1、加 快 我 国 烟 气 脱 硫 、 脱 硝 技 术 创 新 及 其 装 置的 产 业 化陶邦彦 徐洪海中国动力工程学会环保技术与装备专委会（200240）内容摘要 本文从综合效益的角度，分析我国烟气净化技术的发展趋向；以先进的脱硫、脱硝技术的研究成果为依据，探讨硫资源再生利用在烟气治理评估体系中的定位，以此推动我国烟气脱硫、脱硝装置的产业化，使烟气治理的综合效益提升到新的水平。关 键 词 烟气净化 硫资源再生 产业化1、前言我国能源构成以煤为主，在动力燃料中高中硫煤、油占有相当的比例。在国民经济持续稳定增长的形势下，能源开发利用与环境保护的矛盾加剧。据统计，2000 年 SO2全国排放量约 1
2、990 万吨，NOx 排放量约 1170 万吨，酸雨区域面积扩大到 30%以上。这些年，烟气污染排放量急剧增加，给国民经济带来巨大的经济损失，也严重破坏人类生存环境。在烟气治理方面，我国大体经历了几个治理过程。六、七十年代重点治理烟尘，推广应用麻石水膜除尘器，引进电除尘器技术；同时，采用炉内喷钙法烟气脱硫、防止锅炉受热面的低温腐蚀；烟气中 SO2 的环境对策，采用高烟囱自然扩散稀释，这是烟气治理的第一阶段。烟气脱硫技术研发阶段为第二阶段，自“八五”计划以来进行了各种脱硫工艺的小试、中试。第三阶段为引进、吸收、消化 FGD 技术及其装置的示范，也包括国内脱硫技术的研发与实践。在此期间，我国电力工
3、业进入高速发展期，大容量火电机组（300MW、600MW）已成为电网的主力。面对日益加剧的环境污染，我国政府加大环境治理力度，批准有关环境法律、法规，实施愈加严格的环保标准，有力地推动烟气净化技术进步，活跃了多层次的学术交流，引来“百家争鸣” 1 ，把人们对环境治理的认识提升到综合治理、资源利用和提高综合经济效益的层面，开创我国烟气治理技术二次开发的新阶段。我国是一个经济发展中的、具有中国特色的社会主义国家。我们要以科学发展观为思想指导，治理大气污染。提高环境质量、控制污染物排放量，降低设备投资和运行费用，必然成为我们自主开发烟气治理技术的目标。当务之急，我们应凭借国内外先进的脱硫、脱硝技术成
4、果及实践经验，审视现有环保技术的适用性、经济性，加大硫资源再生利用的政策力度，扶助先进的烟气治理技术出台，促进烟气治理效益化管理，加快自主知识产权的脱硫、脱硝的装置的产业化。2、烟气治理技术发展趋向市场经济的机制决定着以价值为中枢的一切经济活动。不同的经济发展时期，有着不同的环保标准。不同的环保标准，客观上决定着大气治理的水准，决定着脱硫、脱硝装置的市场定位，指导烟气治理技术发展趋向。2.1 脱硫纵观烟气脱硫技术的发展过程，我们清楚地看到一条脉络贯穿其间，这就是应用现代物理、化学的研究新成果，以强化物相间的化学反应，简化系统、降低成本。2.1.1 钙基脱硫湿法工艺改进应承市场需求，脱硫技术及其
5、装置结构不断演化，被誉为成熟的湿法石灰石-石膏法也在不断改进。* 强化气液相混合，优化吸收塔结构与参数，或用液柱喷射式、鼓泡式结构取代传统喷淋塔，缩小吸收塔体积与尺寸。* 简化工艺系统，用部分热烟气掺入尾气的措施，省掉气-气热交换器（GGH） 。* 变更烟气走向，湿烟气直排大气或冷却塔，既省 GGH，又缩短防腐烟道。* 防止反应塔体内部构件结垢，提高设备可靠性。有的采用体内氧化法结晶石膏，严格控制液体各层浆液的 PH 值；有的用体外氧化法，在石灰中掺加少量 MgO 或用双碱法脱硫。表 1 为几种脱硫工艺性能 2 1P47。电厂名称 珞璜电厂 黄台电厂 钱江电厂 深圳西部巨化自备 成都电厂 京丰
6、电厂*脱硫工艺 石灰石-石膏湿法石灰石-石膏湿法石灰石-石膏湿法海水法 灰、钙再循环电子束氨法电子束氨法烟气处理量Nm3/h1184000 2*300MW135 MW 1100000 300000 300000 630000燃料含硫%4.02 16 1.061.4 0.63 0.96 2.04 12脱硫/脱硝效率 %80 95 90 92 80 80/10 90静态总投资万元23446 7500 18718 1474.8 9430 9895单位比投资元/KW651 650 556 624 243 1050 660运行费用元/KWh0.028 0.021 0.02 -0.005 0.013 10
