洁 煤 技 术 与 酸 雨 控 制（1989）

武夷山

（发表于《国际科技交流》1989年3期）

最近 ， 美国国会专门讨论了洁煤技术发展的向题 。 酸雨会给环境和 人类健 康造 成很大 危 害 ， 这已成公论 。 而按照 目前的 认识 ， 主要通 过燃煤途径产生的 二氧化硫（SO₂） 和 氮氧化 合物（NO_X）是 导致酸雨的罪 魁 。 现在 ， 新建 一个采 用传统技术的大型燃煤 电厂 约耗资15 亿 美元 ， 其 中环境保护涉及的 费用就要 占36% 以 上 。 因此 ， 洁煤技术理所当然地备受重视 。

一、   传统煤净化技术的缺陷

目前使用的控制SO₂ 的方 法 无 非 是 从 选 煤 、 改换原料煤和烟道 气 清洗三 方面入手 ， 但 它们各自都存在一些 问题 。 选煤过程 只 能 去除20-40%的黄 铁 矿 硫 ， 总 硫分 只能去除10—30% 。 现在 ， 密西西比 河以东 地 区 出产 的煤炭 的约 2/3 经过选煤处 理， 只选择低硫分煤作发电 原料 ， 放弃使用高硫分煤 ， 会导致一 批煤 矿工 人失业 。 烟道气 清洗的 问题 在 于 ， 从 费用和 能源利用效率两方面 看， 它都不很 合算 。 清洗器 的成本可能超过锅炉的 成本 。 采 用清洗器后 ， 发电厂的煤电转化率 可 能降 低5-8% 。

相形之下 ， 新 兴的 洁煤技 术不仅 能大大降 低SO₂ 排放量 ， 还有 可能减少NO_X 的排放量 。

二、新洁煤技术的优势

洁煤技术是一整套技术 ， 包括燃烧前的净 化处理 、 新的燃煤技术 、 燃烧 后的气流处理 ， 也包括将固体煤转化为较 清洁的液 体煤和气体 煤的技术， 还包括一 些改造性 技术（ 指在原设 备的基础上增添一 些新东西 以获得 更 好 的 性 能 ， 而不是完全更换原设 备 ， 例如高级 燃烧 室 、 煤水混合燃烧 、 管道 内注入 人吸着剂 、 再 次 燃烧 、 石灰岩注入多级燃烧炉 ， 等等） 。

在新洁煤技术中， 已崭露头角的是一体化 气化 联 合循环方法和加压气体流化 床 燃烧方法 。 它们有可能获得45-50% 的热 电 转 换 效 率 ， 而传统的煤粉燃烧 发 电方法 只 能获 得36%的转换效率 、 在采 用烟 道气 清洗器 的情况下，IGCC 方法能 去除99% 的SO₂ ， 流化床 燃 烧 法 不仅能去除90-95%的SO₂ ， 还 能 将NO_X 排放 量 减少到比联邦政府的新能源性能标准 规定 的 指标低50% 。采用洁煤技术的一些新型 发 电厂 能采用 任何 品位的煤矿石 ， 在某些情况下 ， 甚 至还 能 以废料 、 木头及其他燃料为原 料 。 洁煤技术的理想 目标 是 ， 根本不产生废料 ， 还 要在 净化过程 中萃取化工 原料 、 燃料 、 战略金属及 其 他 副产 品 。

这些技术 不仅适 用于新建 的 发 电厂 ， 也 适 用于 已有的 发 电厂 。 采 用 洁煤 技术 进 行 改 造 后 ， 老 发 电厂 可增加 发 电量150-170% ， 减 少排放量 ， 延 长 运行 寿命 。 例 如 ， 用 IGCC技术改造现有 燃 煤 锅 炉 ， 可增加 发 电量160-170%， 将 SO₂排 放量降低99% ， 还 能使发 电厂运行 寿命延长30 年 。

