一、技術(shù)概述
    我國是世界耗煤第一大國，主要用于火力發(fā)電燃煤鍋爐，由于大部分火電廠未對燃煤排氣中的SO2、NOX采取措施脫除，因此造成對環(huán)境的污染越來越嚴(yán)重。目前主要有兩類方式對燃煤排放氣體中的SO2、NOX進(jìn)行處理。
    一類是在爐內(nèi)通過燃燒技術(shù)的改進(jìn)，降低SO2、NOX排放量，這種技術(shù)主要應(yīng)用于常規(guī)燃煤發(fā)電廠，稱之為煤清潔發(fā)電技術(shù)。目前已有商業(yè)應(yīng)用。煤的清潔發(fā)電技術(shù)主要有：循環(huán)流化床燃燒技術(shù)（CFBC）、增壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)技術(shù)（PFBC－CC）、整體煤氣化蒸汽－燃?xì)饴?lián)合循環(huán)技術(shù)（IGCC）。
    另一類是在爐后，尾部煙氣中進(jìn)行脫硫脫硝。采用的主要的技術(shù)和方法主要有：1．濕法煙氣脫硫技術(shù)、2．旋轉(zhuǎn)噴霧半干煙氣脫硫技術(shù)、3．爐內(nèi)噴鈣尾部增濕脫硫技術(shù)、4．電子束照射法、5．磷銨肥法、6．活性焦法等，統(tǒng)稱為脫硫（脫硝）技術(shù)。
    二、現(xiàn)狀及國內(nèi)外發(fā)展趨勢
    1．煤清潔發(fā)電技術(shù)
    （1）國外發(fā)展趨勢
    ①國外CFBC鍋爐正向大型化方向迅速發(fā)展，循環(huán)流化床鍋爐的爐型較多，各家公司都有自己獨(dú)特的流派，競爭很激烈。目前國外已運(yùn)行的CFBC鍋爐的容量等級已達(dá)到100－180MW，且技術(shù)上比較成熟并正在設(shè)計(jì)和研制200－300MW的CFBC鍋爐，1995年由法國stein公司制造的250MWCFBC鍋爐的投運(yùn)，其容量上已接近300MW等級。
    ②在八十年代中期國外已開始建設(shè)PFBC－CC示范電站。瑞典ABB－Carbon公司在PFBC－CC的商業(yè)化進(jìn)程中處于領(lǐng)先地位,開發(fā)的輸入熱功率為200MW的P200裝置首批五套已先后在瑞典、西班牙、美國和日本的電站投入運(yùn)行。首臺輸入功率為800MW的P800裝置也正在日本 Karita電站建設(shè)中。
    ③經(jīng)過凈化處理的合成煤氣為燃料的IGCC發(fā)電系統(tǒng)是目前最清潔高效的燃煤發(fā)電方式。目前國外已建成工業(yè)裝置5套，正在建設(shè)和計(jì)劃建設(shè)的電站超過24座，總?cè)萘砍^8200MW，首臺工業(yè)裝置是1972年在德國克曼電廠建成的為170MW機(jī)組。1994年建成的荷蘭Buggenum電廠，其凈效率達(dá)到43．2％，是目前效率最高的IGCC裝置；1995年在美國Wabash投運(yùn)的262MW機(jī)組是目前世界投運(yùn)最大的IGCC裝置。
    各家公司面向市場，展開激烈的競爭，針對各自的技術(shù)特點(diǎn)，開發(fā)大型潔凈煤發(fā)電裝置。隨著IGCC的技術(shù)發(fā)展和成熟，今后的市場需求將會增大。
    CFBC、PFBC及IGCC等潔凈煤燃燒技術(shù)從今后國外市場來分析，尤其在亞洲地區(qū)是有發(fā)展前途的，主要是對這些地區(qū)的環(huán)境保護(hù)有利，對改造老的電廠有利，其中CFBC技術(shù)，由于我國已做了不少工作，取得了可喜的成果，并在此基礎(chǔ)上積極采用引進(jìn)技術(shù)或技貿(mào)結(jié)合等多種方式來加大開發(fā)研制的力度，使大型化100MW級以上的產(chǎn)品趨于成熟，則在21世紀(jì)前期階段，發(fā)揮我國的地理、價(jià)格等優(yōu)勢，在亞洲地區(qū)可占有較大份額。
    （2）國內(nèi)發(fā)展趨勢
    ①循環(huán)流化床燃燒技術(shù)（CFBC）
