燃煤SO2、NOx汙染控製技術現狀和減排對策

一、燃煤SO2、NOx汙染控製技術概況
在我國現有的火電機組中，燃煤機組約占93%，燒煤造成的環境汙染已成為製約我國國民經濟和社會持續發展的一個重要影響因素。大量原有的和新建的燃煤發電站和大中型燃煤工業鍋爐等還是主要采用煙氣脫硫等技術及其革新方法，來解決燃煤汙染防治問題。
對於我國，減少SO2汙染的最經濟的方法是：停止燃燒S≥3%的高硫劣質原煤，改用低硫優質煤以及采用燃燒前對原煤洗選，對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%。它能實用於S≥1%的中、高硫原煤，是投資和運行費用相對減少的技術措施。另外采用燃燒中的脫硫技術，即家庭和工業鍋爐中采用摻有脫硫劑的型煤、循環流化床鍋爐和煤粉爐爐內噴鈣增濕活化技術。目前在技術管理上有可能大幅度減排 SO2的技術還是在燃煤量相對集中的大用戶（發電廠等）采用燃燒中和燃燒後的煙氣脫硫技術。其中，濕法煙氣脫硫可除硫95%以上，但是投資費用約占發電廠總投資的12-15%，日常運行費用也較貴。
與NOx相比，SO2排放控製技術經濟的可行性好，環境效益大。減小SO2排放的控製措施有洗煤、化學脫硫、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噴鈣等燃燒中脫硫，以及燃燒後的煙氣脫硫。國際上有多種脫硫技術已經工業化，我國業已開展脫硫技術研究多年，特別是電力行業已有一些成功的試點工程。減少NOx排放量可選用控製技術目前在工業上已成功運行的有二類，一類是改進燃燒技術減少燃燒過程NOx的產生量，以采用低氮燃燒技術為宜；另一類是采用氨選擇性催化還原法淨化燃燒尾氣。削減單位NOx排放量所需費用高於SO2，其原材料的來源也較困難。
二、減排對策
減排對策包括清潔煤技術、節能、重點行業SO2排放技術以及SO2排放的經濟技術政策。
清潔煤技術是指在煤炭從開發到利用全過程中，旨在減少汙染排放與提高利用效率的加工、燃燒、轉化及汙染控製等新技術。主要包括煤炭洗選、加工（型煤、水煤漿）、轉化（煤炭氣化、煤炭液化）、先進燃燒技術（常壓循環流化床、加壓流化床、整體煤氣化聯合循環、高效低汙染燃燒器）、煙氣精華（除塵、脫氮）等方麵的內容。
清潔煤技術可主要分為煤炭加工和煤炭的高效潔淨燃燒技術，煤炭加工包括煤炭洗選、型煤和水煤漿；而煤炭的高效潔淨燃燒技術主要指燃煤鍋爐的和發電技術，包括循環流化床、增壓流化床、煤氣化聯合循環和煤炭氣化。
循環流化床（CFBC）
是目前國外清潔煤技術中一項成熟的技術，且正在向大型化發展，其煤種適應性廣，燃燒效率高，且與采用煤粉爐尾部煙氣淨化裝置進行煙道氣脫硫相比，它不僅能脫SO2，而且可減少NOx，投資成本和運行費用也比較低。國外目前運行、在建和計劃建設的循環流化床技術發電鍋爐已達250多台。我國目前循環流化床技術隻相當於發達國家八十年代初的水平，在建設75噸/時及以下的小型循環流化床方麵有一定的經驗，但脫硫、除塵、防磨等配套技術還有待完善。
增壓流化床發電技術(PFBC)
該技術由於實現了聯合循環，發電技術高於CFBC發電技術。目前瑞典、日本、美國、西班牙等國都運行著ABB公司生產的單機容量最大的增壓流化床聯合循環發電機組（80MW），ABB生產的350MW發電機組正在日本安裝之中，其發電效率可達42%左右。國內目前隻有一套PFBC-CC示範試驗裝置（15MW）正在建設之中，容量隻有國外最大容量的1/25。大型商業化PFBC機組的高溫煙氣淨化技術及設備、大功率初溫燃氣輪機技術、控製技術等還處於實驗室研究開發階段。
煤氣化聯合循環發電技術(IGCC)
該技術是將煤氣化成燃料氣，驅動燃氣輪機發電，其尾氣通過餘熱鍋爐生產蒸汽驅動汽輪機發電。粗煤氣經淨化處理，可在燃燒前脫除硫和灰；聯合循環可提高係統熱效率。據美國資料，IGCC燃煤發電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發電技術正處於第二代技術的成熟階段，在建、擬建的IGCC電站24座。IGCC發電技術極有可能成為21世紀主要的發電方式之一。因投資大，技術複雜，中國僅進行了某些單項技術的研究開發。
煤炭氣化
是把經過適當處理的煤送入反應器，在一定溫度和壓力下，通過氣化劑以一定的流動方式轉化成氣體。煤氣化主要產生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後通過化學吸收或物理吸附脫除。中國煤炭氣化技術比較成熟，它是城市民用燃氣的重要組成部分。但同國際先進水平相比，中國的煤炭氣化技術還相差較遠，尤其在熱效率、氣化率和環保方麵仍需作大量研究開發工作。
重點行業SO2排放技術：
電力行業
