1．中国发展洁净煤技术的迫切性

1.1中国煤炭的主要特点及燃煤发电对环境的影响



中国煤炭资源丰富，是世界上最大的煤炭生产国和消费国，也是世界上少数几个以煤炭为主要一次能源的国家之一。



中国已探明的煤炭保有储量为1万亿吨（1Tt），占一次能源的90以上。其中烟煤占75，无烟煤占12，褐煤占13。煤炭在一次能源的生产与消费中的比例会长期保持在75的水平上，而且这一比重在将来的30~50年内不会有大的变化。



中国电力工业已有100多年的历史，近20年得到飞速的发展，到1998年底全国装机容量达到了277GW，年发电量超过了1157.6TWh,预计到2000年装机容量达到290GW。经过近20年的努力，我们解决了电力这个制约国民经济发展的瓶颈的矛盾，电力供需基本平衡，部分地区还出现了供过于求的局面。但是目前我国人均用电水平还很低，人均装机容量仅为0.2KW，用电仅约为1000KW，与发达国家相比还有很大的差距。我们相信随着国家经济结构调整的顺利实施，随着国家经济的发展，我国电力仍然会大力发展。



由于煤炭在一次能源结构中的主导地位，决定了电力生产中以煤电为主的格局。在中国电力工业中，自1990年以来，火电机组装机容量保持在75左右，水电约为24，核电约占1。火电机组的发电量占总发量的80以上，其中燃煤电站占总发电量的76，所消耗的煤炭占煤炭总产量的34。预计发电用煤占煤炭总产量的比例会逐年上升，到2000年中国发电用煤将上升至38，至2010年煤炭总产量的44以上将用于发电。



根据成煤条件，中国煤炭的特点是高硫、高灰分且难洗选煤的比重较大，灰分小于15的煤约占40，原煤的平均灰分含量为28左右。硫分小于1的低硫煤约占56.4左右，约8.2的原煤含硫量高于2，35.4的原煤含硫量在1~2;且随着煤矿开采深度的增加，原煤中的含硫量会大幅度增加。



从1980年到1996年，火电机组容量增加3.9倍，而烟尘排放量基本持平，1980年为399万吨，1996年为370万吨。



SO2排放量随装机容量的增长呈上升的趋势。1996年中国工业部门SO2排放量为1946万吨，电力工业SO2的排放量约占35％。

电站锅炉氮氧化物，主要采用低Nox燃烧方式，氮氧化物的排放总量得到一定的控制。
火电厂冲灰水是燃煤电厂中排量最大、污染物超标最严重的废水，1996年原电力部所属火电厂冲灰水排放量达到82689万吨。

火电厂灰渣排放量随着装机容量的增加而大幅增加，传统的处置方式是“以贮为主、贮用结合”，灰场占地的问题日益突出，造成有少量灰渣排入江河，污染水源的现象。电力部门加大了治理的力度，到1995年底原电力部所属火电厂已彻底解决了向江河排灰的问题。
由于我国是一个以煤为主要一次能源的国家,在今后较长时期内,电力工业中以煤炭为主的能源结构不会改变,更不可能减少煤炭的消耗量。目前中国煤炭的转化利用率较低，煤炭的开发和利用已成为我国环境污染物排放的主要来源，因此中国的能源发展面临着严峻的环境的挑战。为了促进能源与环境协调发展，研究和发展清洁煤发电技术以提高燃煤火电厂的热效率是减少污染物排放最有效的措施之一；也是中国以煤为主的能源生产和消费结构下解决环境污染问题的一个必然选择。
我国政府已正式提出对大气污染物进行有效地控制，并致力于发展洁净煤发电技术。在“九五”计划期间,我国政府计划实施先进的洁净煤发电技术示范工程，采用技贸结合的方式引进设备和设计制造技术，为在中国进一步广泛应用清洁煤发电技术奠定基础。