7、00四角切圆燃烧 800W 型燃烧 - 470700 10001500据国内 100MW 机组锅炉的测试，分级燃烧的脱硝效果达 50.6%。以此推测，煤粉锅炉 NOx 排放浓度可降低到 500 mg/Nm3 以下。* 燃料再燃燃料再燃，也是降低 NOx 的有效措施之一。超细煤粉系统简单、费用低廉，而受到关注。它利用超细粉的显著增大的比表面积，促使 NO 还原速度增大。在不影响燃烬率的前提下，当再燃燃料比例为 1020%、再燃区温度约 1200左右、再燃区细粉停留时间在 0.40.7S 时，脱硝效果较为理想3。* 烟气再循环用来调整锅炉炉膛出口温度、防止过热屏区域结渣的烟气再循环方法，也是一种降
8、低 NOx 的措施。在不影响燃烧工况的前提下，冷烟气可从炉膛底部的冷灰斗，或燃烧器的喷口进入炉膛，调整炉温以控制 NOx 产生量。烟气循环率在 20%时，NOx 可降约 25%。* 喷注吸收剂喷注吸收剂法，又称之选择性非催化反应（SNCR） 。一旦 NOx 形成后，可在炉膛上部喷注氨吸收剂或尿素等，使之还原成氮和水蒸汽。但是，该法对炉膛烟温敏感，一般脱硝效率在50%。* 炉内脱硝组合工艺我国正待引进的炉内脱硝工艺，汇集上述几种措施，优化组合，实施低排放（250mg/Nm3） ，以适应不同地区对 NOx 排放的达标要求。2.2.2 尾气脱硝处理在烟气治理中，国内对活性炭、电能法有着相当的研究和实
9、践（表 4） 。近来在 SCR 材料研究和应用方面也有一定进展。漳州后石电厂引进的 600MW 机组采用选择性还原触媒法，该 SCR 脱硝系统包括氨气制备和脱硝反应系统，设计效率为 40%。触媒元件，厚 1MM、节距6MM。触媒元件主体不锈钢，呈多孔体，外表面镀上一层氧化钛（TiO2） 。催化剂呈平板状，一层布置，反应器内催化剂体积 234M3 ，最终排放浓度为90PPM。东方锅炉 SCR-DeNOx 采用高温蜂窝状或板状的催化剂，布置 24 层，1 层备用。还原剂为氨水或液氨。一般情况下，SCR 的催化剂费用占 DeNOx 总投资的 5060%。为此，寻找催化反应温度低、成本低的材料颇为诱人
10、。如改性飞灰作为载体的催化剂，分别承担 CuO、CrO 作为活性成分，以飞灰和 Al2O3 混合成型担载研究也有所进展。这几年国产电能烟气净化装置的进展较快，电子束法已被应用，电晕自由基喷淋方式的研究已经中试，均取得较好的成果。表 4 几种脱硝装置的设计性能 1 名称 内容东方锅炉SCR-DeNOx 加氨国产化电子束- DeNOx 加氨漳 州 后 石 电 厂SCR-DeNOx 加氨活性炭加氨烟气处理 180104 120104 600MW 机组去除率% 90 5080 40% 80%副产品年产量 t 无 9783（NH 4NO3）- -副产品年收益 万元 978 有经济效益运行成本 元/tNO
11、x 930 57排放浓度 90PPM2.3 DeNOx/SOx九十年代以来，烟气治理工艺的发展迅猛异常，特别在资源再生利用方面更有所拓展。一体化装置同时去除 SOx、NOx 的净化技术，常见的有：吸附再生法、烟气电能法、湿式净化法、气体固体催化等。通过处理过程的合二而一，大大节省投资，回收资源，降低运行成本。3、烟气净化工程评估体系据测评，宏观能源需求与规划的环境污染物的总量控制，相差悬殊。它既反映着环境的严重“透支” ，对环保业的挑战，又是一次发展的机遇。为健康发展环保市场，尽快建立我国烟气净化工程评估体系，统一烟气治理的考评内容。3.1 评估指标随着脱硫脱硝市场的发展，国内正在讨论烟气治理
