固硫率)，加入量为 27,吨煤成本增加约 1015 元，已形成 12 万 t/a的生产能力，但累积销量也不过几百吨，其固硫原理及所报道的固硫率均值得商榷；二是以钙系氧化物为主的固硫剂或复合固硫剂，实际固硫率也只有 25%30%，Ca/S摩尔比约为 23，吨煤成本增加约为 1020 元。
7、目前，燃煤固硫技术研制开发的重点为固硫剂及其助剂的研制开发以及对煤种的适应性。3 固硫剂及其助剂的研制开发最新进展凡能与煤在燃烧过程中生成的 SO2或 SO3起化学或物理吸附反应,形成固态残渣而留在煤灰中的物质均可作为固硫剂。固硫剂种类很多，如：石灰石、白云石、方解石、氧化钙、氧化镁、碳酸钠、氢氧化钠等，但目前使用最多、价廉易得的仍是碳酸钙、氢氧化钙等，俗称钙基固硫剂。有时也选用如电石渣、造纸废液、硼泥等众多的工业废料。但普通的钙基固硫剂具有钙的利用率低、高温固硫效果差的不足。燃煤固硫技术的关键是固硫剂及其添加剂的选择与优化，以及对煤种、煤质和燃烧方式的适应性。常用的固硫剂以钙基固硫剂为主，其
8、缺点是固硫剂的利用率低，固硫反应速率与硫析出速率不一致，以及高温下已形成的固硫产物的再分解。添加剂的加入可以改善固硫剂的固硫反应速率，尤其是高温下可形成其它形式的含硫复合物，阻止或延缓 CaSOx的再分解。通常添加剂的加入可使固硫率提高 30%60%。因此，为了提高固硫率，在制备固硫剂的过程中往往添加一定的助剂来改善其表面性质，以提高固硫率；或者将固硫剂进行活化、改性，以利于提高固硫剂的利用率与固硫率。Yang R.T.在研究流化床脱(固)硫过程中，加入了 Fe2O3、V2O5 等助剂;Desai N.J.选择了 Fe(NO3)3和 Fe2O3作为助剂，研究了加入这些助剂对固硫效果的影响。 M
9、ark等在固硫剂中加入 Na2CO3,制成了助剂固硫剂，极大地改善了脱硫效率，Stouffer 等在用Na2CO3、NaCl、CaCl2、FeCl3 作为助剂进行相似的研究中，也发现了类似的结果:加入 2%wtNa2CO3后，石灰石固硫效果最好。对此，他们认为,Na2CO3 的加入可以促使 CaO晶格重排，不仅使孔的分布、孔的尺寸有利于固硫，而且 Na2CO3本身还有一定的固硫作用(如生成 Na2SO3、Na2SO4)。David等在制水合石灰(Ca(OH)2)时，加入一定量的磺化木质素，所得 Ca(OH)2产品中大约含有 1%的木质素碳酸钙。这样处理降低了固硫剂在反应过程中比表面和孔体积的烧
10、结趋势，使固硫剂在高温区保留了较高的比表面积和孔隙率，提高了与 SO2的反应能力。研究结果表明，经木质素磺酸钙活化后，可使钙利用率提高 20%，固硫率增加 4%15%。 CaCl的存在提高了 CaO在固硫过程中的效率，这是因为在反应过程中会形成一薄层的 NaCl/CaO低共熔层，从而改善了 CaO的性质。Paolo Davini 的研究表明，用含量 2%的 NaCl溶液浸泡过的固硫剂，炉温为 850时，在脱硫过程中可形成一种有着网络结构的 CaO，提高了 CaO向 CaSO4 的转化率，且固硫率大大提高。卢啸风等在试验中还发现，在炉温 950时，一定形式的碳酸钙和少量的 Ca(OH)2的混和物
11、具有比单一碳酸钙或 Ca(OH)2更高的脱(固)硫能力，从而形成了一种新的固硫剂。这种固硫剂无论是粉状还是制成球形，都有较高的反应活性，新的固硫剂的 CaO转化率比石灰石高 60%以上。Ralph.T.Rang等在实验中选用 Fe2O3作固硫助剂，结果证明，Fe2O3 对 CaSO4的再分解起着阻止作用，即对固硫是有利的。针对 CaSO4的分解，Fe2O3 的加入量有一最佳值，多于或少于这一数值，对煤中的硫分以 CaSO4的形式固定下来都是不利的。肖佩林等的研究表明，在固硫剂中加入铁、硅组份，可在燃烧过程中生成新的 CaFeSiO 体系，固硫率可明显提高，尤其在高温下固硫率较高。固硫炉渣采用