    我國目前CFBC鍋爐容量相對較小，已有數(shù)十臺幾種不同流派的75t／hCFBC鍋爐（12MW）投入運(yùn)行。130t/h（25MW）、220t/h（50MW）CFBC鍋爐正處于設(shè)計(jì)安裝階段。國內(nèi)雖已有CFBC鍋爐開發(fā)和相關(guān)研究，但大型化進(jìn)程仍較為緩慢，遠(yuǎn)不能滿足我國電力工業(yè)發(fā)展的需要。近年來國內(nèi)各鍋爐制造廠以各種方式與國外廠家合作，加快大型CFBC鍋爐的開發(fā)和研制，東方鍋爐廠為進(jìn)口的410t/hCFBC鍋爐承擔(dān)部份分包任務(wù)，后又引進(jìn)美國FW公司大型CFBC鍋爐設(shè)計(jì)制造技術(shù)，哈爾濱鍋爐廠采用美國Pyropower技術(shù)合作生產(chǎn)50MW CFBC鍋爐供大連化工廠、杭州熱電廠等用戶，上海鍋爐廠正與芬蘭Ahlstrom公司合作生產(chǎn)50MWCFBC鍋爐。國家計(jì)委也在“八五”期間組織清華大學(xué)、中科院工程熱物理研究所等單位研制國產(chǎn)220t/hCFBC鍋爐。上述各方面條件，為發(fā)展我國大型CFBC鍋爐技術(shù)，奠定了良好的基礎(chǔ)。
    四川內(nèi)江電廠從芬蘭Ahlstrom公司引進(jìn)410t/hCFBC鍋爐（100MW）作為國內(nèi)電站CFBC鍋爐示范機(jī)組已于1996年4月投入運(yùn)行。初步運(yùn)行表明該鍋爐性能良好，該示范工程為電力行業(yè)培養(yǎng)出大型CFBC鍋爐的安裝、啟動調(diào)試和運(yùn)行管理方面的技術(shù)力量，將為我國大型CFBC鍋爐的消化吸收，開發(fā)研制創(chuàng)造有利條件。同時(shí)，國家計(jì)委已批準(zhǔn)西安熱工研究院建立煤清潔燃燒技術(shù)研究中心，CFBC是該中心主要研究開發(fā)內(nèi)容之一，將為我國重點(diǎn)發(fā)展大型CFBC鍋爐的組織和協(xié)調(diào)提供良好條件。
    結(jié)合示范工程如四川白馬電廠等建設(shè)項(xiàng)目引進(jìn)國外200－300MW級CFBC鍋爐設(shè)備或采用技術(shù)合作方法，通過對其關(guān)鍵技術(shù)消化吸收及研究開發(fā)，關(guān)鍵是掌握其技術(shù)能力，形成獨(dú)立的200－300MW級CFBC鍋爐的設(shè)計(jì)，制造及調(diào)試能力，在“九五”及2000年后，開發(fā)出國產(chǎn)200－300MWCFBC鍋爐及輔助系統(tǒng)，并形成生產(chǎn)能力。
    ②增壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)（PFBC－CC）
    我國對PFBC－CC起步較晚，進(jìn)展緩慢，國內(nèi)以東南大學(xué)為主，從“六五”開始已進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)室研究，全部國內(nèi)自行設(shè)計(jì)和制造的15MWEPFBC－CC中試電站1997年底在江蘇省徐州賈汪電廠建成，并完成整體性能和關(guān)鍵技術(shù)研究試驗(yàn)工作。在此基礎(chǔ)上，擬引進(jìn)的100MW級PFBC－CC試驗(yàn)電站，已完成可行性方案論證。待建立示范電站予以實(shí)施，并同時(shí)論證和研究開發(fā)適合國情的第二代PFBC－CC。
    ③整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）
    我國對IGCC的研究始于80年代初，而后有所放松，至1993年以后國家科委、電力部等又重新組織力量，加大力度開發(fā)IGCC技術(shù)，目前已完成IGCC可行性及示范工程初步研究工作。積極爭取在2000年前后開始建設(shè)一座200－400MW的IGCC示范電站，在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，計(jì)劃到2010年后逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化并進(jìn)行推廣。
