燃煤電廠超低排放的技術(shù)進(jìn)展及未來展望

火電廠煙氣的深度節(jié)水與深度減排

中國能源資源利用中有兩個特別突出的矛盾，就是富煤、缺水。電廠是煤和水的兩大重要用戶，而且也是重要的污染源單位，所以深度的減排和深度的節(jié)水是電廠面臨的革命性的任務(wù)和挑戰(zhàn)。

通過多年研究實驗，我們發(fā)現(xiàn)循環(huán)漿液的溫度在50℃的時候，脫硫塔當(dāng)中節(jié)水的效果最明顯。在常規(guī)煙氣含水量情況下，至少可以節(jié)省補水75%～80%。對于高水分褐煤，完全可以實現(xiàn)脫硫塔的零補水目標(biāo)。這個結(jié)果在2013年首次在國際期刊上發(fā)表，這是在脫硫塔進(jìn)行的內(nèi)試驗研究。脫硫塔排出的煙氣，要進(jìn)行深度節(jié)水和深度減排。所以我們設(shè)計了一套一體化的深度節(jié)水和深度減排的實驗，這個實驗設(shè)備叫做凝聚器。通過理論探索和研究，我們認(rèn)為要實現(xiàn)雙深，即深度節(jié)水和深度減排。其基本機(jī)理，就是相變凝聚和熱泳立凝聚。

根據(jù)這些實驗，我們提出了一套標(biāo)準(zhǔn)的一體化工藝原則性總體技術(shù)路線。這套技術(shù)路線收水率是85%，而國外的收水率是74%。國外的技術(shù)在某些方面還停留在實驗室的階段，沒有進(jìn)入工程試驗的階段。我們試驗驗證了這個脫硫系統(tǒng)有實現(xiàn)零水耗的可能性，特別是對褐煤。我們還證實了熱泳力凝聚和相變凝聚一體化的雙深技術(shù)有良好的除掉亞微米顆粒的除塵作用，擁有深度節(jié)水的效果。

碳的捕獲、利用與封存技術(shù)

這個研究項目有兩個目的，首先，要能夠證明可以安全地封存大量的二氧化碳;其次，找到利用二氧化碳的方法。二氧化碳可以為我們提高石油采收率提供一個非常有效的途徑。另外，在二氧化碳封存的過程當(dāng)中會產(chǎn)生大量的水，給我們提供了豐富的水資源。

在封存二氧化碳的時候，壓力升得非常快，但是一旦二氧化碳注入停止以后，會很快地恢復(fù)到原有的壓力。我們得到一個結(jié)論：二氧化碳封存的風(fēng)險，只是在植入期。封存以后風(fēng)險誰來承擔(dān)？你要保證風(fēng)險可控，這個保證期要多長？通過這個結(jié)構(gòu)，它的風(fēng)險只在植入期，10年后這個風(fēng)險降的比較低，通過模擬以后可以計算出來。

二氧化碳可以作為資源利用，在懷俄明州可以提高二氧化碳的利用率，這是一項非常成熟的技術(shù)。這個低碳綜合發(fā)展的方案正在催生一個工業(yè)鏈，煤化工、電廠等經(jīng)過壓縮、運輸、進(jìn)行二氧化碳去硫，整個過程正在形成一個新的工業(yè)鏈。

通過分析，中國的地質(zhì)構(gòu)造有空間，可以捕集二氧化碳，封存過程當(dāng)中有大量的水可以作為一個新的水的來源。還有一些區(qū)域，像中國的一些盆地，低碳經(jīng)濟(jì)的綜合發(fā)展，可以形成新的產(chǎn)業(yè)鏈，為經(jīng)濟(jì)能源的發(fā)展找到一個新的突破。

低碳能源面臨的環(huán)境挑戰(zhàn)