1.2新的电力政策
中国现阶段电力建设的基本方针是,实行能源开发与节约并重的原则,并将节约能源放在优先的地位。优化火电结构,优先发展水电,适当发展核电,因地制宜积极发展新能源发电，同步发展电网，这样对火电的发展就提出了更高的要求。在国家的统一指导下，我们正在积极进行电力结构调整，决定将公司系统50MW及以下凝汽机组关停实现时间从2005年提前到2004年，在2000年底前，从原计划的停运6810MW，增加到7740MW。国家电力公司决定三年内不开工建设300MW及以下的常规火电机组，重点发展高参数大容量机组，要积极采用超临界、超超临界机组，大力推广利用洁净煤发电技术，减少SO2、NOx、CO2和粉尘的排放，在沿海和一些需要的地区适当地发展燃油、燃气的联合循环机组，一方面是改善环境，另一方面也是为了增加电网的调峰能力，积极推广热电联供技术，提高能源利用率。

2．常规火电机组中洁净煤技术的应用

随着国家对环保要求的不断提高，对火电厂的污染物排放控制就更加严格。1997年国家修订了火电厂大气污染物的排放标准，增加了对SO2的排放浓度限制和提出了Nox浓度限制。在1998年又进一步对SO2污染控制区和酸雨控制区提出了更加严格的限制，要求2000年达标排放，并实行总量控制；禁止在大中型城市区域及近郊新建燃煤电厂；新建、改造燃煤含硫量大于1的电厂必须建设脱硫设施；2000年前现有燃煤含硫量大于1的电厂要求减排，2010年前分批建成脱硫设施或采取其它减排措施。

2．1常规火电机组脱硫

电力部门从70年代开始研究二氧化硫控制问题；80年代中期，加大了脱硫试验的研究力度，80年代末完成了四川白马电厂处理烟气量7×104m3/h的旋转喷雾脱硫的中间试验，90年代建成了四川珞璜电厂2×360MW全容量FGD脱硫装置；山东黄岛电厂210MW机组处理烟气量30×104m3/h旋转喷雾脱硫装置；山西太原第一热电厂处理烟气量60×104m3/h简易湿法脱硫装置，四川成都热电厂处理烟气量30×104m3/h电子束法脱硫装置。



正在建设的脱硫装置有珞璜二期2×360MW全容量FGD脱硫装置，深圳西部电厂300MW机组海水脱硫装置，南京下关电厂125MW机组炉内喷钙脱硫装置以及重庆电厂二台200MW机组、杭州半山电厂二台125MW机组、北京第一热电厂二台100MW机组、扬州电厂200MW机组、太原第二热电厂200MW机组等正在实施脱硫工程的改造。



当前电厂脱硫的原则是：

对300MW及以上的新装机组，以采用湿法（石灰石—石膏法）FGD为主。

对300MW以下的中型机组，可采用价格比较便宜的脱硫方式，如旋转喷雾脱硫、炉内喷钙脱硫、尾部烟气循环流化床脱硫等。

对中小型老机组实施简易的脱硫改造。

对沿海地区的电厂能否大规模使用海水脱硫技术，仍在论证之中。

2.2低NOx燃烧技术
电力系统从80年代初就开始进行通过燃烧措施控制NOX的研究，90年代初对中国主要的炉型烟气中的NOX排放量进行普查，为制定中国的NOX排放标准提供了依据。目前国家电力公司正在开展300MW及以上容量的机组在燃用不同煤种及不同燃烧方式下的NOX生成与排放性能的测试调研与评价分析。降低NOX排放主要在燃烧器和燃烧过程中做工作。

分级燃烧方式，最先在50MW机组上进行了试验，新投产的300、600MW机组的燃烧器也具有分级燃烧功能，可降低NOX的排放量约20-30。

新型燃烧器的设计、如多功能船形体煤粉燃烧器、钝体燃烧器、浓淡型燃烧器，都用于四角切园燃烧，研究的重点是稳定燃烧，但也具有一定的降低NOX生成的功能。

新型低NOX园型旋流燃烧器，可以降低NOX的生成量达到50以上，这种燃烧器用于前后墙燃烧，目前已在北京高井电站100MW机组进行整台锅炉改造的试验。

烟气脱硝装置具有较高的脱硝效率，但价格昂贵，可能在2000年后推广，目前只是开展前期的研究工作。

2.3除尘



中国新建的200MW及以上的火电机组全部采用电除尘器，全国平均除尘效率为96，要使2000年烟尘排放量控制在1992年的水平，即全国火电厂平均除尘效率要求达到97.5。主要措施是：



