燃煤電廠超低排放的技術進展及未來展望

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。這個結果在2013年首次在國際期刊上發(fā)表，這是在脫硫塔進行的內試驗研究。脫硫塔排出的煙氣，要進行深度節(jié)水和深度減排。所以我們設計了一套一體化的深度節(jié)水和深度減排的實驗，這個實驗設備叫做凝聚器。通過理論探索和研究，我們認為要實現(xiàn)雙深，即深度節(jié)水和深度減排。其基本機理，就是相變凝聚和熱泳立凝聚。

根據(jù)這些實驗，我們提出了一套標準的一體化工藝原則性總體技術路線。這套技術路線收水率是85%，而國外的收水率是74%。國外的技術在某些方面還停留在實驗室的階段，沒有進入工程試驗的階段。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

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中會產生大量的水，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，會很快地恢復到原有的壓力。我們得到一個結論：二氧化碳封存的風險，只是在植入期。封存以后風險誰來承擔？你要保證風險可控，這個保證期要多長？通過這個結構，它的風險只在植入期，10年后這個風險降的比較低，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。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、電廠等經過壓縮、運輸、進行二氧化碳去硫，整個過程正在形成一個新的工業(yè)鏈。

通過分析，中國的地質構造有空間，可以捕集二氧化碳，封存過程當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，低碳經濟的綜合發(fā)展，可以形成新的產業(yè)鏈，為經濟能源的發(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濟低碳發(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，已經成為制約我國經濟發(fā)展的一個瓶頸。

煤炭作為主要的能源供給現(xiàn)狀，在短期內沒法改變，但是煤炭的利用必須以經濟、健康、環(huán)境共贏為前提，走低碳發(fā)展之路;煤炭資源應加以利用，而不僅僅是能源，煤炭清潔利用不應以“煤化”為主導，應有所為有所不為。只有針對區(qū)域特點和資源稟賦，通過技術創(chuàng)新和產業(yè)鏈的合理構筑，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。

DOE碳捕集及存儲項目進展

對于化石能源的生產，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，都可以進行考慮。它要求我們開發(fā)不同的技術，應用不同的功能學科，包括在燃燒前進行捕集，在氧燃燒的過程當中進行捕集，還有一些關鍵的技術，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先進二氧化碳捕集技術的發(fā)展，同時降低這個技術的成本。

我們也在應用一些新的現(xiàn)代技術、新的工具提供基礎條件來進行二氧化碳的存儲。我們也進行一些支撐研究來應對具體的有關二氧化碳捕集風險。我們還在一些關鍵的研發(fā)領域尋找研發(fā)的路徑，重點技術的研發(fā)路徑，包括地質、存儲、技術領域，同時還要對風險進行評估認定和監(jiān)督。我們還會關注二氧化碳的利用問題，再循環(huán)利用二氧化碳的技術，對其中的化學產生物質各種水泥等半生產品進行處理。

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)流化床技術發(fā)展主要經歷了四個階段，現(xiàn)在進入了一個新的時代，開始進入了煤電市場，最后一個領域就是超臨界時代，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)保排放標準使循環(huán)流化床低成本污染控制的優(yōu)點喪失。應對挑戰(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)保標準的循環(huán)流化床污染控制技術。

最后我們可以得到結論，中國循環(huán)流化床發(fā)電技術已經取得了舉世矚目的成績，未來仍將在火力發(fā)電技術領域占據(jù)重要地位;超臨界、超超臨界的普及和應用是CFB的下一個發(fā)展方向;發(fā)展節(jié)能降低排放技術是維持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構優(yōu)化是床溫控制的保證;氧量優(yōu)化及爐膛內氧氣還原氣體優(yōu)化是手段。這是我們應對國家新環(huán)保標準的技術策略。

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煤省。煤是碳最密集的化石能源，所以在接下來幾分鐘內講講懷俄明州和山西如何應對目前的這個問題，而我會給大家描述這個愿景。

首先是經濟伙伴關系的美好愿景，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，煤炭是可預見的未來，煤炭對產業(yè)經濟來說是不可替代的能源，所以說，我們在這個過程當中，找到高位清潔煤燃燒方式過程意味著一個巨大的挑戰(zhàn)。從廢棄物當中進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系。在可再生能源方面，我們知道風能是不穩(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)電機組來彌補這種不穩(wěn)定性。還有煤層氣，我們也在應用煤層氣來為這些發(fā)電機組提供動力，這樣在沒有自然風的條件下也可以進行發(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，讓大家能夠對彼此的成功有所了解，并有所汲取，能夠建立聯(lián)系，在企業(yè)之間建立聯(lián)系，在其他的組織機構之間建立聯(lián)系，能夠完善互相學習的過程。讓企業(yè)、企業(yè)家之間能夠深化關系，能夠分享彼此的經驗，同時打造一種互信的伙伴關系。

燃煤電廠超低排放的技術展望

為實施超低排放的控制，我們要把各種單向的控制技術綜合起來考慮，相互之間會有協(xié)調效應。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)進行優(yōu)化，對通風設備進行優(yōu)化，使得在正常情況下能夠保持高效運轉。作為一個改造工程，我們在原有的基礎上增加了一些設計，對煙氣超低排放的同時，能耗最低，在保證環(huán)保指標的同時，兼顧經濟效益，非常可靠地達到了標準，二氧化硫和氮氧化物都是十幾二十幾毫克，所以這項技術是非?？煽康?。

我們認為現(xiàn)在火電廠超低排放改造已經被大家所接受，已經制定了相應的超低排放要求，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。

這個技術在全國已經應用得比較廣泛，據(jù)我們了解已經有幾十個廠礦用了這個技術，我們非常有信心，相信在中國未來，會大量地進行應用并且還會進一步進行研發(fā)，朝著進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低熱值煤發(fā)電項目，這對山西來說既是機遇也是挑戰(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組超低排放改造。

2014年山西電力裝機6305萬千瓦，其中火電裝機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。

依照最低排放標準，對全省現(xiàn)役單機30萬千瓦及以上、總量約4400萬千瓦的燃煤機組分三年進行環(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)役小火電機組實施關停淘汰。同時，對未完成改造、達不到超低排放標準的30萬千瓦及以上燃煤機組也一律關停。上述改造或關停淘汰任務要在2017年年底前全部完成。

為鼓勵現(xiàn)役機組盡快實施超低排放改造，省政府用財政預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%，對達到超低排放標準的燃煤機組，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任公司由山西國際能源集團（格盟國際）有限公司獨資建設，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。

瑞光熱電積極響應山西省委、省政府實現(xiàn)燃煤機組“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)于燃氣輪機排放標準。2號機組超低排放于今年7月改造完成，通過了省環(huán)保廳的檢測驗收。

瑞光熱電一號機超低排放投運后，優(yōu)于燃機排放標準，大量減少電廠大氣排放指標，將進一步改善周邊環(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)產燃煤機組提供了環(huán)?？臻g，對改善大氣環(huán)境和霧霾現(xiàn)象具有重要意義。

本版內容由科學導報記者 翟澤宇整理 劉俊英攝