12、的综合评估体系 1 P84 。在指标的划分上虽各有差异，其共同点依然清晰。大体归结为四项指标：经济指标（总投资、运行费用） ；技术指标（净化效率、处理能力、成熟度、复杂性、能耗、吸收剂利用率） ；环境指标（环境指标、副产品利用） ；综合指标（总的经济价值、设备寿命） 。一般说来，依此考评任何项目，它都具有普遍性，有着定性和定量的尺度。然而，笔者以为，对我国的烟气净化技术与装置的评价更应强调特殊性，考评指标的重要性、内容和创优标准。在我国人均资源匮乏和特定经济的背景下，对工程项目的评审，应突出综合效益这一指标，统帅其余。通过综合治理，我们在改善自然环境的同时，也为企业带来整体的经济效益。假借硫资
13、源再生和周边矿物利用的政策导向和市场机制，显现出我国烟气治理技术的先进性和工程应用的合理性。工程考评指标拟为：综合经济指标（总的经济效益、副产品利用价值） ；一般经济指标（总投资、运行费用） ；技术指标（净化效率、处理能力、复杂性、能耗、吸收剂利用率等） ；环境指标（环境特性、副产品对环境影响度） 。3.2 脱硫副产品脱硫副产品是抛弃还是回收，对项目综合效益影响极大，副产品再生利用指标再也不能看作一般性指标。目前的所谓抛弃法，一般指脱硫灰渣被用作低级建材或回填；受技术的局限性，回收法也仅指向石膏的利用。在工程项目中，按规定,脱硫副产品处理方法须进行技术经济比较之后，方可择之。可是，我国引进的湿
14、法石膏法及其国产化的 FGD 装置,其产出的石膏，质量不高，弃而不用，仅使气污染物变成固体废弃物。脱硫副产品价值评定变成一纸空文。3.3 成熟度不是硬指标就目前投运的 FGD 装置而言，成熟度也是相对而言。特别是我国北煤南运以及电厂燃煤品种多变的特点，影响项目的经济指标，给系统运行带来诸多问题。2000 年引进投产的 2125MW 机组的 FGD 装置，由于实际使用煤的含硫量1.0%，大大低于设计值 2.5%，不符合燃煤二氧化硫排放污染防治技术政策的技术路线，造成 FGD 系统过大的冗余度，性价比恶化；且配备的烟道档板泄漏、设备性能及系统参数匹配不佳等问题，需要进行系统优化4；由此可见，石灰石
15、-石膏工艺与装置的每一次改进，都说明工程技术应用的成熟度具有相对性。事实上也说明：成熟技术技术先进。3.4 考核标准烟气净化装置的考核标准应包括制造标准、施工安装标准以及脱硫副产品标准等。目前工程项目中存在问题与标准不完整相关联。在脱硫、脱硝装置的产业化中，不可没有我国自己的标准，特别是制造标准、脱硫副产品的应用标准更应完善，应在有关单位归口下，组织行业力量（学会、协会等） ，积极应对。4.加快我国烟气治理技术创新烟气治理创新技术指的是什么? 就是适合我国国情的、自主知识产权的、可用定量评估指标衡量的烟气治理技术，即整体经济性高，系统简洁可靠，技术指标先进，无二次污染。4.1 几种极具潜力的创
16、新技术目前，降低湿法石灰石-石膏装置成本、降低运行电耗是国产化的必然趋向。除此之外，烟道灰钙再循环、活性炭催化、电子束等脱硫、脱硝的工艺日趋成熟，炉内脱硝法与 FGD 的组合工艺也颇受市场青睐。4.1.1 灰钙再循环以引进技术为基础的灰钙再循环法已度过“婴儿期” 。它是将循环流化床的原理应用在 FGD 中的一种烟气治理法，使吸收剂在反应器内多次循环，延长吸收剂的反应时间。在钙硫比很低的条件下（Ca/S=1.11.3）,可达到 90%的脱硫率。该法对煤种适应性好、负荷调节能力强,且无腐蚀性、无二次污染，又可利用周边的废水、废碱液等废料，降低运行费用，很适合推广。4.1.2 活性炭催化法该工艺，流
17、程简单，设备少，脱硫效率高；活性炭容易得到，运行损耗少，不需要向系统连续加入吸收剂，没有脱硫渣，运行费用低；副产品可生成浓SO2、肥料、硫酸或硫磺等。在活性炭特性研究方面有较大突破，提高空隙率、改善活性炭表面化学特性、增加其表面含氧官能团数量，使之具有催化氧化和催化还原的特性；使用寿命长，如糠醛渣活性炭可连续使用 12000 小时以上。 国内对活性炭催化、洗涤再生法的实践表明：在流量 10104 Nm3/h、烟气 SO2 浓度 3000ppm、烟尘400mg/Nm3 条件下，单位投资 381 元/kw，脱硫成本0.0088 元/kwh，每吨 SO2 脱除费 302 元/t；计及副产品综合收益后