中國是一個缺油少氣的國家，所以我們在未來相當(dāng)長的時間將依賴煤，這是沒法改變的現(xiàn)實。美國與歐洲開始推動低碳經(jīng)濟(jì)低碳發(fā)展，大量降低碳排放。對中國而言，我們會竭盡全力開發(fā)一些風(fēng)能、太陽能。由于我們自己的特點，我們不可能在未來的10年當(dāng)中完全拋棄煤，我們一次能源耗費中大約70%依賴于煤。煤的燃燒會產(chǎn)生一系列的問題，現(xiàn)在基本上所有的污染都是由煤引起的，已經(jīng)成為制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個瓶頸。

煤炭作為主要的能源供給現(xiàn)狀，在短期內(nèi)沒法改變，但是煤炭的利用必須以經(jīng)濟(jì)、健康、環(huán)境共贏為前提，走低碳發(fā)展之路;煤炭資源應(yīng)加以利用，而不僅僅是能源，煤炭清潔利用不應(yīng)以“煤化”為主導(dǎo)，應(yīng)有所為有所不為。只有針對區(qū)域特點和資源稟賦，通過技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)鏈的合理構(gòu)筑，才可以實現(xiàn)煤炭資源的清潔利用。實現(xiàn)資源的循環(huán)利用和零排放是未來煤炭利用的目標(biāo)。

DOE碳捕集及存儲項目進(jìn)展

對于化石能源的生產(chǎn)，重要一點就是對二氧化碳的捕集，這是我們要考慮的一個環(huán)節(jié)。其中包括對粉煤燃燒后二氧化碳的捕集、PC氧燃燒的捕集、氣化的捕集、燃燒前的捕集，我們都有一些不同的選項。其中有不同的環(huán)節(jié)因素，都可以進(jìn)行考慮。它要求我們開發(fā)不同的技術(shù)，應(yīng)用不同的功能學(xué)科，包括在燃燒前進(jìn)行捕集，在氧燃燒的過程當(dāng)中進(jìn)行捕集，還有一些關(guān)鍵的技術(shù)，包括溶劑、吸附劑、薄膜等，還有一些混合等新的概念加入其中來整體地推進(jìn)先進(jìn)二氧化碳捕集技術(shù)的發(fā)展，同時降低這個技術(shù)的成本。

我們也在應(yīng)用一些新的現(xiàn)代技術(shù)、新的工具提供基礎(chǔ)條件來進(jìn)行二氧化碳的存儲。我們也進(jìn)行一些支撐研究來應(yīng)對具體的有關(guān)二氧化碳捕集風(fēng)險。我們還在一些關(guān)鍵的研發(fā)領(lǐng)域?qū)ふ已邪l(fā)的路徑，重點技術(shù)的研發(fā)路徑，包括地質(zhì)、存儲、技術(shù)領(lǐng)域，同時還要對風(fēng)險進(jìn)行評估認(rèn)定和監(jiān)督。我們還會關(guān)注二氧化碳的利用問題，再循環(huán)利用二氧化碳的技術(shù)，對其中的化學(xué)產(chǎn)生物質(zhì)各種水泥等半生產(chǎn)品進(jìn)行處理。

循環(huán)流化床發(fā)電節(jié)能與污染物控制

到現(xiàn)在為止，我國的循環(huán)流化床技術(shù)發(fā)展主要經(jīng)歷了四個階段，現(xiàn)在進(jìn)入了一個新的時代，開始進(jìn)入了煤電市場，最后一個領(lǐng)域就是超臨界時代，就是以超臨界為代表。盡管到現(xiàn)在為止，中國已經(jīng)成為世界上最大的循環(huán)流化床發(fā)展國家，但對它的燃燒溫度，因為發(fā)電效率要略低于正常，影響鍋爐可用率;第二是循環(huán)流化床鍋爐發(fā)電效率低于煤粉爐;第三，國家新的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)使循環(huán)流化床低成本污染控制的優(yōu)點喪失。應(yīng)對挑戰(zhàn)的途徑，第一是開發(fā)大容量超臨界循環(huán)流化床的鍋爐，提高發(fā)電效率;第二是基于循環(huán)流化床流態(tài)圖譜，開發(fā)節(jié)能型、低磨損的流態(tài)重構(gòu)循環(huán)流化床鍋爐;第三是提高中小型循環(huán)流化床鍋爐蒸汽參數(shù);第四是開發(fā)滿足新環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的循環(huán)流化床污染控制技術(shù)。