    ④大型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組（GT）
    發(fā)展整體煤氣聯(lián)合循環(huán)（IGCC）和增壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)（PFBC－CC）必須要盡快發(fā)展燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組（GT）。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組是聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)不可少的重要設(shè)備，GT發(fā)電機(jī)組效率的提高，可使組成的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的效率更高。
    南京汽輪電機(jī)廠與美國GE公司合作生產(chǎn)MS600IB型燃?xì)廨啓C(jī)，額定功率37MW，業(yè)已生產(chǎn)了5臺。當(dāng)前市場需求已經(jīng)向大功率高效率聯(lián)合循環(huán)機(jī)組轉(zhuǎn)化，燃機(jī)單機(jī)功率已達(dá)200MW以上，聯(lián)合循環(huán)電廠功率達(dá)到300－450MW。因此，近期應(yīng)穩(wěn)定MS600IB型燃?xì)廨啓C(jī)生產(chǎn)，并組成聯(lián)合循環(huán)機(jī)組成套供應(yīng)，積極擴(kuò)大國內(nèi)外市場的同時(shí)；考慮引進(jìn)或合作生產(chǎn)100MW等級及以上功率更大、效率更高的燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的制造技術(shù)。
    2．脫硫（脫硝）技術(shù)
    工業(yè)化國家脫硫脫硝法規(guī)均相當(dāng)嚴(yán)格。因此，大型燃煤裝備的脫硫脫硝系統(tǒng)普及率已達(dá)90％以上。由于技術(shù)發(fā)展的原因，這些系統(tǒng)一般采用兩套裝置為濕法工藝外加脫硝技術(shù)的濕法系統(tǒng)分別進(jìn)行，但目前普遍形成后處理障礙。濕法廢棄物石膏的出路問題已經(jīng)困擾了這些國家的可持續(xù)性發(fā)展。因此近年來日本、美國、德國都投入相當(dāng)?shù)牧α块_發(fā)成功了干法脫硫脫硝一體化技術(shù)作為下世紀(jì)的儲備技術(shù)。該技術(shù)適用于大型燃煤裝備的脫硫脫硝工藝。
    我國是世界耗煤第一大國，主要用于火力發(fā)電燃煤鍋爐排硫量相當(dāng)可觀。而且呈逐年上升趨勢。脫除SO2的技術(shù)在我國尚在起步階段，與國外差距很大，大型燃煤設(shè)備脫硫普及率不足3％，而脫硝技術(shù)目前尚未起步。目前采用的脫硫（脫硝）技術(shù)仍以濕法工藝為主：
    （1）濕法煙氣脫硫技術(shù)，其中以石灰石／石灰濕式洗滌法為主要脫硫工藝，這種工藝脫硫效率可達(dá)90％以上，我國珞璜電廠已引進(jìn)了這種技術(shù)和設(shè)備。
    （2）旋轉(zhuǎn)噴霧半干煙氣脫硫技術(shù)，其脫硫效率可達(dá)80％左右，國內(nèi)在白馬電廠進(jìn)行過半工業(yè)性試驗(yàn)，日本在我國黃島電廠210MW機(jī)組抽爐煙進(jìn)行半工業(yè)性試驗(yàn)。
    （3）爐內(nèi)噴鈣尾部增濕脫硫技術(shù)，脫硫效率達(dá)70％，世界上已有幾臺機(jī)組采用該技術(shù)。
    （4）電子束照射法，它是一種同時(shí)脫硫脫硝的方法，脫硫效率90％，脫硝效率80％，日本荏原公司提供技術(shù)裝備，現(xiàn)正在成都熱電廠進(jìn)行半工業(yè)性試驗(yàn)。
