燃煤烟气超低排放技术开发及标准探讨

燃煤烟气超低排放技术开发燃煤烟气超低排放技术开发 及标准探讨及标准探讨 1 目目 录录 u 课题背景课题背景 u 燃煤烟气超低排放技术探讨燃煤烟气超低排放技术探讨 u 高效气相烟气脱硫脱硝技术高效气相烟气脱硫脱硝技术 u 化石燃料环境友好工业路线开发化石燃料环境友好工业路线开发 u 总结总结 2 u 课题背景课题背景 我国大面积发生的大气雾霾已成民生之患、民我国大面积发生的大气雾霾已成民生之患、民 心之痛，要铁腕治理。心之痛，要铁腕治理。 雾霾形成的根本原因是雾霾形成的根本原因是 废气污染物排放量巨大废气污染物排放量巨大 ，因此，应该大幅度减少污染物排放是实现我国环境，因此，应该大幅度减少污染物排放是实现我国环境 空气质量明显改善的重点措施。空气质量明显改善的重点措施。 3 近年来近年来 ，燃煤，燃煤 电电 厂厂 环环 保投入保投入 资资 金数以千金数以千 亿计亿计 ，几，几 乎乎 100%都装了脱硫都装了脱硫 、 脱硝脱硝 和除和除 尘尘 装置装置 。并且根据有关部。并且根据有关部 门门 提供的排放物指提供的排放物指 标检测标检测 数据，数据， 污污 染物的量染物的量 确确 实实 在下降在下降 ，但，但 为为 什么什么 总总 体来看，体来看， 雾雾 霾依旧越来越霾依旧越来越 严严 重重 ?是哪里出是哪里出 了了 问题问题 ? 近期全国正在近期全国正在 进进 行燃煤散行燃煤散 烧烧 的治理，效果有待的治理，效果有待 观观 察察 。 u 课题背景课题背景 4 全世界每年向大气中排放全世界每年向大气中排放 CO2 320亿吨以上，中亿吨以上，中 国每年排放大约国每年排放大约 100亿吨。亿吨。 其中约其中约 20亿吨被海洋吸收，陆地生态系统吸收亿吨被海洋吸收，陆地生态系统吸收 7亿亿 吨左右；人工利用量不足吨左右；人工利用量不足 10亿吨。亿吨。 显然，显然， CO2排放量已经远远超过了大自然自身平衡排放量已经远远超过了大自然自身平衡 的能力，降低化石燃料利用过程中的的能力，降低化石燃料利用过程中的 CO2排放，进而降排放，进而降 低大气中的低大气中的 CO2浓度已成为全球面临的重大挑战。浓度已成为全球面临的重大挑战。 u 课题背景课题背景 5 u燃煤烟气超低排放技术探讨燃煤烟气超低排放技术探讨 挖掘已有技挖掘已有技 术术 和和 设备设备 潜力、潜力、 辅辅 机改机改 造、系造、系 统优统优 化化 超低超低 排放排放 设备扩设备扩 容、增加新容、增加新 设备设备 优优 化煤化煤 质质 ： 热值热值 高、灰分少、高、灰分少、 硫分低硫分低 1.技术分析技术分析 没有创新性、革命性的技术出现没有创新性、革命性的技术出现 机机 组组 改改 造造 难难 度度 大大 6 2. 效益分析效益分析 u 减排量： 实际减排的总绝对量不大； u 环境质量分析 ：因减排的总的绝对量不大，超低排 放对环境质量影响的分担率要远远小于排放量的分担率 ，对环境质量改善的作用相对较小； u CO2排放： 预计每年因超低排放改造，仅脱硫脱硝两 项 增加 CO2排放约 2380万吨（未考虑改造用的钢材、催 化剂等生产及物料运输过程的 CO2排放）。 u燃煤烟气超低排放技术探讨燃煤烟气超低排放技术探讨 7 3. 经济分析经济分析 1）单位发电量增加成本）单位发电量增加成本 按按 20年运行周期，在现有环保电价基础上，实现超低排放年运行周期，在现有环保电价基础上，实现超低排放 机组机组 （ MW） 单位发电量增加成本单位发电量增加成本 （分（分 /KWh） 300 1.47 600 1.08 1000 0.82 虽然从虽然从 2016.1.1起，超低排放电价补贴起，超低排放电价补贴 1分分 /KWh。但。但 由于补偿标准将逐年降低，从长远看，不断提高的环保成本由于补偿标准将逐年降低，从长远看，不断提高的环保成本 将有业主承担。