12、X射线衍射法与 X射线荧光光谱法对所生成体系进行表征，发现有一种热稳定化合物 CaFe3(SiO4)OH存在，它覆盖或包裹硫酸钙晶体，延缓并阻止了硫酸钙的分解，提高了固硫率。黄信义等在 8001 100管式炉内进行了人工钙基脱硫剂的研究，发现人工钙基固硫剂的活性是天然石灰石的 23 倍。当加入添加剂后，发现 MgO与 SO2的反应性比 CaO高，可使钙的利用率达到 40%。 由浙江大学开发的 ZD系列固硫剂，加入量大致相当于煤中硫含量的 4倍，炉内固硫的固硫率为32%41%。 由煤炭科学研究总院北京煤化所开发的 MHS系列添加剂，可使高温固硫提高率达 50%以上。在 Ca/S比约 2与 MHS
13、系列添加剂加入量约 1%时，高温固硫率可达 40%以上。4 结论 (1) 燃煤固硫技术是一项适合我国国情的减排 SO2的技术； (2) 燃煤固硫技术的关键是固硫剂及其添加剂的选择与优化，以及对煤种、煤质和燃烧方式的适应性；(3) 普通钙基固硫剂的高温固硫率只有 20%30%，主要是固硫剂的固硫反应与煤燃烧过程中的硫析出规律不一致，以及已生成的固硫产物高温下的再分解等； (4) 添加剂对提高高温固硫效果至关重要，通常添加剂的加入可使固硫提高率 30%60%，加入添加剂后可以使固硫剂的高温固硫率提高到 40%以上。【中国火力发电洁净煤技术的发展】中国火力发电洁净煤技术的发展(一) 1 中国发展洁净
14、煤技术的迫切性 1.1 中国煤炭的主要特点及燃煤发电对环境的影响中国煤炭资源丰富，是世界上最大的煤炭生产国和消费国，也是世界上少数几个以煤炭为主要一次能源的国家之一。中国已探明的煤炭保有储量为 1万亿吨（1Tt），占一次能源的 90%以上。其中烟煤占 75%，无烟煤占12%，褐煤占 13%。煤炭在一次能源的生产与消费中的比例会长期保持在 75%的水平上，而且这一比重在将来的 3050年内不会有大的变化。表 1给出了 1980-1996年中国一次能源的消费结构。 表 1 1980年-1996 年一次能源消费量及构成占能源消费总量的百分比 (%)年份 消费总量 （Mt 标煤）原 煤 原 油 天然气
15、 水 电1980 602.75 72.2 20.7 3.1 4.01985 766.82 75.8 17.1 2.2 4.91990 987.03 76.2 16.6 2.1 5.11993 1159.93 74.4 18.2 1.9 5.21995 1311.76 74.6 17.5 1.8 6.11996 1388.11 75.0 17.5 1.6 5.9中国电力工业已有 100多年的历史，近 20年得到飞速的发展，到 1998年底全国装机容量达到了277GW，年发电量超过了 1157.6TWh,预计到 2000年装机容量达到 290GW。经过近 20年的努力，我们解决了电力这个制约国民经
16、济发展的瓶颈的矛盾，电力供需基本平衡，部分地区还出现了供过于求的局面。但是目前我国人均用电水平还很低，人均装机容量仅为 0.2KW，用电仅约为 1000KW，与发达国家相比还有很大的差距。我们相信随着国家经济结构调整的顺利实施，随着国家经济的发展，我国电力仍然会大力发展。由于煤炭在一次能源结构中的主导地位，决定了电力生产中以煤电为主的格局。在中国电力工业中，自 1990年以来，火电机组装机容量保持在 75%左右，水电约为 24%，核电约占 1%。火电机组的发电量占总发量的 80%以上，其中燃煤电站占总发电量的 76%，所消耗的煤炭占煤炭总产量的 34%。预计发电用煤占煤炭总产量的比例会逐年上升
17、，到 2000年中国发电用煤将上升至 38%，至 2010年煤炭总产量的 44%以上将用于发电。根据成煤条件，中国煤炭的特点是高硫、高灰分且难洗选煤的比重较大，灰分小于 15%的煤约占40%，原煤的平均灰分含量为 28%左右。硫分小于 1%的低硫煤约占 56.4%左右，约 8.2%的原煤含硫量高于2%，35.4%的原煤含硫量在 12%;且随着煤矿开采深度的增加，原煤中的含硫量会大幅度增加。 从 1980年到 1996年，火电机组容量增加 3.9倍，而烟尘排放量基本持平，1980 年为 399万吨，1996年为 370万吨。SO2排放量随装机容量的增长呈上升的趋势。1996 年中国工业部门 SO