最后我們可以得到結(jié)論，中國循環(huán)流化床發(fā)電技術(shù)已經(jīng)取得了舉世矚目的成績，未來仍將在火力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域占據(jù)重要地位;超臨界、超超臨界的普及和應(yīng)用是CFB的下一個發(fā)展方向;發(fā)展節(jié)能降低排放技術(shù)是維持CFB的競爭力的保證;床溫控制是控制污染物排放的前提，入爐煤粒度、分離器效率及回料閥的結(jié)構(gòu)優(yōu)化是床溫控制的保證;氧量優(yōu)化及爐膛內(nèi)氧氣還原氣體優(yōu)化是手段。這是我們應(yīng)對國家新環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)策略。

懷俄明與山西：成為清潔能源合作伙伴

懷俄明州和山西省是世界碳排放量最大產(chǎn)煤省。煤是碳最密集的化石能源，所以在接下來幾分鐘內(nèi)講講懷俄明州和山西如何應(yīng)對目前的這個問題，而我會給大家描述這個愿景。

首先是經(jīng)濟(jì)伙伴關(guān)系的美好愿景，而我將向大家介紹這樣一個美景如何來運作，如何打造這樣一個美景。事實上，煤炭是可預(yù)見的未來，煤炭對產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)來說是不可替代的能源，所以說，我們在這個過程當(dāng)中，找到高位清潔煤燃燒方式過程意味著一個巨大的挑戰(zhàn)。從廢棄物當(dāng)中進(jìn)行二氧化碳捕集加以利用，這是我們考慮的一個事情。

山西與懷俄明州享有一個天然的合作關(guān)系。在可再生能源方面，我們知道風(fēng)能是不穩(wěn)定的，懷俄明州的研究正在彌補這種不穩(wěn)定性，通過混合系統(tǒng)，比如煤氣發(fā)電機(jī)組來彌補這種不穩(wěn)定性。還有煤層氣，我們也在應(yīng)用煤層氣來為這些發(fā)電機(jī)組提供動力，這樣在沒有自然風(fēng)的條件下也可以進(jìn)行發(fā)電，這就是一個可持續(xù)的過程。

山西和懷俄明的合作，是一種振奮人心的合作，是一個積極的信號，讓大家能夠?qū)Ρ舜说某晒τ兴私猓⒂兴橙。軌蚪⒙?lián)系，在企業(yè)之間建立聯(lián)系，在其他的組織機(jī)構(gòu)之間建立聯(lián)系，能夠完善互相學(xué)習(xí)的過程。讓企業(yè)、企業(yè)家之間能夠深化關(guān)系，能夠分享彼此的經(jīng)驗，同時打造一種互信的伙伴關(guān)系。

燃煤電廠超低排放的技術(shù)展望

為實施超低排放的控制，我們要把各種單向的控制技術(shù)綜合起來考慮，相互之間會有協(xié)調(diào)效應(yīng)。比如煙氣污染物就能除塵跟脫硫。濕法脫硫裝置跟除塵也有關(guān)系，所以我們一體化協(xié)同治理，然后對整個研發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，對通風(fēng)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，使得在正常情況下能夠保持高效運轉(zhuǎn)。作為一個改造工程，我們在原有的基礎(chǔ)上增加了一些設(shè)計，對煙氣超低排放的同時，能耗最低，在保證環(huán)保指標(biāo)的同時，兼顧經(jīng)濟(jì)效益，非常可靠地達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)，二氧化硫和氮氧化物都是十幾二十幾毫克，所以這項技術(shù)是非常可靠的。

我們認(rèn)為現(xiàn)在火電廠超低排放改造已經(jīng)被大家所接受，已經(jīng)制定了相應(yīng)的超低排放要求，從成本上來說，增加1～2分錢，這個企業(yè)是可以承受的，我們感覺到大家也是愿意承受的，況且可以享受到政府的一些政策。

