煤炭清洁燃烧现状与展望

一 技术概述一 技术概述 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 P FBC CC 整体煤气化蒸汽 燃气联合循环技术 IGCC 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 一 湿法烟气脱硫技术 二 旋转喷雾半干烟气脱硫技术 三 炉内喷钙 尾部增湿脱硫技术 四 电子束照射法 五 磷铵肥法 六 活性焦法等 统称为脱硫 脱硝 技术 二 现状及国内外发展趋势二 现状及国内外发展趋势 一 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 300M W 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 2 在八十年代中期国外已开始建设 PFBC CC 示范电站 瑞典 ABB Car bon 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 200M W 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 2 4 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 1 70MW 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 100M W 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 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 50 MWCFBC 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 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 PFB C 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 400M W 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 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 37 MW 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 二 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 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 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 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