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摘要停止燃烧高硫原煤是减少s o 。污染的最经济的方法。其他较经济的措l 施是原煤洗选和筛选、改烧型煤、改用循环流化床锅炉等。烟气脱硫是可使s O 。l 减排量最大和最有效的措施，但是代价昂贵。本文介绍了几种已成熟和不久将 能成熟的烟气脱硫新技术；也介绍了为降低N 0 x 排放我国自行开发的、适合国 1 青的、低费用的、具有独特技术路线的、低N 0 煤粉燃烧技术。还应发展减少 _ ’I 排放可吸人颗粒物的技术。推动和发展利用烟气脱硫副产物的技术。 关键词西部燃煤脱硫 接上期 4 煤粉火焰稳定原理和低N 0 x 燃烧 国外已研究丌发了很多种低N O 。煤粉燃烧技术。目前国外单纯应用这 项技术已经不能满足更高的环保标准，常要求加装投资和运行费用更高的 N 、选择一r t 催化还原装置 简称s c R 。我闰在今后二{ 一年之内，对于控制 燃煤电站的N 0 、问题将和国际上不久前采用的方法一样，主要足采用低费 用的低N O 、煤粉燃烧技术。表4 足我国已引进的几种低N O 。煤粉燃烧技术 的实用结果，大都不能满足目前要求小箅太高的我国环保标准电站煤粉 锅炉排放的州气在折算为含0 1 6 ％时N 0 x 不大于6 5 0 m g ／m 3 。 表4 我国已从国外引进的几种低N o 煤粉燃烧技木的实验结果 平圩电厂黄台电厂华鲁电厂 名称单位哈三电厂 1 4 炉2 “炉7 - 炉8 。炉l t 炉2 2 炉 电负荷M W5 7 I ～5 9 l5 6 05 8 22 8 0 2 7 8 2 8 52 9 7 排烟中的O ％ 2 ．9 ～3 ．9 77 ．3 7 5 ．3 65 ．3 7 ．} { 9 7 ．9 2 折算N O p p I n 2 2 7 ～蛇l2 4 04 4 93 6 23 8 44 4 8 f 2 _ 干‰r r l g ／m 1 4 6 5 ～6 5 84 9 2 6 5 9 ～7 6 99 ∞ 7 4 27 8 7 9 1 8 S忱ppm 6 1 68 2 34 8 06 9 0 黼W R 燃烧器P M 燃烧器 w R 燃烧器 我困烧煤发电厂在1 9 8 9 年的N O x 年排放量约为1 3 0 万吨。到2 0 0 0 年 我『割烧煤发电厂的N O 。年排放量将达到2 9 0 万吨，再加上其他的烧煤排放 和汽车的排放，如果不迅速采取治理措施，2 0 1 0 年我国的N O 。排放总量将 可能超过1 0 0 0 万吨。 我l 从l9 8 0 年起开始研究低费用的火焰稳定和低N O 。煤粉燃烧技术， 走与国外4 i 同的技术路线，获得了可喜的研究和应用成果。在八{ 1 年代末就 研制成功r 船形体煤粉燃烧器，依据的是我国首先提出的“兰高区”原理。 4 月刊2 0 0 3 ～o5 在直流煤粉燃烧器喷LJ 内装设了船 形体，气流离开喷口后就形成r 结 构独特的泶腰形射流。煤粉颗粒富 集在束腰部外缘形成了高煤粉浓度、 高温和有适当高氧浓度的区域一～ “三高区”，能使燃烧室中的煤粉火 焰保持良好的稳定性和燃尽性能， 在此区域由于煤粉浓度高，烟气温 度高，挥发份析出较多；从烟气组 分来看，区域中的含氧量足以使挥 发份着火燃烧。这个着火位置离燃 烧器的距离小于无船形体时的着火 距离，因而着火提前，燃烧稳定性 提高。实验研究和发电厂的现场试 验结果还证实了在煤粉燃烧时船形 体具有降低N 0 。排放的作用。困为 船形体形成的特殊的气流流动结构， 煤粉挥发份析出较快，因而着火较 陕，此时煤粉浓度较高，N O 、的生 成较少，使总的N O 。排放量减少。 发达国家的N O 。排放大部份来 自于汽车，而我国只有北京、上海 这样的特大城市汽车和烧煤排放的 N O 。量接近相同，其他地方都是烧 煤使大气中N O 。占主要部分。 