18、2排放量为 1946万吨，电力工业 SO2的排放量约占 35。电站锅炉氮氧化物，主要采用低 Nox燃烧方式，氮氧化物的排放总量得到一定的控制。 中国火力发电洁净煤技术的发展（二） 火电厂冲灰水是燃煤电厂中排量最大、污染物超标最严重的废水，1996 年原电力部所属火电厂冲灰水排放量达到 82689万吨。火电厂灰渣排放量随着装机容量的增加而大幅增加，传统的处置方式 是“以贮为主、贮用结合”，灰场占地的问题日益突出，造成有少量灰渣排入江河，污染水源的现象。电力部门加大了治理的力度，到1995年底原电力部所属火电厂已彻底解决了向江河排灰的问题。由于我国是一个以煤为主要一次能源的国家,在今后较长时期内,
19、电力工业中以煤炭为主的能源结构不会改变,更不可能减少煤炭的消耗量。目前中国煤炭的转化利用率较低，煤炭的开发和利用已成为我国环境污染物排放的主要来源，因此中国的能源发展面临着严峻的环境的挑战。为了促进能源与环境协调发展，研究和发展清洁煤发电技术以提高燃煤火电厂的热效率是减少污染物排放最有效的措施之一；也是中国以煤为主的能源生产和消费结构下解决环境污染问题的一个必然选择。我国政府已正式提出对大气污染物进行有效地控制，并致力于发展洁净煤发电技术。在“九五”计划期间,我国政府计划实施先进的洁净煤发电技术示范工程，采用技贸结合的方式引进设备和设计制造技术，为在中国进一步广泛应用清洁煤发电技术奠定基础。1
20、.2新的电力政策 中国现阶段电力建设的基本方针是,实行能源开发与节约并重的原则,并将节约能源放在优先的地位。优化火电结构,优先发展水电,适当发展核电,因地制宜积极发展新能源发电，同步发展电网，这样对火电的发展就提出了更高的要求。在国家的统一指导下，我们正在积极进行电力结构调整，决定将公司系统50MW及以下凝汽机组关停实现时间从 2005年提前到 2004年，在 2000年底前，从原计划的停运 6810MW，增加到 7740MW。国家电力公司决定三年内不开工建设 300MW及以下的常规火电机组，重点发展高参数大容量机组，要积极采用超临界、超超临界机组，大力推广利用洁净煤发电技术，减少 SO2、N
21、Ox、CO2 和粉尘的排放，在沿海和一些需要的地区适当地发展燃油、燃气的联合循环机组，一方面是改善环境，另一方面也是为了增加电网的调峰能力，积极推广热电联供技术，提高能源利用率。2常规火电机组中洁净煤技术的应用 随着国家对环保要求的不断提高，对火电厂的污染物排放控制就更加严格。1997 年国家修订了火电厂大气污染物的排放标准，增加了对 SO2的排放浓度限制和提出了 Nox浓度限制。在 1998年又进一步对 SO2污染控制区和酸雨控制区提出了更加严格的限制，要求 2000年达标排放，并实行总量控制；禁止在大中型城市区域及近郊新建燃煤电厂；新建、改造燃煤含硫量大于 1%的电厂必须建设脱硫设施；20
22、00 年前现有燃煤含硫量大于 1%的电厂要求减排，2010 年前分批建成脱硫设施或采取其它减排措施。21 常规火电机组脱硫电力部门从 70年代开始研究二氧化硫控制问题；80 年代中期，加大了脱硫试验的研究力度，80 年代末完成了四川白马电厂处理烟气量 7104m3/h的旋转喷雾脱硫的中间试验，90 年代建成了四川珞璜电厂2360MW全容量 FGD脱硫装置；山东黄岛电厂 210MW机组处理烟气量 30104m3/h旋转喷雾脱硫装置；山西太原第一热电厂处理烟气量 60104m3/h简易湿法脱硫装置，四川成都热电厂处理烟气量 30104m3/h电子束法脱硫装置。正在建设的脱硫装置有珞璜二期 2360