18、，脱硫成本0.0071 元/kwh，每吨 SO2 去除费 243 元/t；脱硫成本下降 20%。如此扩大规模，企业经济效益显著 5 。该法具备大容量烟气处理示范工程的应用条件。4.1.3 电子束法电子束等离子工艺过程中可同时去除二氧化硫、氮氧化物，利用氨吸收剂，产出硫酸铵、硝酸铵，可实现资源再生利用。目前我国的电子束技术已由工业示范走向产业化。4.1.4 炉内脱氮与 FGD 的组合工艺以炉内脱氮、尾部烟道增湿加灰再循环脱硫的组合工艺，是低投资的脱硫、脱硝技术。例如，在 50MW 机组上实施的高低温烟气复合脱硫脱氮技术，采用复合脱硫剂，取得较好的成绩，脱氮率达 51%（O26%、370mg/Nm
19、3） ；该系统占地少，单位投资可控制在 200 元/kw，适于中低硫煤的烟气处理。该技术已移植到200MW 机组上。4.2 极有希望的创新技术在诸多有希望的创新技术中，有电晕法、热通量法、气动旋涡等法，本文试举两例为证。4.2.1 电晕法通过现有的荷电干法吸收剂喷射法（CDSI） 、吸收剂荷电、增湿活化法（ACMA）的实践和尝试，显示出电晕法在烟气治理中能耗低、性价比好的优势，适合于中小机组的 FGD。近年提出的非热等离子体自由基注入技术，着眼于选择性的烟气成分活化，以减少烟气处理的能耗。非热等离子体的高能电子以20eV 的能量，撞击 H2O、O2 产生自由基或离子，O-、O2-、O3 等物质
20、在瞬间使NOx、SO2 氧化为易于碱吸收的高价态氧化物。电晕等离子体脱硫、脱硝成本低，投资小，易于控制。国内在脉冲电晕法、电晕自由基喷淋方式、阻隔型/非阻隔型电晕法的研究取得长足进步。4.2.2 热通量法近年发展的热通量理论6 ，在没有 V2O5 等触媒剂的绝热容器内，采用快速升温的办法促使气体中的 SO2 向 SO3 的转化。当以热通量的概念快速改变某一气体系统的温度变化速率，系统中的气体分子、原子、电子的运动能级相应提高，粒子间的相撞频率以及碰撞力发生变化，瞬间使气体分子、原子间的键产生断裂或链接，激活了原子团的运动。当温度速率(dT/dt )达到一定水平时，热通量的变化对系统产生的化学作
21、用十分显著。在化学动力学作用下，化学反应的作用方向朝着产生最后产物的方向进行，即：A+B C (1)式中 A、B 分别为系统反应前的物质C 为系统反应后的物质SO2 转化 SO3 、SO3 再转化硫酸的化学反应是放热反应，其反应方程式：SO2 + 1/2 O SO3 + 98 kj/mol （2）SO3 + H2O H2SO4 + 132 kj/mol （3）系统热平衡发现7 ，总热量的增值来自释放的化学能，转换效率愈高，则烟气中的 SO3 转化反应及生成硫酸的释放热量也愈大，它对系统的贡献也愈大。4.3 加快技术创新、推陈出新我们不能沿袭外国烟气治理技术的常规发展途径，必须超常规发展，要以少
22、花钱多办事的精神，加快创新技术的推广应用；同时，在推广中进一步梳理政策与管理、提高认识。在燃煤二氧化硫排放污染防治技术政策中，有两处的提法值得推敲。其一，变“鼓励”为政策“扶持” 。这三个方面的研究开发，即适合当地资源条件、并能回收硫资源的技术；进行同时脱硫、脱氮的技术；脱硫副产品处理、处置及资源化技术和装置，这正是当前烟气综合治理急需的技术。仅仅用精神“鼓励”两字怎能了得? 政策的配套细则必须到位，缩短婴儿期。其二，变“同时”考虑副产品回收利用，改为“必须”考虑之。这不仅仅是对抛弃法所采取的二次污染的防治措施，更是烟气综合治理中利用资源、提高综合经济效益的重要内容。两者不可混淆。笔者以为，在
23、当前大好的形势下，大胆且又科学严谨的态度推陈出新，全国抓好几个大机组的创新技术示范点，加快技术创新。5加快产业化的建议各行各业看好环保市场前景，纷纷涉足环保领域，活跃了烟气治理市场，体现出“科技是第一生产力” 。环保技术的发展与装置的产业化有着其特殊性。同一的烟气治理目标，可以有多种工艺实现；同一工艺的优化组合会收到不同的综合经济效果。这里有大量应用性技术问题，有待实践解决；运作机制和管理方面的问题，有待深化改革中解决。为此，提出如下建议：5.1 推进政策指导下的市场机制实施引进烟气处理先进技术和装置的特许政策；坚持烟气综合治理、资源再生利用，迅速建立、推进二次创新技术示范机组的管理机制。在创