三、洁煤技术计划及洁煤技术的潜在经济性

能源部的洁煤技术计划 由研究 与开 发 同示范推广 两部分组 成 。 研究 与开 发部分涉及 难以 短期 见效的 、 高风 险的 基础研究和 应 用研究 。 示范项目的 目的是 获得私营 部门进 行商 业化 决 策时所 必须考虑 的技术方面 、 经 济方面 、 环境 方面等 等的 信息 。 据估计 ， 如果现 时正在进 行 的推广 示范项目获得成 功 ， 那 么 ， 在1995 至2000 年期 间较大规模地商业性 应用洁煤技术应当是不成问题 的 。

洁煤技术计划的第一阶段， 能源部 已就7个项目同一些单位签 订 了合作 协议 ， 联邦政府 将向这些项目初步提 供 2.275亿美元的 资 金 ， 非联邦部门将提 供5.298 亿美元 的资金 。 但是 ， 这些 资助能否 兑现 ， 目前还不 能充分保证 。

洁煤技术的经济性，现在还 无法作 出精确估计。 总 的说来 ，洁煤技术在生命周期内的总 成本可能会低于传统技术 。 例如 ， 安有烟道气 清洗器 、 有效输出功率为1000 兆瓦的燃煤 电厂 的发 电成本一般估计为每 千瓦 美元 ， 而加 州 地方的一个示范项 目采用 了 技 术 ， 其发 电成本估计为每千瓦1300 至1500 美 元 。 有人估计 ， 商业化以后 ， 采 用热气净化的 高级IGCC 系统的成本可降低至每千 瓦1000 美 元 。 与现有技术相 比 ，以洁煤技术为基础的发 电厂的基建成本可望节省10-80%， 年度运行 费用可望节省20-30%。

今后20 年 ， 美国至 少还 要增加 15万兆瓦的 燃煤 发电能 力（ 这个数字超过 目前 日本 、 西德 与英国发 电能 力的总 和） 。 那 么 ，若采用洁煤技术， 仅 美国全 国发 电设施基建成本的节约量 就可 超 过 600亿美元 。

四 、 美国电力工业公司的努力

设在加州帕路阿尔托的电力研究所是热衷于洁煤技术研究的公司之一。 该公司和其他电力公司已在洁煤技术上投资10亿多美元， 它们 打算至 少再 投入20 亿美元 以推动其 商 业 性 应 用 。

现在 ， 电力研究所等公 司在近20 州 中进行着各种洁煤技术开 发工作 ， 俄亥俄州和 伊利诺州的项 目最 多 。

五、美国洁煤技术发展面临的政策问题

第一 ， 由于 美国 电力工业受 到较 严的政 府 管制 ， 电力公司一般不愿 冒风险采 用新技术 。 因此 ， 需要采取各种措施鼓励更 多的 电力公司 采用洁煤技术 ， 分担风 险 。

第二 ， 如果在近期 内制 定酸雨控制 法 ， 实施严格得多的排放标准 ， 那 么 ， 对尚处于研制或示范阶段的各种洁煤技术势必形成 扼杀之势 。 因此 ， 很 多人提议暂缓有关酸雨控制的立法，给洁煤技术一定的发展时间。一旦洁煤技术发展成熟，它本身就 将是杜绝酸雨源的极好 手段 。

不 过 ，也有人反对发展洁煤技术。 第一种 人认 为减轻酸雨危 害是头等 大 事 。 在 他 们 看 来 ，既然洁煤技术尚未成熟， 谁也不能 保证它 今后一定能大大 降低 排放量 ， 因 此 ， 应尽 快制 定酸雨控制 法 ， 尽早实施 更 严格 的排放标 准 。 第二种人主要来自从事烟道气 清洗器制造 的公 司 ， 他们认 为烟道气清洗技 术已 经够好 的 了 ， 不必再 劳民伤财去搞 什么新洁煤技术。