23、MW全容量 FGD脱硫装置，深圳西部电厂 300MW机组海水脱硫装置，南京下关电厂 125MW机组炉内喷钙脱硫装置以及重庆电厂二台 200MW机组、杭州半山电厂二台125MW机组、北京第一热电厂二台 100MW机组、扬州电厂 200MW机组、太原第二热电厂 200MW机组等正在实施脱硫工程的改造。 当前电厂脱硫的原则是：对 300MW及以上的新装机组，以采用湿法（石灰石石膏法）FGD 为主。对 300MW以下的中型机组，可采用价格比较便宜的脱硫方式，如旋转喷雾脱硫、炉内喷钙脱硫、尾部烟气循环流化床脱硫等。对中小型老机组实施简易的脱硫改造。 对沿海地区的电厂能否大规模使用海水脱硫技术，仍在论证之
24、中。 2.2 低 NOx燃烧技术 电力系统从 80年代初就开始进行通过燃烧措施控制 NOX的研究，90 年代初对中国主要的炉型烟气中的 NOX排放量进行普查，为制定中国的 NOX排放标准提供了依据。目前国家电力公司正在开展 300MW及以上容量的机组在燃用不同煤种及不同燃烧方式下的 NOX生成与排放性能的测试调研与评价分析。降低 NOX排放主要在燃烧器和燃烧过程中做工作。分级燃烧方式，最先在 50MW机组上进行了试验，新投产的 300、600MW 机组的燃烧器也具有分级燃烧功能，可降低 NOX的排放量约 20-30%。新型燃烧器的设计、如多功能船形体煤粉燃烧器、钝体燃烧器、浓淡型燃烧器，都用于
25、四角切园燃烧，研究的重点是稳定燃烧，但也具有一定的降低 NOX生成的功能。 新型低 NOX园型旋流燃烧器，可以降低 NOX的生成量达到 50%以上，这种燃烧器用于前后墙燃烧，目前已在北京高井电站 100MW机组进行整台锅炉改造的试验。烟气脱硝装置具有较高的脱硝效率，但价格昂贵，可能在 2000年后推广，目前只是开展前期的研究工作。 2.3 除尘 中国新建的 200MW及以上的火电机组全部采用电除尘器，全国平均除尘效率为 96%，要使 2000年烟尘排放量控制在 1992年的水平，即全国火电厂平均除尘效率要求达到 97.5%。主要措施是：减少入炉煤的灰份含量，在五年内有可能下降 3-5个百分点；
26、大力推广采用高效电除尘器，除尘效率达 99%以上。加速对中、低效除尘器的改造，这类除尘器从容量上来说占 20%，而排放的烟尘却占火电厂烟尘排放总量的 50%以上。 3. 先进的洁净煤发电技术的研究与示范工程3.1循环流化床燃烧技术 循环流化床燃烧试验台研究 国家电站锅炉清洁煤燃烧工程研究中心（设在国家电力公司热工研究院内）于 90年代初期建立了一系列 CFBC试验台，相继开展了 CFBC系统关键技术及燃烧、脱硫特性的试验研究，取得了对大中型 CFBC锅炉设计和运行具有指导意义的试验结果。1991年建成一台小型 CFB燃烧试验台，该试验台燃烧室直径为 99mm，高度 9m。在该试验台上主要开展了
27、燃烧效率测定、脱硫效率测定、沿床高的温度分布及压力分布、炉内燃烧过程及燃料与脱硫剂特性的试验研究工作。先后已进行了 5种煤及 3种石灰石的燃烧及脱硫特性试验，并为 4个工程项目提供了设计依据. 中国火力发电洁净煤技术的发展（三） 。1993年建成了一座大型热态 CFBC试验台。该试验台热功率为 1MWt，燃烧室截面为 351351mm，燃烧室高度为 23m。炉膛高度与大型 CFBC锅炉的燃烧室接近，因此试验结果能够真实反应工程实际情况。该试验台装备了较齐全的辅机系统及测量与控制系统,可对各种不同的燃料、脱硫剂的燃烧特性、传热、脱硫及 CFBC关键部件技术等进行试验研究。已对 4种煤种、5 种石
28、灰石进行了试验，为相关工程项目的设计和设备运行提供了重要的技术依据和指导性意见，并为中国发展 CFBC锅炉技术提供了必要的试验研究手段。近几年来，在循环流化床试验台研究的基础上，中国在 CFBC锅炉大型化方面有了一定的进展。 中国早于 60年代中期就开始研制鼓泡流化床锅炉，现拥有世界上最多的小型 AFBC锅炉，至今已有3000余台小型 AFBC锅炉投入运行。循环流化床燃烧技术的研究起步较晚，正在逐步从实验室研究走向工业性试验，自第一台蒸发量为 35t/h的小型 CFBC电站锅炉于 1989年投运以来，至今已有 300台以上蒸发量为 35t/h75t/h的小型 CFBC锅炉在全国范围内投入运行。