烧煤排放的N O 。中较易控制和 万方数据 可能人幅度减少排放量的，也是烧 煤发电厂。例如，只罔采用厂低N O 、 船体煤粉燃烧器，国华 北京一热 电厂的7 号锅炉排烟中N O 、含量就 降低J ’3 4 ．5 ％ 1 9 9 2 年采_ 【} j ，1 9 9 9 年复 测 ，远低J6 5 0 n 培／N m l ，锅炉热救 率则增加接近1 ％；另一实例为北京 首钢电厂的3 号炉全部一次风喷口 均采用r 船体，燃烧状况叫显改善， 荆卧旧中N 降为2 7 0 ～3 0 0n l g ／N m j O 一矾；叫 ，N O x 减少r5 0 ％～5 5 ％。 采用我国的低N 0 。煤粉燃烧技 术的投资仅占整套发电设备费用的 ．0 5 ％，约 整食锅炉设备的0 ．3 ％； 而n 在治理污染的同时，还能增加 经济收入，这屿技术现在已经应用 于我国8 摩烧煤发电厂的2 0 0 名台 煤粉锅炉r 。此外，我国还开发成 功J ’2 2 0 吨／时循环流化床锅炉，a J 以H { 来减少烧煤的N O 。排放量。 5 减少燃煤电厂的粉尘排放 从1 9 9 0 年至1 9 9 9 年共l O 年间， 全圈火电总娃机容量从7 6 G W 增长 到1 8 ’w ，火电厂的年燃煤晕从2 ． 4 亿吨增长到4 ．O 亿吨，火电的粉尘 年排放星却从3 6 3 万吨降为3 4 0 万 吨。丰要措施是燃煤发电厂近来大 量装设r 静电除尘器，有不少还是 除尘率能达到9 9 ．5 ％的四电场的静 电除隼器，可使排放烟气中的含尘 量j { 自5 0 ～1 5 0 r n g ／m5 ，因此大幅度 减少r 向大气排放的粉尘量。 但是另一方面城市的空气质量 却存1 i 断恶化。由于近来我国减少 燃烧高硫煤，s O 的排放已有所减 少，几乎各城市空气的主要污染物 都是Ⅱj u 殷人颗粒物 即粒径小于1O u1 1 1 的悬浮颗粒，简称P M 、。 。近 几∞米对大气中气溶胶的深入研 究，已经证明城市上空使蓝天消失 ～。E N E R G Yc 0 N s E R V A T i t NA N DE N v l R O N M E N 下A LP R O T E c T i o N 的罪魁祸首主要足可吸入颗粒物。它还常含柯汞、砷等多种自害元素以及 多环芳烃、苯井皑等有毒有机化合物，会引发哮喘病、恶件肿瘤、肺癌等。 中国尢中城市的P M 。。污染都很严重，其中呼和浩特、太原、重次等尤其严 重 见表5 。而城市空气中的i J _ 吸入颗粒物又主要来自丁烧煤，这又和西 方发达I q 家有所不同。 使城_ 巾空气质量恶化的可吸入 颗粒物主要迎是来源于燃煤电J 。 因为即使采用了粉牵收集率很高的 四电场静电除尘器，还宵0 ．5 ％排 人大气，其中的绝人部份就足可吸 入颗粒物．而这些微细颗粒在现用 的除尘器排放测定技术中还不能严 格检测出来。在西部大力发展燃煤 电厂时，必须关注可吸人颗粒物污 染防治，需要发展低费用的可吸入 颗粒物防治技术。 表5 国内外一些城市在 9 9 712 19 9 85 测得的P M ，。平均值 城市P M l o I n g ／m 3 英国罗切斯特 瑞士 美国弗雷斯诺 日本东京 意大利米兰 山东淄博 北京 内蒙呼和浩特 烧油的发电厂烟囱排放的烟气颜色I 【} j 肉眼几乎看不见，以前科技界都 认为不需要再装除尘器了。最近去测量了烧重油的北京第二热电厂排放烟 气的含尘量，竟达到3 0 0 ～4 0 0 m g ／m3 ，高于燃煤电厂静电除尘器后的烟气 含尘量。凼此，立即采取了措施，加装了用新技术的滤袋除尘器，使排烟 含尘置降为1 0 m g ／m 3 ，人大减少了可吸人颗粒物的污染。 对于燃煤电厂现在可以采用一种称为静电一滤袋混合式除尘器的新技 术，除尘效率可达9 9 ．9 9 ％。可以使排放的烟气脱除掉更多的可吸人颗粒 物。