24、新项目立题、审查、审批的管理方面，开设绿色通道，缩短审批周期。在资金面上实施优惠政策，发挥两个积极性，把创新技术的装置推向市场。5.2 完善法规标准、建立行业准入制完善法规标准、建立行业准入制，对于规范市场十分重要。由于烟气治理产业为新兴产业，而相关的政策法规、行业标准很不完善，必须使之跟上产业发展的步伐，相得益彰；否则，拖了装置产业化的后腿，耽误了市场的健康发展。5.3 发挥主力军作用在推进市场化的进程中，充分发挥我国现有的科研和制造业技术力量的作用；充分发挥各环保学会、协会在推广应用中的咨询和监督作用。在引进项目中，改变总承包主体，建立国外先进技术支持与国内工程总承包相结合的模式。钱清 1
25、35MW 机组 FGD 项目实践证明，以中方为主体的运作模式有利降低工程造价，提高国产化率。5.4 建立数据库运用烟气净化工程评估体系，建立各地区环保与资源利用的时段构架。为不同的烟气处理容量、含硫浓度，采取最佳对策，提供必需可靠的资料数据。用定量数据考评项目总投资、运行经济性、设备占地面积等常规技术指标的合理性，考评工程在建地区可利用矿资源、水资源、副产品附加值、抛弃物对环境潜在的污染等状况的适用性。这是一项资源共享的工程基础，工作量大，仅凭基层单位的力量是不够的，主管部门非抓不可，不能放任自流。5.5 积极扶持创新技术研发对于引进的国外先进 DeSOx/NOx 技术，应尽快进入二次开发；对
26、于已经小试、中试验证的研发技术，应扩大烟气处理规模，使其尽快进入示范阶段。抓好几个大机组的创新技术示范点，有步骤地落实并推进示范工程，加快脱硫脱硝装置的产业化步伐。5.6 推行项目效益型管理模式项目效益型管理是全程管理模式，它不仅在项目建成后运作，在项目可行性研究阶段尤为重要。它依据烟气净化工程评估体系审视现有环保技术的适用性、经济性，借助于数据库的资料分析锅炉主、辅设备的配套及运行条件等影响因素，把所有关联的信息纳入管理支持系统，以总的经济效益为主线，判别工艺有否二次污染及其污染程度，最终决定合理的烟气治理工艺。实施效益型管理，加快装置产业化运作。6结语在中国特色的市场经济下，烟气治理的技术
27、与装置必然要与之相适应。在加快先进的脱硫脱硝装置产业化、规范市场的重要阶段，不仅要完善技术的发展需要，更要建立和健全管理制度，克服自卑的心态，树立“品牌”的壮志，使我国的环保市场有序而健康发展。我们相信：经过烟气净化工程评估体系的筛选，以综合经济效益打造的中华牌烟气净化技术与装置，必定能实现产业化，必定能达到烟气污染物排放的总量控制，必定能为地球村做出我们应有的贡献。参考文献1 中国环境科学学会，二氧化硫污染治理技术汇编，2004 年 4 月2 国家电力公司电力规划院，1999 年火电厂烟气脱硫技术研讨会资料集3 徐璋等，超细煤粉再燃降低 NOx 排放的试验研究，热力发电，2004（02）4
28、曾庭华等，石灰石-石膏湿法 FGD 系统的优化，电站系统工程，Vol.20 No.15王幸锐等，活性炭烟气脱硫技术及工程应用， 2001 年国际二氧化硫排放控制技术研讨会论文集，2001 年6Ping-Wha Lin，The Advanced Lin SOx/NOx Removal and Waste Product Utilization Process， Lin Technologies，Lnc USA 7上海发电设备成套设计研究所，非平衡状态 SO2转 SO3技术研究（上海市科委项目编号 022312135） ，2004.4作者简介 陶邦彦，环保技术与装备专委会秘书长、高级工程师，长期从事火力发电工程技术成套设计、锅炉燃烧器设计，进行垃圾焚烧、烟气净化等环保项目的研发工作单位：上海发电设备成套设计研究所单位地址：上海闵行剑川路 1115 号，邮编（200240）Tel：021-64358710/642，传真：021-64355183