29、目前在建和建成的 220t/h（配 50MW机组）CFBC 锅炉已超过 10台，引进的 100MW CFBC锅炉装于四川内江高坝电厂，已于 1996年 4月投入运行。在国家的支持下，我们组织了国家电力公司系统的技术力量在内江进行了多年的消化研究工作，积累了丰富的运行经验。为建设大容量的 CFBC示范工程做好了技术储备。300MW CFBC发电技术示范工程项目 国家电力公司计划 2000年前在四川白马电厂开始建设一座 300MW的 CFBC示范机组。这台锅炉将燃用高硫、高灰分、低熔点的无烟煤，有效地解决该煤种在常规燃烧方式下燃烧效率低及污染物排放高、易结渣等问题。为此项目我们也组织开展了在我国建
30、立 300MW CFBC锅炉示范电站的技术可行性研究。该项目将采用技贸结合的方式引进设备和设计制造技术，国际上几大公司已响应了项目合作意见征询书，目前正在选择项目合作伙伴。3.2 增压流化床（PFBC）燃烧技术 增压流化床（PFBC）燃烧试验台研究 我国自 1981年开始进行 PFBC技术的实验室研究，早期的研究在东南大学，1984 年建成了热输入功率为 1MWt的 PFBC试验装置。目前已进行了长达 700多小时的性能试验研究，成功地解决了压力下加料及排渣两项关键技术，保证了增压流化床的正常操作运行,分别对高灰烟煤（含灰量 57.6%）及中等含硫煤进行了试验，燃烧效率为 9799%，脱硫效率
31、为 8089%（Ca/S 比 1.31.8），高温除尘系统达到了很好的指标，取得了有关传热、燃烧、脱硫及高温除尘的基本数据和经验。“八五”期间开始建造一座 PFBC-CC中试电站，以加速 PFBC发电技术的发展。该中试电站建在江苏省贾汪电厂，输出发电功率为 15MWe，其中利用了 12Mwe原有的汽轮机组，又新建了一台 3Mwe燃气轮机组，组成联合循环。锅炉为一台蒸发量为 60t/h的增压流化床。该项目已完成工程设备安装，即将开始整组启动调试。通过调试与运行，将取得 PFBC-CC电站设计运行方面的基本数据和经验，掌握 PFBC系统的关键技术，为将来发展大容量 PFBC电站奠定基础。PFBC试
32、验电站 国家电力公司计划在大连和江苏贾汪分别建造一座 100MW容量等级的 PFBC试验电站，每个试验电站将采用 2台 P200型增压流化床锅炉,与机械制造部门联合通过技贸结合方式引进设备和技术，该项目正处于项目谈判阶段。3.3 整体煤气化联合循环（IGCC）发电技术IGCC发电系统研究 IGCC发电技术由于具有高效低污染等优点而被认为是下一世纪最具有发展前景的一种先进的洁净煤发电技术。中国于 1994年成立了由三部委组成的国家 IGCC示范项目领导小组，组织有关单位开展并完成了IGCC示范电站技术的可行性研究及工程预可行性研究，提出了中国发展 IGCC示范电站的容量等级，对IGCC系统中的主
33、要工艺过程-煤气化工艺、煤气净化工艺、空分系统、燃气轮机系统、余热锅炉与蒸汽轮机等主要工艺系统等进行了技术经济分析评估，基本上掌握了各工艺过程的运行特性。目前在科技部的支持下，我们正在进行 IGCC下述关键技术的研究，为示范电站进口设备和系统的选型提供技术依据和支持，进一步消化吸收国外先进技术和成熟的商业运行经验，为今后在中国发展 IGCC技术和国产化作技术准备。IGCC发电系统总体特性及运行、自控技术的研究，包括 IGCC发电机组热力系统、全厂经济性分析、启动运行方式等，提出 IGCC热力性能计算和分析方法。气化炉工程化关键技术的研究，包括干法气化中煤粉的加压干粉进料技术、余热锅炉的结构及材