将有业主承担。 u燃煤烟气超低排放技术探讨燃煤烟气超低排放技术探讨 8 3. 经济分析经济分析 2）单位污染物控制成本）单位污染物控制成本 SO2 NOX 备注备注 全社会平均成本（全社会平均成本（ 元元 /kg） 1.26 按指定排污收费标准测算按指定排污收费标准测算 北京（元北京（元 /kg） 10 天津（元天津（元 /kg） 6.3 8.5 SO2：超低排放削减增量的成本是改造前成本的近：超低排放削减增量的成本是改造前成本的近 20倍倍 烟尘：湿式电除尘器控制成本是前端除尘器控制成本的千倍烟尘：湿式电除尘器控制成本是前端除尘器控制成本的千倍 u燃煤烟气超低排放技术探讨燃煤烟气超低排放技术探讨 9 u燃煤烟气超低排放技术探讨燃煤烟气超低排放技术探讨 依法性问题依法性问题 ： 缺乏法律方面保障；一些技术性问题尚未缺乏法律方面保障；一些技术性问题尚未 清楚（如氨逃逸、清楚（如氨逃逸、 SO3产生量增加、废弃催化剂处理）产生量增加、废弃催化剂处理） 监管问题监管问题 ： 监测方法（低浓度监测的精准性）监测方法（低浓度监测的精准性） 技术层面问题技术层面问题 ： 无技术创新无技术创新 超低排放与其他方面的协调性问题超低排放与其他方面的协调性问题 ： 如何统筹超低排如何统筹超低排 放与节能、减碳、节水以及其它常规污染物控制间的关系放与节能、减碳、节水以及其它常规污染物控制间的关系 经济型问题经济型问题 ： 改造成本高，尤其是现有机组的超低改造改造成本高，尤其是现有机组的超低改造 10 u 燃煤烟气超低排放技术探讨燃煤烟气超低排放技术探讨 开展超低排放综合效果的系统研究与评估开展超低排放综合效果的系统研究与评估 适时修订适时修订 火电厂大气污染物排放标准火电厂大气污染物排放标准 有序推进超低排放改造有序推进超低排放改造 提前部署超低排放技术研发提前部署超低排放技术研发 11 GB13223-2011大气污染物大气污染物 排放标准（最严格排放标准）排放标准（最严格排放标准） 大气污染物超低排放标准大气污染物超低排放标准 燃煤锅炉（重点地区）燃煤锅炉（重点地区） 烟尘烟尘 20mg/m3 SO2 50mg/m3 NOX(以以 NO2计计 ) 100mg/m3 汞及其化合物汞及其化合物 0.03mg/m3 燃煤机组（重点地区）燃煤机组（重点地区） 烟尘烟尘 5mg/m3 SO2 35mg/m3 NOX(以以 NO2计计 ) 50mg/m3 u燃煤烟气污染物排放标准燃煤烟气污染物排放标准 12 大气污染物排放标准制定大气污染物排放标准制定 的的 初衷并非是治理雾霾，初衷并非是治理雾霾， 而是治理环境空气质而是治理环境空气质 量量 标准中限定的三种常规污染物标准中限定的三种常规污染物 烟尘、二氧化硫烟尘、二氧化硫 和和 氮氧化物，氮氧化物， 它们是雾霾污染物的主它们是雾霾污染物的主 要成分，要成分， 与雾霾关系密切。从总体与雾霾关系密切。从总体 来来 看，看， 燃煤电燃煤电 厂烟尘厂烟尘 、二氧化硫、氮氧化物三种常规污染物、二氧化硫、氮氧化物三种常规污染物 的的 排放已不是影排放已不是影 响环境质量和雾霾形成的主要原因。响环境质量和雾霾形成的主要原因。 u燃煤烟气污染物排放标准燃煤烟气污染物排放标准 13 国内正在开发的超低排放工艺流程图如下：国内正在开发的超低排放工艺流程图如下： 国内正在开发的超低排放工艺流程示意图国内正在开发的超低排放工艺流程示意图 u 烟气污染物超低排放技术探讨烟气污染物超低排放技术探讨 14 石灰石石灰石 -石膏法脱硫数据表石膏法脱硫数据表 机组机组 2300MW 年运行年运行 时间时间 /h 6000 耗水量耗水量 /kt年年 -1 825 耗耗 电电 量量 /MWh年年 -1 37500 CO2排放量排放量 /SO2 