这实际上相当于把一个二电场静电除尘器和一个高效滤袋除尘器串联 使用。美国也是刚投入市场。这项技术并不t 分复杂，除尘装置的投资费 用不应i 袅很昂贵，我们应该做出有自主知识产权的产品，对保护西部和全 国的生态环境作出应有的贡献。 8 用烟气脱磕的刑产物改良盐碱地和红壤 在很多西方国家，对于主要成份是c a s O 。和c a s O 、并含宵少量粉煤灰 的灰白色的烟气脱硫副产物的堆放，称之为白色污染 这不同于我国有些 地方把泡沫塑料或塑料袋称为白色污染 。 我国燃煤电站粉煤灰的利用率已达到6 0 ％以上，在国际上也属于利用 率不低的国家，大部分用来筑路积做建筑材料。但是，对今后要大量发展 的烟气脱硫的副产物利用方向和技术还没有明确。前述重庆、南京、南宁 和杭卅l 的烟气脱硫装置的副产物已都用作水泥的添加剂，效果很好，但是 该市场的容量是有限的，以后还应该开发更多的用途。 我国北部和西部有大量盐碱地 共约l O 万k m 需要改造。农业土壤 专家早就熟知c a s O 。在改良碱地中是非常有效的土壤胶体粒 由粘土与膈 殖质形成 ，艮期与N a 2 c O ，，N a I I c O ，、N a c I 等接触，成为含N a 胶体粒子， 在土壤中水化度较大，胶粒有较好的分散性，能散布在土壤颗粒之间的细 2 0 0 3 №5 月耐5 ㈣㈣瞄㈣㈣瑚瑚蹦 0 0 O O 0 O 0 0 万方数据 【研究探讨】 缝中。会形成致密、不透水的含N a 扳结十 层。1 i 易透水的含N a 板结土层 中掺入c a s 0 。昕，冈c a 比N a 对土壤中胶体粒的吸附能力人得多，原已吸 附的N a 离r 会被c a 离子置换。溶液中的c a 。会和胶体上附着的N a 离子 交换。含c a 。胶体微粒的外层不吸刚水分子，胶体微粒自己能互相靠近而 聚团，十壤就小会板结。水分了渗人微粒之间时会使微粒团膨胀，然后在 十燥过程中使上层龟裂。这过程反复进行后，土壤就形成团粒结构。有利 1 农作物7 ￡长和吸收水分、养分。但是采用纯的c a s O 。或天然石膏来改良 土壤，成本就太高了，所以很少在农业中实际应用。 R 本女泉大学的农学和烟气脱硫号家，1 9 9 6 年首先丹始在沈阳北郊的 碱地上施片；I 含c a s O 。的烟气脱硫副产物做r 试验，每亩约施2 0 0 k g ，使得原 来不屯之地上的玉米生长良好，而且施州次之后不再施加，就能连续5 年以r ，年年 收。 有时烟气脱硫副产物中不仅含有c a s O 。，还含有c a s O ，和较多的粉煤 灰，清华火学与内蒙古农、【t 大学对用这类副产物来改造盐碱地做了实验研 究。从l9 9 9 年开始龠作在内蒙古呼和浩特市西南的土默川的实验结果也同 样十分良蚶，在采用I 爿样的耕耙和浇水的农业措施下，未施和施用脱硫副 产物的乇米地的埘照{ I 二常明显。 而我国南部和西南部属热带亚热带地区，广泛分布着各种红色或黄色 的土壤，均有微弱酸性，统称为“红壤地医” 红壤系列，富铝化土壤 。其 分m 范隔，大敛北起长江两岸，南至南海诸岛，东起台湾、澎湖列岛，西 达云贵高原及横断山脉，包括广东、广西、福建、台湾、江西、湖南、云 南、贵州、浙江以及安徽、湖北、四川、汀苏与西藏南面的一部分，涉及 十四个省区，总画移{ 达2 0 3 万平方公里，约占全国土地总面积的2 I ％，在 我国西部地区的云，竞、川、桂又有占很大面积，这些土壤急需改良。 清‘ 久学与广东省生态环境与士壤研究所植物营养研究室合作，对弱 酸性的红壤施用同样的烟气脱硫副产物作了实验研究。证实施用脱硫副产 物廿『提高人豆和花生等的产量，一般均能增产6 0 ％以上。原因是南方的红 壤中长期以来主要施用氮、磷、钾肥，土壤养分配比失调，其他必需的元 素营养严苇缺乏。富含钙索的养分可与土壤形成钙胶体凝聚，有利于土壤 团粒结构的形成，叮改善红壤的土壤结构，有利於豆科和油料作物的生长。 