减少入炉煤的灰份含量，在五年内有可能下降3-5个百分点；

大力推广采用高效电除尘器，除尘效率达99以上。

加速对中、低效除尘器的改造，这类除尘器从容量上来说占20，而排放的烟尘却占火电厂烟尘排放总量的50以上。

3.先进的洁净煤发电技术的研究与示范工程



3.1循环流化床燃烧技术



循环流化床燃烧试验台研究

国家电站锅炉清洁煤燃烧工程研究中心（设在国家电力公司热工研究院内）于90年代初期建立了一系列CFBC试验台，相继开展了CFBC系统关键技术及燃烧、脱硫特性的试验研究，取得了对大中型CFBC锅炉设计和运行具有指导意义的试验结果。



1991年建成一台小型CFB燃烧试验台，该试验台燃烧室直径为Æ99mm，高度9m。在该试验台上主要开展了燃烧效率测定、脱硫效率测定、沿床高的温度分布及压力分布、炉内燃烧过程及燃料与脱硫剂特性的试验研究工作。先后已进行了5种煤及3种石灰石的燃烧及脱硫特性试验，并为4个工程项目提供了设计依据。



1993年建成了一座大型热态CFBC试验台。该试验台热功率为1MWt，燃烧室截面为351×351mm，燃烧室高度为23m。炉膛高度与大型CFBC锅炉的燃烧室接近，因此试验结果能够真实反应工程实际情况。该试验台装备了较齐全的辅机系统及测量与控制系统,可对各种不同的燃料、脱硫剂的燃烧特性、传热、脱硫及CFBC关键部件技术等进行试验研究。已对4种煤种、5种石灰石进行了试验，为相关工程项目的设计和设备运行提供了重要的技术依据和指导性意见，并为中国发展CFBC锅炉技术提供了必要的试验研究手段。近几年来，在循环流化床试验台研究的基础上，中国在CFBC锅炉大型化方面有了一定的进展。



中国早于60年代中期就开始研制鼓泡流化床锅炉，现拥有世界上最多的小型AFBC锅炉，至今已有3000余台小型AFBC锅炉投入运行。循环流化床燃烧技术的研究起步较晚，正在逐步从实验室研究走向工业性试验，自第一台蒸发量为35t/h的小型CFBC电站锅炉于1989年投运以来，至今已有300台以上蒸发量为35t/h~75t/h的小型CFBC锅炉在全国范围内投入运行。



目前在建和建成的220t/h（配50MW机组）CFBC锅炉已超过10台，引进的100MWCFBC锅炉装于四川内江高坝电厂，已于1996年4月投入运行。在国家的支持下，我们组织了国家电力公司系统的技术力量在内江进行了多年的消化研究工作，积累了丰富的运行经验。为建设大容量的CFBC示范工程做好了技术储备。



300MWCFBC发电技术示范工程项目

国家电力公司计划2000年前在四川白马电厂开始建设一座300MW的CFBC示范机组。这台锅炉将燃用高硫、高灰分、低熔点的无烟煤，有效地解决该煤种在常规燃烧方式下燃烧效率低及污染物排放高、易结渣等问题。为此项目我们也组织开展了在我国建立300MWCFBC锅炉示范电站的技术可行性研究。该项目将采用技贸结合的方式引进设备和设计制造技术，国际上几大公司已响应了项目合作意见征询书，目前正在选择项目合作伙伴。



3.2增压流化床（PFBC）燃烧技术



增压流化床（PFBC）燃烧试验台研究

我国自1981年开始进行PFBC技术的实验室研究，早期的研究在东南大学，1984年建成了热输入功率为1MWt的PFBC试验装置。目前已进行了长达700多小时的性能试验研究，成功地解决了压力下加料及排渣两项关键技术，保证了增压流化床的正常操作运行,分别对高灰烟煤（含灰量57.6）及中等含硫煤进行了试验，燃烧效率为97~99，脱硫效率为80~89（Ca/S比1.3~1.8），高温除尘系统达到了很好的指标，取得了有关传热、燃烧、脱硫及高温除尘的基本数据和经验。



“八五”期间开始建造一座PFBC-CC中试电站，以加速PFBC发电技术的发展。该中试电站建在江苏省贾汪电厂，输出发电功率为15MWe，其中利用了12Mwe原有的汽轮机组，又新建了一台3Mwe燃气轮机组，组成联合循环。锅炉为一台蒸发量为60t/h的增压流化床。