34、料、气流床气化炉结构参数和工艺的数学模型以及气化岛系统工艺及设备优选等研究。 高温煤气除尘脱硫技术的研究与开发，煤气净化技术的研究，全面了解世界上低温净化的方式，选择适合于中国的技术方案，同时也开展了高温煤气除尘脱硫技术的研究与开发，为今后采用高温净化方式作技术储备。燃气轮机的研究，包括世界上先进的燃气轮机技术发展趋势，IGCC 电站燃气轮机选型原则和技术规范，以及细微颗粒在叶片通道沉积特性及防治措施。IGCC示范电站工程 为在 21世纪推广运用先进的 IGCC发电技术，决定建设一座具有一定规模的 IGCC示范电站。1994-1995年完成了工程前期的技术可行性研究，对 IGCC技术的发展前景
35、进行预测，并对 CFBC、PFPC-CC，超临界机组与 IGCC作了比较。19961997年完成了北京 IGCC工程与山东烟台 IGCC工程的预可行性研究，这两个地区都具备建立IGCC示范工程的条件，国家电力公司决定先上山东烟台的 IGCC项目，并已将项目建议书报国家发展计划委员会。19971999年对电站系统的选择，主要设备的性能进行了研究和调查，对全世界已建成的 5座 IGCC示范电站进行了考察，重点对 Texaco、Destec、Shell 和 Krupp四种气化炉及 GE、SIEMENS 的燃气轮机作了深入的调查，为下一步选择技术合作伙伴打下了基础。4结束语 中国作为世界上最大的煤炭生
36、产国和消费国，如何进一步提高煤炭利用和转化效率，减少环境污染，促进国民经济和社会的可持续发展，是中国的一项基本国策。为了使能源工业适应国民经济的需求，国家电力公司已积极致力于洁净煤发电技术的开发和推广应用，目前已全面开展 SO2、NOx 和粉尘的治理并着手实施先进的 CFBC，PFBC 和 IGCC发电技术示范工程项目。欧、美国家政府给予了洁净煤项目许多的优惠政策，我们国家有关政府部门正在研究对洁净煤项目的相应的支持政策问题，随着优惠政策的落实，必将促进我国洁净煤项目的发展。国家电力公司愿意进一步在能源与环境领域加强与国内各行业的合作与交流。按照目前的规划，300MW CFBC锅炉和 300或
37、 400MW等级的 IGCC电站将是世界上最大的同类型机组，如果说这些是中国的示范机组，不如说是世界性的示范机组，国家电力公司愿为推进全世界的洁净煤技术发展作出贡献。【我国粉煤灰综合利用现状及发展趋势】我国粉煤灰综合利用现状及发展趋势 摘 要 从环境保护和能源可持续发展角度，介绍了我国将 粉煤灰用于混凝土、筑路与填筑、建筑制品、农业和精细利用等的情况。分析了 粉煤灰的微粒、微量元素和放射性对人体危害情况，提出了粉煤灰的利用方向。 粉煤灰是火力发电厂燃煤粉锅炉排出的一种工业废渣。早在 1914年，美国人 Anon发表了“煤 灰火山特性的研究”，首先发现粉煤灰中氧化物具有火山灰特性。而对粉煤灰在混
38、凝土中的 应用进行比较系统的研究是由美国伯克利加州理工学院的 RE 维斯在 1933年后开始的。 我国有丰富的煤炭资源，近代电力工业的发展也仍然以燃煤火力发电为主。由于燃煤机组的 不断增加，电厂规模的不断扩大，导致了粉煤灰排放量的急剧增长。1985 年火电厂排灰渣总 量为 3768万，到 1995年增加到 9936万，平均每年增加 560万。按目前的煤种，以全国平均计 算，每增加 10MW机容量每年约增加近万吨粉煤灰排放量，2000年粉煤排放量达到 1.6亿 t。 对我们这个水资源缺乏，可耕地人均占有率很低的国家来说，如何利用和处置好粉煤灰是一 个十分重要的问题。1 粉煤灰的开发应用现状 粉煤
39、灰的综合利用，长期以来受到国家的高度重视，近年来也取得了较大成就。归纳起来， 粉煤灰主要应用于建材、建工、筑路、回填、农业及资源回收等几方面。 11 粉煤灰混凝土 粉煤灰混凝土应用面极广，在土木工程（包括水利工程）、建筑工程以及预制混凝土制品和 构件等方面都可广泛使用。其中粉煤灰在混凝土中的应用技术开发始于 50年代初期，至今一 直都是很活跃的研究课题。通过粉煤灰在混凝土中的应用基础研究、性能研究、工程研究等 ，进一步认识到对粉煤灰的“形态效应”、“活性效应”、“微集效应”等，必须 在应用技术中充分注意，才能控制和保证粉煤灰混凝土的质量，同时也证实了粉煤灰 在混凝土的应用中存在着一定的“负因素