0.72 石膏堆砌量石膏堆砌量 /SO2 2.7 现有超低排放技术的湿法脱硫数据如下表：现有超低排放技术的湿法脱硫数据如下表： u 烟气污染物超低排放技术探讨烟气污染物超低排放技术探讨 15 湿法脱硫方法存在的主要问题如下：湿法脱硫方法存在的主要问题如下： （ 1）固定资产投资大：）固定资产投资大： 湿法脱硫装置固定资产投资大湿法脱硫装置固定资产投资大 ； （ 2）运行费用高：）运行费用高： 从上表可知，从上表可知， 2300MW的机组的年的机组的年 耗电量高达耗电量高达 37500 MWh，相当于燃烧，相当于燃烧 4614吨标准煤。吨标准煤。 （ 3）耗水量大）耗水量大 ：年运行：年运行 6000小时年水耗近小时年水耗近 82.5万吨水万吨水 ，每小时消耗，每小时消耗 137.5吨水，也就是向大气中排放大量的废气吨水，也就是向大气中排放大量的废气 。 （ 4）脱硫废水难于处理，脱硫产物石膏难以有效利用）脱硫废水难于处理，脱硫产物石膏难以有效利用 ，作为固体废物堆埋，浪费大量的硫资源。，作为固体废物堆埋，浪费大量的硫资源。 u 烟气污染物超低排放技术探讨烟气污染物超低排放技术探讨 16 u烟气污染物超低排放技术探讨烟气污染物超低排放技术探讨 湿法脱硫之后加装的 湿式电除尘虽然能够去除烟气中 的部分石膏颗粒，但存在下述问题： （ 1）增加 了 湿烟气中的水雾含量， 使 烟囱冒 “白烟 ” 的现象 更加严重 ； （ 2）设备运行能耗 (含阻力能耗 )增大 约 1000-1200kw ； （ 3）相比减排效果，湿电除尘器的运行成本过高（ 超过 1500元 /h）。 以 260万千瓦机 组 除 尘 改造 为 例， 仅设备 投 资约 7000万元或更高，年运行 费 用增加 500万元以上。 17 燃煤 电 厂 锅 炉 超低排放技 术 中 90%以上采用 湿法脱 硫，脱硫之后的烟气温度在 30-50 ， 湿度在 100200g/Nm3， 而我国大气的平均湿度 仅为 9g/Nm3， 锅 炉湿法脱硫排烟湿度 为 大气平均湿度的 10倍以上 。 总 量上看，按燃 烧 1吨煤 ， 湿法脱硫烟气 带 出 1吨水 汽 估算，我国燃煤 锅 炉烟气湿法脱硫每年向大气排放 近 40亿 吨的水 汽 。 u烟气污染物超低排放技术探讨烟气污染物超低排放技术探讨 18 u烟气污染物超低排放技术探讨烟气污染物超低排放技术探讨 在现有超低排放技术中，湿法脱硫烟气中水汽在现有超低排放技术中，湿法脱硫烟气中水汽 的排放量是二氧化硫排放量的的排放量是二氧化硫排放量的 28005600倍，倍， 因此，因此， 超低排放标准中超低排放标准中 SO2等排放指标是否能等排放指标是否能 够真正代表燃煤烟气污染物的排放量值得商榷？够真正代表燃煤烟气污染物的排放量值得商榷？ （ 100200/0.035=28005600） 19 在室内在室内 加湿器加湿器 中中 分别分别 加入加入 纯净水、矿泉水和自来纯净水、矿泉水和自来 水，监测空气污染情况，实验结果水，监测空气污染情况，实验结果 如下如下 ： 纯净水，纯净水， PM2.5值，值， 20微微 克克 /米米 3 矿泉水，矿泉水， PM2.5值，值， 30微微 克克 /米米 3 自来水，自来水， PM2.5值，值， 340微微 克克 /米米 3 空气质量参考指数标准：空气质量参考指数标准： PM2.5值，值， 0 50微微 克克 /米米 3 ，空气质量一级，空气质量一级 PM2.5值，值， 51 100微微 克克 /米米 3 ，空气质量二级，空气质量二级 PM2.5值，大于值，大于 300微微 克克 /米米 3 ，重度污染，重度污染 u烟气污染物超低排放技术探讨烟气污染物超低排放技术探讨 20 在家庭房在家庭房 间间 中使用添加自来水的加湿器，中使用添加自来水的加湿器， 3岁岁 儿童咳儿童咳 嗽不嗽不 仅仅 没有改善，反而愈加没有改善，反而愈加 严严 重，咳嗽持重，咳嗽持 续续 半个月，到半个月，到 医院医院 检查检查 ，被医生，被医生 诊诊 断断 为为 “加湿器肺炎加湿器肺炎 ”。 