到1995年底，全國火電裝機容量已達1.6億千瓦，二氧化硫排放量占全國的35%。根據國家有關電力發展的規劃，到本世紀末我國火電裝機容量將達到2.2億千瓦，到2010年火電裝機容量將達3.7億千瓦，其二氧化硫排放量將分別占全國總排放量的一半和60%以上。煙氣脫硫（FGD）是目前控製火電廠SO2排放有效和應用最廣的技術。當前在一定規模上使用的隻有有限的幾種：如石灰石--石膏法、噴霧幹燥法、LIFAC法、雙堿法。其中前三種方法國家已安排了示範工程，即珞璜電廠從日本引進兩套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幹燥法工藝進行脫硫示範，而南京下關電廠則從芬蘭引進兩套125MW的LIFAC法（爐內噴鈣--增濕活化法）脫硫工藝設備進行舊電廠脫硫改造示範。此外，我國研究開發的磷銨肥法煙氣脫硫新工藝，已完成5000標立方米煙氣量中試，總脫硫率95%以上，並生產磷銨複合肥料。
火電廠脫硫不僅要考慮技術上可行，同時還要考慮國家和企業及社會經濟承受能力。根據美國環保局對當前 燃煤電廠應用各種濕、幹法脫硫工藝，每千瓦投資和脫除每噸SO2運行費用估算結果表明：
采用濕法脫硫效率90%左右，每千瓦投資為80-180美元。
采用幹法脫硫效率50-90%左右，每千瓦投資為40-180美元。
按脫除每噸SO2運行費看，濕法與幹法相近，脫除一噸SO2運行費為400-800美元。
到2000年我國火電裝機容量將達到2.2億千瓦，為了使燃煤電廠SO2排放達到總量控製目標，需要有1200萬千瓦燃燒電廠上煙氣脫硫裝置。按目前脫硫成熟的噴霧幹燥和石灰石--石膏法脫硫技術其投資占電廠投資10-15%，火電廠投資以每千瓦3000元計，則1200萬千瓦燃煤電廠SO2排放達標，煙氣脫硫投資約需36億元-54億元。
鋼鐵行業
鋼鐵企業燒結廠是黑色冶金行業SO2排放大戶，目前每年排放SO2 53.8萬噸。
燒結廠削減SO2排放量的主要措施有以下幾項：
降低原料含硫量；
減少原料的耗量；
燒結廠要對燒結低濃度SO2煙氣進行治理
鋼鐵聯合企業中燒結廠和焦化廠是必不可少的配套，燒結廠利用焦化廠的氨水采用氨--銨法回收燒結煙氣中SO2是可推薦的方法。最保守的估計，按85%的脫硫效率計算，2000年時有2400萬噸鋼所配燒結廠采取脫硫措施就可達到硫回率16.6%，2010年時3200萬噸鋼所配燒結廠采取脫硫措施就可達到硫回率37。5%。
有色行業
粗銅冶煉是有色金屬冶煉行業SO2排放大戶，目前銅年產量為80萬噸，年排放SO228萬噸。從硫回收的角度看有色冶煉行業與其他行業比硫回收率是比較高的，已經達78.5%。。2000年前我國將新增25萬噸銅的冶煉工藝，若采用目前國內已達到的閃速爐熔煉加二轉二吸製酸工藝，即排放係數達到35千克SO2/噸-銅，新增的25萬噸銅產量隻增加SO2排放量8760噸。到2010年前銅冶煉企業達到全部采用閃速爐熔煉加二轉二吸製酸是完全可能的，硫回收率達到目前國際先進水平98.9%。到2010年銅產量達到165萬噸時，SO2排放量僅有4.98萬噸。
鉛冶煉有二種主要工藝，一是密閉鼓風爐加二轉二吸製酸，硫回收率可達97%, 二是鼓風爐練鉛工藝，煙氣中SO2濃度低，不能有效地回收SO2，排汙係數高達480.3千克SO2/噸-鉛，是密閉鼓風爐的10倍，應作為改造重點。 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，排汙係數高達733。95千克SO2/噸-鋅，是改造重點；二是豎罐煉鋅，雖然可得到較高濃度的SO2，但能耗高，汙水量大，應限製發展；三是密閉鼓風爐工藝，可以同時煉鉛、鋅，是一種有推廣前途的工藝。
其它行業
水泥行業新上項目全部采用窯外分解技術，改造大、中型水泥廠中的濕法窯為窯外分解技術；對地方中小型水泥廠，蛋窯、轉窯、扇窯等耗煤水泥窯，用普立窯、機立窯技術取代。
硫酸行業通過改進一轉一吸工藝為二轉二吸工藝或一轉一吸尾氣處理，到2000年可比1995年減少2.2萬噸SO2排放量。
三、“中國21世紀議程”的酸雨汙染物控製策略
在策略方麵，“中國21世紀議程”白皮書指出酸雨汙染物控製將重點開發研究：
中小型燃燒鍋爐高效除塵技術；
二氧化硫排放的綜合控製技術，包括型煤燃燒成套技術、循環流化床燃燒脫硫技術、濕式脫硫除塵技術、脫硫雜渣資源化技術和爐內噴鈣等。各種技術的完善及其優化組合，建立示範工程，使研究成果發揮環境、節能和實現汙染物資源化的綜合效益；
燃煤電站二氧化硫控製技術，包括大型流化床燃燒脫硫技術，旋轉噴霧幹燥脫硫技術，爐內噴霧技術，石灰石、石膏法脫硫技術及示範工程；
致酸物質適用控製技術，氮氧化物實用控製技術；
煤炭高效清洗燃燒技術及工業爐窯節能與低汙染技術。