盟利作物根瘤的形成和共生固氮作用，需要较高浓度的钙营养。脱硫副产 物富含钙，会刺激花隹根瘤生长和繁殖。硫是固氮酶组成成分，为豆科作 物固氮所必须。施用硫肥有利于豆科作物形成根瘤。脱硫副产物含有比较 寓的硫素营养，也有利于根瘤的生长繁殖。而过多脱硫副产物对根瘤有 抑制效战， 馓的最佳的添加量约为土层重量的0 ．5 ％。 7 结论 据我国环保部fJ 的研究和统计，二氧化硫排放引起的环境问题导致的 拿国经济损失l9 9 5 年为1 1 6 5 亿元，折算成排放每k g S 0 2 造成的损失是4 ． 9 3 兀／k g s ] a 。如果不采取s O 污染防治措施，2 0 0 1 ～2 0 1 0 年十年间导致 的经济损失累讣将达二万多亿元。而上述表l 所示的到2 0 1 0 年减排6 0 0 万 e 月刊2 0 0 3 ．N o5 吨s O 。所需投资费用f _ 年问累计约 8 0 0 亿元，十年中日常减排s O ，的运 行费用总共义约需5 0 0 亿元，二者 共计1 3 0 0 亿元。相比十年问因污染 所遭受的经济损失要小得多。因 此，燃煤s O 和N O 。污染防治虽然 费用很人，但是可以大大减少环境 污染和减轻所遭受的损失，还有利 于提高煤炭燃烧效率、节约能源， 也有利于提高企业整体经济效益， 带动社会总体经济发展。 根据中国工程院能源项目咨询 组2 0 0 1 年底提出的报告“中小型工 、【k 锅炉高效燃烧和污染控制对策研 究”，也说明环境治理得到的综台 经济效益会远远大于用于治理的资 金投入。对于中小型工业锅炉这一 案例的结论是，用1 5 年时间累计投 入9 9 8 亿元，可完成全国工业锅炉 改造，即1 5 年后每年可减少s O 。排 放2 4 9 ．6 万吨，按每k gs O 排放造 成经济损失3 元／k gs O a 此处有 意比上述的4 ．9 3 元／k gs O 少算一 些 ，烟尘排放造成经济损失1 元／ a 、每节约l k g 标准煤效益O ．6 元／ a 计，工业锅炉在改造开始7 年后， 所得到的综台经济效益即可弥补环 境治理的投入，到2 0 2 0 年累计可获 得综合经济效益2 8 3 8 亿元，综台经 济效益远远大于投入。 因此，要从两方面来实施和推 动一方面是建议考虑参照污水处 理费用由用水费从全社会收取的办 法，目前较易实行的办法是，全社 会 企业、机关和个人 以交纳电 费的形式，按O ．0 1 元／k w h 税额交 纳用电环境污染税或交纳能源附加 税[ 2 ] ，即每度电的电费征收一分钱 大气环境治理税或相当每MJ 一定 的能源税。或者改按照污染物的来 源，对消费每吨煤平均征收8 元的 万方数据 一E N E R j Y C o N S E R v A T l 0 NA h DF N v l R O N M E N T 4 LP R O T E C T I o N 大气排污税 “r 以对高硫煤多收 些，低硫煤少收些 。收取的费用转 入燃煤污染防治专用基余。按照目 前的一般电价或煤价，此税率消费 者是完全n f 以接受的。估计f ‘年问 可以筹集到一千二百亿元，用来做 大气污染治理设施的投资、在线环 境检测的装备和关闭的安置补贴等 等。基金的管理、项目评估、基金 应用的监督足歧策性非常强的专门 问题，这里小作详细讨论。町叹设 想有了这笔基金，就有n r 能实现上 述各项措施了。另一方面，要推动 有关企业认真做好人气污染治理、 必须交纳从零起算的排污费和排污 的超标罚款，并强制推行有关措施。 a ．保护生态环境是对全社会有 益的事业，经济回报也体现在全社 会，所以必须由国家来立法和严格 执法。 b ．停止燃烧高硫原煤是减少s O 二污染的最经济的方法。对j 小型锅 炉。其他较经济的措施是原煤洗选和筛选、改烧型煤、改用循环流化床锅 炉等。对于燃煤电站和大中型锅炉，烟气脱硫是町使s 0 减排量最大和最 有效的措施，但是代价昂贵。