燃煤烟气湿法脱硫过程与使用加湿器相似，显然脱燃煤烟气湿法脱硫过程与使用加湿器相似，显然脱 硫液中的成分更加复杂，烟气中的水汽成分也比自来水硫液中的成分更加复杂，烟气中的水汽成分也比自来水 更加复杂，虽然利用湿法电除尘除去一部分较大的颗粒更加复杂，虽然利用湿法电除尘除去一部分较大的颗粒 物，但对于较小的颗粒及水溶性物质无能为力。因此，物，但对于较小的颗粒及水溶性物质无能为力。因此， 湿法脱硫烟气中水汽带来的空气污染（湿法脱硫烟气中水汽带来的空气污染（ PM2.5、 PM10）应该引起人们的高度重视。）应该引起人们的高度重视。 u烟气污染物超低排放技术探讨烟气污染物超低排放技术探讨 21 u 高效气相烟气脱硫脱硝技术高效气相烟气脱硫脱硝技术 针对现有脱硫脱硝方法及超低排放技术存在的针对现有脱硫脱硝方法及超低排放技术存在的 缺点，我们开发了一种固定资产投资少、运行维护成缺点，我们开发了一种固定资产投资少、运行维护成 本低、能耗水耗少、产物可资源利用的高效气相烟气本低、能耗水耗少、产物可资源利用的高效气相烟气 脱硫脱硝超低排放技术。脱硫脱硝超低排放技术。 该技术可以克服现有超低排放技术固定资产投资该技术可以克服现有超低排放技术固定资产投资 高、运行维护费用高、废气排放量大、操作复杂等问高、运行维护费用高、废气排放量大、操作复杂等问 题。题。 22 工艺路线如下图所示：工艺路线如下图所示： 图图 . 高效气相脱硫脱硝超低排放新技术示意图高效气相脱硫脱硝超低排放新技术示意图 u 高效气相烟气脱硫脱硝技术高效气相烟气脱硫脱硝技术 23 图 . 220t/h循 环 流 化床 锅 炉脱硝 结 果 高效气相烟气脱硝技术在电厂的应用高效气相烟气脱硝技术在电厂的应用 u 高效气相烟气脱硫脱硝技术高效气相烟气脱硫脱硝技术 24 高效气相烟气脱硫技术已在电厂进行了现场试验高效气相烟气脱硫技术已在电厂进行了现场试验 ，锅炉类型为，锅炉类型为 170t/h煤粉炉，烟气量为煤粉炉，烟气量为 3105 Nm3/h。 图图 . 高效气相脱硫技术在电厂的脱硫结果高效气相脱硫技术在电厂的脱硫结果 u 高效气相烟气脱硫脱硝技术高效气相烟气脱硫脱硝技术 25 从上述结果得出，高效气相脱硫剂将烟气中的从上述结果得出，高效气相脱硫剂将烟气中的 SO2从从 4000 mg/Nm3脱除至脱除至 35 mg/Nm3以下，脱以下，脱 除率高达除率高达 99.1%以上，能够满足环保部对以上，能够满足环保部对 SO2控制在控制在 50 mg/Nm3以下的超低排放要求。以下的超低排放要求。 u 高效气相烟气脱硫脱硝技术高效气相烟气脱硫脱硝技术 高效气相烟气脱硫技术高效气相烟气脱硫技术 26 高效气相烟气脱硫脱硝技术特点高效气相烟气脱硫脱硝技术特点 （ 1）脱硫脱硝除尘设备投资大幅度降低）脱硫脱硝除尘设备投资大幅度降低 与国内正在开发的脱硫脱硝超低排放装置相比，固与国内正在开发的脱硫脱硝超低排放装置相比，固 定资产投入可降低定资产投入可降低 80%以上；以上； （ 2）运行能耗大为降低）运行能耗大为降低 该技术不需要大量脱硫浆液的循环，使烟气沿程阻该技术不需要大量脱硫浆液的循环，使烟气沿程阻 力大为降低，从而使烟气处理系统的能耗大为降低；力大为降低，从而使烟气处理系统的能耗大为降低； （ 3）运行水耗几乎为零）运行水耗几乎为零 不向烟气处理系统中加水，使烟气带出的水量大为不向烟气处理系统中加水，使烟气带出的水量大为 降低，形成雾霾的可能性也大为降低。降低，形成雾霾的可能性也大为降低。 