40、”和“变易性”。只有开发粉煤灰产品和选用符合 质量要求的原状灰，并在混凝土中合理使用，才能符合各种类别和不同等级的混凝土的质量 要求。 12 粉煤灰用于筑路与填筑中 粉煤灰在工程中作为填筑材料使用，是大用量、直接利用的一种重要途径。国外已广泛应 用于道路路堤和广场、机场、港区的地基，以及用于拦水坝和地貌改造等工程。国内近十年 来也开始在高等级道路路堤和工程回填中应用。 粉煤灰填筑工程的特点，首先是投资少、上马快，不像粉煤灰在建材产品中的利用那样 ，要花费较多的投资兴建工厂。填筑路堤或工程回填，只要提供运灰工具和摊铺、碾压机械 ，就可以进行施工。其次是用灰量大，如上海沪嘉高速公路，按路堤高 27
41、m ，路幅 26m计， 每公里可用湿灰约 10万 t。这个用量相当于一个年产加气混凝土 10万 t工厂的用灰量，或相 当于年产 15 亿块粉煤灰粘土烧结砖的用灰量。再次，对灰的质量不像使用在水泥、混凝土 中那样严格，不论是干灰、湿灰都可使用。 13 粉煤灰建筑制品 粉煤灰建筑制品可分为非烧制和烧制型，非烧制粉煤灰建筑 制品的诸多产品中，最先得到开 发的是蒸养制品，在 60年代，硅酸盐砌块、蒸养粉煤灰砖、大型硅酸盐墙板、蒸养粉煤灰加 气混凝土等已出现，80 代后期以来，随着各种外加剂技术的发展，自然养护的产品有所发展 。这类产品的特点是利用粉煤灰具有的火山灰活性，与含钙物质配合，在一定温、湿度条
42、件 下 与之发生反应，生成水化产物而获得一定强度和其他性能。这类制品生产工艺要求严格，设 备比较复杂，其中每一种产品又各具特色。它们各自的工艺条件不同，对粉煤灰的品质要求 及用量也不同，而且，不同产品的应用技术要求也各有特点。 粉煤灰烧制型建筑制品主要是利用粉煤灰代替部分粘土制作烧结砖、空心砖、墙地砖以及粉 煤灰烧结陶粒等，掺加粉煤灰生产陶质制品，是很有发展前途的新型建筑材料。 14 粉煤灰农业方面的应用 粉煤灰颗粒组成主要是粗颗粒（0.250.01mm）和细颗粒（0.0050.001mm）。根据卡 庆斯 基土壤质地分类制标准，按照颗粒组成，粉煤灰相当于紫砂土、砂壤土和轻壤土，持水特性 与类似
43、 质地土壤相一致。保持水分除靠颗粒之间的毛细管孔隙外还在颗粒破碎球体的洞穴和蜂窝状 孔隙内蓄水。粉煤灰的颗粒结构决定了与土壤水分相比，粉煤灰水分更易被植物利用。上述 特性在农业中得到了充分肯定。此外粉煤灰在改良土壤、育秧、覆盖越冬作物，用粉煤灰制 作硅钙肥、磁化粉煤灰、与腐植酸混合的堆积肥，灰场覆土造田，用粉煤灰回填坑洼地和矿 区塌陷区复垦造地等方面收效显著我国粉煤灰综合利用现状及发展趋势（二） 15 粉煤灰精细利用 粉煤灰是空心玻璃体等组分的混合物，其中玻璃微珠系硅铝质玻璃体，碳以多孔状碳粒和碎 屑状碳粒出现在富铁玻璃珠中。颗粒的形态、密度和成分均有差异，利用途径和经济价值也 不尽相同。因此
44、通过一定的化学或物理方法将它们从粉煤灰中分选或提取出来，做到物尽其 用，虽然耗灰量不大，但粉煤灰的利用价值较高，故称为精细利用，亦称高附加值利用。 粉煤灰是包含多种元素的重要资源，因此，粉煤灰精细利用项目甚多，国外研制的项目也不 少，但真正能够形成生产力，又能坚持下来的不多。我国已研究开发的项目有：粉煤灰漂珠 、沉珠的分选和利用；粉煤灰中碳粒的分选和利用；粉煤灰中富铁玻璃微珠的分选和利用以 及粉煤灰中铝的提取等等。 2 粉煤灰的环境危害 粉煤灰应用中的污染随着科学技术的发展及人类生活水平的提高及人们对生存环境的质 量要求而不断得到重视。粉煤灰为颗粒粒径分布相当分散的粉末，同时粉煤灰尚含有一定量