這個技術(shù)在全國已經(jīng)應(yīng)用得比較廣泛，據(jù)我們了解已經(jīng)有幾十個廠礦用了這個技術(shù)，我們非常有信心，相信在中國未來，會大量地進(jìn)行應(yīng)用并且還會進(jìn)一步進(jìn)行研發(fā)，朝著進(jìn)一步降低成本的方向繼續(xù)研發(fā)。

燃煤電廠超低排放在山西的實踐

2013年，國家能源局委托山西省政府核準(zhǔn)低熱值煤發(fā)電項目，這對山西來說既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)，一方面可以消耗堆存和新增的低熱值煤資源，大大減少環(huán)境污染;另一方面，低熱值煤發(fā)電項目的上馬會增加污染物的排放，燃煤機(jī)組超低排放改造成為解決這一矛盾最為有效的途徑。山西是全國綜合性能源基地之一，也是生態(tài)環(huán)境相對脆弱的地區(qū)，一直以來更是將減少排放量擺在重中之重的位置。2014年，為落實國家大氣污染防治行動計劃，山西率先開展了燃煤機(jī)組超低排放改造。

2014年山西電力裝機(jī)6305萬千瓦，其中火電裝機(jī)5240萬千瓦，發(fā)電燃用煤炭排放的二氧化硫、氮氧化物、煙塵三項污染物占全省總排量的40%左右，火電行業(yè)超低排放具有很重要的意義。

依照最低排放標(biāo)準(zhǔn)，對全省現(xiàn)役單機(jī)30萬千瓦及以上、總量約4400萬千瓦的燃煤機(jī)組分三年進(jìn)行環(huán)保改造，每年改造1000萬千瓦以上;對20萬千瓦及以下、總量約800萬千瓦的現(xiàn)役小火電機(jī)組實施關(guān)停淘汰。同時，對未完成改造、達(dá)不到超低排放標(biāo)準(zhǔn)的30萬千瓦及以上燃煤機(jī)組也一律關(guān)停。上述改造或關(guān)停淘汰任務(wù)要在2017年年底前全部完成。

為鼓勵現(xiàn)役機(jī)組盡快實施超低排放改造，省政府用財政預(yù)算資金對一次性改造投資給予10%～30%的資金補助。其中，2015年改造完成的補助是30%，2016年改造完成的補助是20%，2017年改造完成的補助是10%，對達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)的燃煤機(jī)組，積極爭取國家的電價補貼政策，同時由省里每年給予不低于200小時的發(fā)電量獎勵。

瑞光熱電的超低排放工程

山西瑞光熱電有限責(zé)任公司由山西國際能源集團(tuán)（格盟國際）有限公司獨資建設(shè)，是太原、晉中兩市集中供熱主要的熱源點，供熱面積1500萬平方米，替代兩個城市分散采暖小鍋爐316臺，每年節(jié)約標(biāo)煤32萬噸，每年可減排二氧化碳84萬噸、粉塵1428噸、二氧化硫7680噸、氮氧化物2240噸。

瑞光熱電積極響應(yīng)山西省委、省政府實現(xiàn)燃煤機(jī)組“超低排放”號召，2014年10月27日在全省率先實現(xiàn)了1號機(jī)組超低排放，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，通過一個采暖期即5個月大負(fù)荷長時間的運行，其中粉塵小于0.3毫克、二氧化硫小于20毫克、氮氧化物小于20毫克，優(yōu)于燃?xì)廨啓C(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)。2號機(jī)組超低排放于今年7月改造完成，通過了省環(huán)保廳的檢測驗收。

瑞光熱電一號機(jī)超低排放投運后，優(yōu)于燃機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)，大量減少電廠大氣排放指標(biāo)，將進(jìn)一步改善周邊環(huán)境。通過瑞光熱電廠運營之后，我們感覺到燃煤機(jī)組超低排放是完全可以的，同時為城市周邊發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)燃煤機(jī)組提供了環(huán)保空間，對改善大氣環(huán)境和霧霾現(xiàn)象具有重要意義。

本版內(nèi)容由科學(xué)導(dǎo)報記者 翟澤宇整理 劉俊英攝