为使环保投入能够产生尽可能叫显的社会效 益和经济效益，深入研究与开发适合中国国情的低费用、低水耗的更新型 的烟气脱硫技术是我国s O 污染防治基础研究及技术发展的主要方向。 c ．应该发展新型的低N O 。燃煤技术，制定新的环境法规，要求所有 的煤粉锅炉都采用低N O 。煤粉燃烧新技术。 d ．发展减少排放可吸人颗粒物的技术。 c ．推动和发展利用烟气脱硫副产物的技术。一 [ 参考文舡】 。f 1 中国工程院能源项目咨询组、中国可持续发展能源战略研冠，总报告p ，5 5 表9 ，1 9 9 81 2 【2 】中国工程院能源项目咨询组，减排s o ，合理枝未经济途径及其综合效益评估，p p5 1 一 j 2 ．口9 5 ．19 9 9 ．12 [ 5J 叶大均、李宇红，待旭常．高鼓超临界压力燃煤发电与低费用烟气净化挂术中国电 力．2 0 0 0 ．V o j ．j 5 ，N o5 ．p D4 9 [ 4 】L l c h n gx u ，矸哪} l ec №n 。H a I M 唱Q 『，e t c ．。D e v d o 口1 1 e mo fc o 纠c 州灿螂。np 。l J u t D nc o n t m 』竹s 0 2 a n dN 0 xmc h n aF 吲P m c e s g 唱T e c h m l o g y ，6 2 2 0 0 0 ．p D l5 j 一16 0 【5 】中国工程院能源项目咨殉组．中小型工业锅炉高效燃烧和污染控制对蓑研究．2 0 0 11 P 2 0 0 2 年中国工业十件大事 中国社科院工业经济研究所完成的中国工业发 展报告 2 0 0 3 * 中。研究人员集体评选出2 0 0 2 年度中 国工业1 0 件大拳。这1 0 件太事按时间排序如下。 1 ．大唐集团和谣门子公司在北京进行了全球首次 T Ds C D M A 户外通话公开演示并获得成功。T Ds c D M A 是由犬唐集团代表中国提交并被国际电联等组绥认可 的三大第三代移动通信世界标准之一。在百年通信史 上，我国提出的标准成为世界标准尚属首次。 2 ，我国首座国产化商业核电站一一秦山棱电二期工 程1 号机组首次并网发电获得成功。工程总投资1 4 8 亿 元。{ 殳计装机容量为两台6 0 万千瓦水堆核电机组，每 年可向华东电网输电4 0 亿千瓦时。 3 ．上海磁悬浮列车示范线下部结构工程竣工。该线 是一条集城市交通、观光、旅游于一体的商业运营线， 总长度3 1 ．1 7 公里，设计时速5 0 5 公里，总投资8 9 亿元。 4 ．我国研制的“神舟”三号、四号飞船相继发射 升空并成功进入预定轨道。 5 ．我国发现了迄今规模最大的天然气田一一苏里格 大气田。该气田天然气探明地质储量为6 0 2 5 ．2 7 亿立方 米，是我国第一个世界级储量的大气田。 6 ．西气东输工程全线开工典礼仪式在北京隆重举行。 该工程西起薪疆轮南，途经l O 个省、自治区、直辖市， 全长4 0 0 0 公里，预计年输气量1 2 0 亿立方米，管道工程 投资4 0 0 多亿元，上、中、下游投资总额约1 4 0 0 多亿元。 7 ．联想集团研制成功实测速度达到每秒万亿次以 上超级计算机。 8 ．我国第一款商品化的通用高性能c P u 芯片一一 拥有自主知识产权的“龙芯”1 号流片研制成功，并将 大批量生产。 9 ．国家电力公司拆分重组为五大发电集团公司和 两大电网公司，标志着我罱产业改革与重组迈出实质 性步伐。 l O ．中国共产党第十六次代表大会确定了全面建设 小康社会的奋斗目标；提出走新型工业化道路，积极 推进谣部大开发，深化国有资产管理体制改革等主要 任务。 本刊讯 2 0 0 3 ．N o ．5 月刊＼1 万方数据
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