45、 的放射性元素及微量元素，因此，粉煤灰对健康及安全的影响引起了人们的普遍关心。 21 细粒粉煤灰的影响 粉煤灰的粒径大部分小于 100微米，其中小于 10微米的颗粒能飘浮在大气内。众所周知， 粉煤灰的主要组成为二氧化硅，其含量在 4060；因此，人们很关心它对大气环境 的影响。实际上粉煤灰内以石英形态存在的数量不高，在我国波动于 116，平均值为 6 4。粉煤灰对致变性及动物方面的研究也证实了其生物学活性很低。英国中央电力局主 持 的致变性研究同时证实，在粉煤灰样品中未发现有主要的致变活性。临床研究亦显示粉煤灰 不会引起任何胸腔损伤。22 粉煤灰中微量元素的影响粉煤灰主要由硅、铝、铁、钙、硫、
46、钾、钠等元素组成，此外，尚有一定量的镉、砷、铬、 铅、汞、铜锌、镍等对人体健康不利的微量元素。粉煤灰的微量元素含量与煤种、煤源及 粉煤灰的排放量有关。 但是,通过宝钢上海港务局作业及上海宝钢粉煤灰填筑层的监测结果表明：参照有关标准监 测,粉煤灰中有毒、有害元素含量,远远低于国家标准。粉煤灰填筑后地下水质量大多与原地 下水接近，基本没有影响。加拿大的工程检测数据表明，其地下水质都是合格的。而且还表 明，影响的范围是有限度的，因为溶出流经粘土后，部分元素将被粘土吸收,起到滤吸作用 。 同时,通过对粉煤灰中 5种微量元素如对农作物的影响跟踪调查研究表明， 实际样与普通对照样没有明显差别，粮食中 5种
47、微量元素都未超过国家食品卫生标准 23 粉煤灰放射性的影响 在人类日常生活环境中，到处都存在着微量天然的放射性物质，主要的为铀-238(238U)，钍 -232(232Th)，镭-226(226Ra)及钾-40(40K)等 4种放射性元素。 我国粉煤灰从总体来看，其辐射指标未超过 GB6763-86的规定，可用于建材制品的生产，就 各地区粉煤灰比活度来分析，浙、甘、陕、豫、湘、黔及上海、成都地区的粉煤灰，其放射 性指数均未超过标准，但广西省粉煤灰明显超标。由各种原材料组成的工程材料如建筑制品 ，其放射性指数具有机械加和性。多年研究表明粉煤灰中核素及放射强度对人体、作物和周 边环境不会造成危害。
48、3 粉煤灰应用技术的发展方向粉煤灰综合利用技术政策总原则是：把大批量用灰技术 作为重点，把提高粉煤灰综合利用经济效益、社会效益有机结合作为主攻方向；巩固已有的 技术成果，逐步完善比较成熟的利用技术，大力推广成熟的粉煤灰综合利用技术，积极采用 国际先进技术和装备，不断提高我国的粉煤灰利用技术水平，赶上和超过国际先进水平。总 的来看，粉煤灰用于砌筑、回填技术成熟，工艺简单，且吃灰量大，属于大力推广应用技术 ；粉煤灰高强混凝土仍是需要完善发展的技术；粉煤灰空心烧结砖、粉煤灰混凝土空心小砌 块等建筑制品方面的应用技术是今后的发展热点，也有必要在大工业化生产中继续摸索，完 善其工艺技术参数。今后重点开发
49、研究的技术课题在以下几个方面：(1)大掺量粉煤灰制品。 无论从节约能源、保护环境，还是从节约土地、降低成本来说，大掺量粉煤灰制品都将是下 一步发展的趋势。 (2)重点发展砖系列产品。制品的免烧结、免蒸养自然养护工艺中其粉煤灰掺量能达到 80%以 上，有效外加剂的使用，可使制品不仅可以采用干压成型生产，也可以采用挤出成型法来实 现工业化生产，提高劳动效率，确保产品质量。 (3)粉煤灰陶粒。我国虽然也进行了一部分粉煤灰烧结粒的实验，但一直未实现工业 化生产，尤其是全粉煤砂型烧结陶粒在国内一直是空白 发展粉煤陶粒用于生产轻质混凝 土符合建筑行业发展的方向，也是粉煤灰应用技术中的前沿课题。 4 结语 粉煤灰科学技术是一项综合性、边缘性的科学技术。其技术的可持续发展，依赖于其它学科 的最新进展。若能合理利用，则既能够用来化解粉煤灰所带来的环境问题，又能够将其作为 一个新兴的资源以发展多种实用性产品。 我国粉煤灰的综合利用，长期以来一直受到国家有关部门的高度重视，在技术和应用方面也 取得了较大成果。但是在技术水平上与发达国家还存在较大差距，有待我们煤炭工作者继续 努力。 【煤粉高效洁净燃烧及分配技