27 （ 4）脱硫脱硝除尘效率高）脱硫脱硝除尘效率高 脱硫脱硝效率高，脱硫脱硝效率高， SO2排放浓度小于排放浓度小于 35mg/Nm3、 NOx 小于小于 50mg/m3。 （ 5）烟气处理系统安全性高）烟气处理系统安全性高 该技术使用的脱硫剂和脱硝剂都是固体粉末，避免该技术使用的脱硫剂和脱硝剂都是固体粉末，避免 使用氨水、液氨带来的安全隐患。使用氨水、液氨带来的安全隐患。 高效气相烟气脱硫脱硝技术特点高效气相烟气脱硫脱硝技术特点 28 新型气相烟气脱硫脱硝超低排放技术具有创新的新型气相烟气脱硫脱硝超低排放技术具有创新的 理论基础，是脱硫脱硝烟气处理技术的一次革命。理论基础，是脱硫脱硝烟气处理技术的一次革命。 该技术可根据电厂、水泥厂及其他高温烟气需要该技术可根据电厂、水泥厂及其他高温烟气需要 处理的厂家要求，分别使用或部分使用，特别适合于处理的厂家要求，分别使用或部分使用，特别适合于 电厂的脱硫脱硝改造和未预留脱硫脱硝改造空间的老电厂的脱硫脱硝改造和未预留脱硫脱硝改造空间的老 电厂。电厂。 u 高效气相烟气脱硫脱硝技术高效气相烟气脱硫脱硝技术 29 u 化石燃料环境友好工业路线开发化石燃料环境友好工业路线开发 n 绿色能源快速发展受限绿色能源快速发展受限 成本、环境、不确定因素成本、环境、不确定因素 n 现有工业节能减排有限现有工业节能减排有限 例如：吨电解铝耗电不小于例如：吨电解铝耗电不小于 13000度度 n 因此，因此， 开发新的低碳工业路线开发新的低碳工业路线 30 化石燃料环境友好的能源路线开发化石燃料环境友好的能源路线开发 传统传统 能源利用方式有两大能源利用方式有两大 缺点：缺点： 一是一是 化石化石 燃料中的化学能必需燃料中的化学能必需 先先 转变转变 成成 热热 能能 再再 转转 变变 成机械能或成机械能或 电电 能，受卡能，受卡 诺诺 循循 环环 及材料的限制，在机及材料的限制，在机 端所端所 获获 得的得的 能量能量 效率只有效率只有 33 35%； 二是二是 传统传统 能源利用方式能源利用方式 给给 人人 类类 生活生活 环环 境造成了境造成了 巨量的巨量的 废废 水、水、 废废 气、气、 废废 渣、渣、 废热废热 和噪声的和噪声的 污污 染。染。 多年来人多年来人 们们 一直努力一直努力 寻寻 找既有找既有 较较 高能源利用效率高能源利用效率 又不又不 污污 染染 环环 境的能源利用方式境的能源利用方式 。 31 化石燃料环境友好的能源路线开发化石燃料环境友好的能源路线开发 将化石燃料碳氢化合物在一定工艺条件转化为将化石燃料碳氢化合物在一定工艺条件转化为 CO2 和和 H2，将，将 H2利用燃料电池发电；利用燃料电池发电； CO2进行封存利用（进行封存利用（ CCUS），被认为是化石燃料对环境友好的能源路线：），被认为是化石燃料对环境友好的能源路线： 图图 1.化石燃料环境友好能源路线示意图化石燃料环境友好能源路线示意图 32 u 化石燃料环境友好的能源路线开发化石燃料环境友好的能源路线开发 氢燃料电池发电是具有能源革命意义的新一氢燃料电池发电是具有能源革命意义的新一 代能源动力系统，是一种可持续发展的能源，其能代能源动力系统，是一种可持续发展的能源，其能 量转换率可达量转换率可达 60 80，使用效率是普通内燃，使用效率是普通内燃 机的机的 2 3倍。倍。 另外它还具有排气干净、噪音低、环境污染另外它还具有排气干净、噪音低、环境污染 小、可靠性强及维修性好等优点。对于解决小、可靠性强及维修性好等优点。对于解决 “能源能源 短缺短缺 ”和和 “环境污染环境污染 ”这两大世界难题有重要意义这两大世界难题有重要意义 。 33 u 化石燃料环境友好的能源路线开发化石燃料环境友好的能源路线开发 因此，我们提出了利用一部分因此，我们提出了利用一部分 H2与与 N2反应成反应成 NH3， NH3与与 CO2在一定工艺在一定工艺