    （5）磷銨肥法，脫硫效率95％，副產(chǎn)品為氮磷復(fù)合肥料，我國在四川豆壩電廠進(jìn)行過半工業(yè)性試驗(yàn)，生產(chǎn)出磷銨肥。
    （6）活性焦法，活性焦是一種柱狀脫硫炭，目前只有德國BF公司和日本三井（MMC）生產(chǎn)，但由于活性焦本身價(jià)格很高，因此沒有推廣?，F(xiàn)我國煤炭科學(xué)院煤化所正在研試和開發(fā)我國的一種廉價(jià)天然焦，目前已有了試驗(yàn)性的成果，如工業(yè)性試驗(yàn)成功，它將是一種價(jià)廉，高效的既能脫硫又除煙塵的好方法。這種工藝簡單又高效廉價(jià)的脫硫技術(shù)及其裝置，在我國將有廣闊的市場。
    干法脫硫技術(shù)比較適合我國國情。其生成物多為硫酸氨等可轉(zhuǎn)化為低效化肥。待下世紀(jì)初我國脫硝法規(guī)出臺后，其生成物硫硝氨高效化肥可直接用作化肥。促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。因此這一技術(shù)具有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，重視這項(xiàng)技術(shù)的開發(fā)，將有利于走捷徑加快發(fā)展我國的煙氣脫硫脫硝技術(shù)。
    三、“十五”目標(biāo)及主要研究內(nèi)容
    1．目標(biāo)
    2010年前實(shí)現(xiàn)200~300MW級循環(huán)硫化床鍋爐商品化批量生產(chǎn)能力，結(jié)合擬引進(jìn)的100MW級PFBC－CC試驗(yàn)電站，研究開發(fā)適合國情的瞄準(zhǔn)世界先進(jìn)水平的新一代PFBC－CC，建立示范工程，建設(shè)一座200~400MW級的IGCC示范電站，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化并逐步推廣。脫硫率＞98％、脫硝率＞70％、除塵效率＞99％、全干法出渣無二次污染。干渣全部用作中效氮肥。2005年完全掌握大型干法脫硫脫硝一體化技術(shù)。
    2．主要研究內(nèi)容
    （1）煤清潔發(fā)電技術(shù)
    ①大型循環(huán)流化床鍋爐（CFBC）試驗(yàn)研究，對具有大型化技術(shù)特點(diǎn)的爐膛結(jié)構(gòu)、分離器、布風(fēng)裝置、回料控制器結(jié)構(gòu)特性和相關(guān)的流動、傳熱、燃燒進(jìn)行專題研究。
    ②200－300MW CFBC鍋爐國產(chǎn)化技術(shù)的研究
    ③200－300MW CFBC鍋爐輔助系統(tǒng)的研制
    ④PFBC－CC關(guān)鍵技術(shù)的研究
    ⑤IGCC發(fā)電系統(tǒng)總體特性及運(yùn)行控制技術(shù)研究
    ⑥氣化爐工程化關(guān)鍵技術(shù)研究與開發(fā)
    ⑦高溫煤氣除塵與脫硫技術(shù)研究與開發(fā)
    ⑧燃?xì)廨啓C(jī)開發(fā)技術(shù)研究
    ⑨余熱鍋爐和蒸汽輪機(jī)技術(shù)、設(shè)計(jì)方法研究
    （2）脫硫（脫硝）技術(shù)
    ①大型干法脫硫脫硝一體化技術(shù)研究。包括反應(yīng)劑的選擇和優(yōu)化；脫硝反應(yīng)的激化技術(shù)；高性能防腐技術(shù)的研究；化學(xué)反應(yīng)和安全管理技術(shù)研究。
    ②大型脫硫脫硝裝備的產(chǎn)業(yè)化研究。包括脫硫脫硝技術(shù)裝備的優(yōu)化技術(shù)研究；各類脫硫脫硝的裝備產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研究；脫硫脫硝裝備產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、成套化技術(shù)研究；脫硫脫硝裝備先進(jìn)管理技術(shù)研究。