该项目已完成工程设备安装，即将开始整组启动调试。通过调试与运行，将取得PFBC-CC电站设计运行方面的基本数据和经验，掌握PFBC系统的关键技术，为将来发展大容量PFBC电站奠定基础。



PFBC试验电站

国家电力公司计划在大连和江苏贾汪分别建造一座100MW容量等级的PFBC试验电站，每个试验电站将采用2台P200型增压流化床锅炉,与机械制造部门联合通过技贸结合方式引进设备和技术，该项目正处于项目谈判阶段。



3.3整体煤气化联合循环（IGCC）发电技术



IGCC发电系统研究

IGCC发电技术由于具有高效低污染等优点而被认为是下一世纪最具有发展前景的一种先进的洁净煤发电技术。中国于1994年成立了由三部委组成的国家IGCC示范项目领导小组，组织有关单位开展并完成了IGCC示范电站技术的可行性研究及工程预可行性研究，提出了中国发展IGCC示范电站的容量等级，对IGCC系统中的主要工艺过程--煤气化工艺、煤气净化工艺、空分系统、燃气轮机系统、余热锅炉与蒸汽轮机等主要工艺系统等进行了技术经济分析评估，基本上掌握了各工艺过程的运行特性。



目前在科技部的支持下，我们正在进行IGCC下述关键技术的研究，为示范电站进口设备和系统的选型提供技术依据和支持，进一步消化吸收国外先进技术和成熟的商业运行经验，为今后在中国发展IGCC技术和国产化作技术准备。



IGCC发电系统总体特性及运行、自控技术的研究，包括IGCC发电机组热力系统、全厂经济性分析、启动运行方式等，提出IGCC热力性能计算和分析方法。



气化炉工程化关键技术的研究，包括干法气化中煤粉的加压干粉进料技术、余热锅炉的结构及材料、气流床气化炉结构参数和工艺的数学模型以及气化岛系统工艺及设备优选等研究。



高温煤气除尘脱硫技术的研究与开发，煤气净化技术的研究，全面了解世界上低温净化的方式，选择适合于中国的技术方案，同时也开展了高温煤气除尘脱硫技术的研究与开发，为今后采用高温净化方式作技术储备。



燃气轮机的研究，包括世界上先进的燃气轮机技术发展趋势，IGCC电站燃气轮机选型原则和技术规范，以及细微颗粒在叶片通道沉积特性及防治措施。



IGCC示范电站工程

为在21世纪推广运用先进的IGCC发电技术，决定建设一座具有一定规模的IGCC示范电站。1994-1995年完成了工程前期的技术可行性研究，对IGCC技术的发展前景进行预测，并对CFBC、PFPC-CC，超临界机组与IGCC作了比较。



1996~1997年完成了北京IGCC工程与山东烟台IGCC工程的预可行性研究，这两个地区都具备建立IGCC示范工程的条件，国家电力公司决定先上山东烟台的IGCC项目，并已将项目建议书报国家发展计划委员会。



1997~1999年对电站系统的选择，主要设备的性能进行了研究和调查，对全世界已建成的5座IGCC示范电站进行了考察，重点对Texaco、Destec、Shell和Krupp四种气化炉及GE、SIEMENS的燃气轮机作了深入的调查，为下一步选择技术合作伙伴打下了基础。



4．结束语


中国作为世界上最大的煤炭生产国和消费国，如何进一步提高煤炭利用和转化效率，减少环境污染，促进国民经济和社会的可持续发展，是中国的一项基本国策。为了使能源工业适应国民经济的需求，国家电力公司已积极致力于洁净煤发电技术的开发和推广应用，目前已全面开展SO2、NOx和粉尘的治理并着手实施先进的CFBC，PFBC和IGCC发电技术示范工程项目。



欧、美国家政府给予了洁净煤项目许多的优惠政策，我们国家有关政府部门正在研究对洁净煤项目的相应的支持政策问题，随着优惠政策的落实，必将促进我国洁净煤项目的发展。



国家电力公司愿意进一步在能源与环境领域加强与国内各行业的合作与交流。按照目前的规划，300MWCFBC锅炉和300或400MW等级的IGCC电站将是世界上最大的同类型机组，如果说这些是中国的示范机组，不如说是世界性的示范机组，国家电力公司愿为推进全世界的洁净煤技术发展作出贡献。