（环境工程专业论文）火电厂大气污染物排放控制技术优化研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文 摘要 基于我国电力发展状况，针对火力发电污染物排放控制技术发展趋势，本文就 火电厂主要污染物控制现状，分析了大气污染物控制技术需求、适应能力、经济性、 运行现状和存在问题。针对“十一五”火电厂的环境目标，从技术、经济、政策法规 等方面分析了目前存在的问题。并根据不同发电方式下污染物产生和不同的控制方 式，对现有污染物控制技术联合应用情况及经济性进行了研究，分析了污染物控制 及发电成本的经济性。最后对中国火电厂大气污染物控制的法规、政策提出了合理 性建议。为了解我国火电厂污染物控制现状和进行电厂多污染物控制提供了重要参 考。 关键词：多污染物控制，环境目标，发电成本，技术经济 a b s t r a c t b a s e do nd e v e l o p m e n ts i t u a t i o no fo u rc o u n t r y se l e c t r i cp o w e r , a i m e da t d e v e l o p m e n tc u r r e n to fe m i s s i o nc o n t r o lt e c h n o l o g yo fa i rp o l l u t a n t sf o rt h e r m a lp o w e r p l a n t s ，t h ep a p e ra n a l y s e dt h ea i rp o l l u t a n t sc o n t r o lt e c h n o l o g yd e m a n d ，a d a p t a b i l i t y , e c o n o m y , o p e r a t i o ns i t u a t i o na n de x i s t i n gp r o b l e m sa c c o r d i n ga sc o n t r o ls i t u a t i o no f m a i na i rp o l l u t a n t sf o rt h e r m a lp o w e rp l a n t s a i m e da t “t h ee l e v e n t hf i v ey e a r s p l a n ”o f t h e r m a lp o w e r se n v i r o n m e n t a lg o a l ，t h ee x i s t i n gp r o b l e m sw e r ea n a l y s e dt h r o u g h t e c h o n o l y , e c o n o m y , p o l i c yr e g u l a t i o n s ，e t c t h ec o m b i n e da p p l i c a t i o ns i t u a t i o na n d e c o n o m yo fe x i s t i n gp o l l u t a n t sc o n t r o lt e c h n o l o g yw e r es t u d i e da c c o r d i n gt op o l l u t a n t s p r o d u c t i o na td i f f e r e n te l e c t r i cg e n e r a t i o na n dd i f f e r e n tc o n t r o lm a n n e r s t h ee c o n o m y o fp o l l u t a n t sc o n t r o la n dp o w e rg e n e r a t i o nc o s tw e r ea n a l y s e da tt h es a m et i m e f i n a l l y , t h ea d v i c e so np o l i c i e sa n dr e g u l a t i o n so fa i rp o l l u t a n t sf o rt h e r m a lp o w e rp l a n t sw e r e p u tf o r w a r d i m p o r t a n tr e f e r e n c e st or e a l i z ea i rp o l l u t a n t sc o n t r o ls i t u a t i o nf o rt h e r m a l p o w e rp l a n t sa n dm u t i - p o l l u t a n t sc o n t r o lw e r eo f f e r e d w a n gt o n g y i n ( e n v i r o n m e n te n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f z h a oy i k e y w o r d s ：m u l t i - p o l l u t a n tc o n t r o l ，e n v i r o n m e n t a lg o a l ，p o w e rg e n e r a t i o nc o s t ，t e c h n i c a l e c o n o m y 华北电力大学硕士学位论文 摘要 基于我国电力发展状况，针对火力发电污染物排放控制技术发展趋势，本文就 火电厂主要污染物控制现状，分析了大气污染物控制技术需求、适应能力、经济性、 运行现状和存在问题。针对“十一五”火电厂的环境目标，从技术、经济、政策法规 等方面分析了目前存在的问题。并根据不同发电方式下污染物产生和不同的控制方 式，对现有污染物控制技术联合应用情况及经济性进行了研究，分析了污染物控制 及发电成本的经济性。最后对中国火电厂大气污染物控制的法规、政策提出了合理 性建议。为了解我国火电厂污染物控制现状和进行电厂多污染物控制提供了重要参 考。 关键词：多污染物控制，环境目标，发电成本，技术经济 a b s t r a c t b a s e do nd e v e l o p m e n ts i t u a t i o no fo u rc o u n t r y se l e c t r i c p o w e r , a i m e da t d e v e l o p m e n tc u r r e n to fe m i s s i o nc o n t r o lt e c h n o l o g yo fa i rp o l l u t a n t sf o rt h e r m a lp o w e r p l a n t s ，t h ep a p e ra n a l y s e dt h ea i rp o l l u t a n t sc o n t r o lt e c h n o l o g yd e m a n d ，a d a p t a b i l i t y , e c o n o m y , o p e r a t i o ns i t u a t i o na n de x i s t i n gp r o b l e m sa c c o r d i n ga sc o n t r o ls i t u a t i o no f m a i na i rp o l l u t a n t sf o rt h e r m a lp o w e rp l a n t s a i m e da t “t h ee l e v e n t hf i v ey e a r s p l a n ”o f t h e r m a lp o w e r se n v i r o n m e n t a l g o a l ，t h ee x i s t i n gp r o b l e m s w e r ea n a l y s e dt h r o u g h t e c h o n o l y , e c o n o m y , p o l i c yr e g u l a t i o n s ，e t c t h ec o m b i n e da p p l i c a t i o ns i t u a t i o na n d e c o n o m yo fe x i s t i n gp o l l u t a n t sc o n t r o lt e c h n o l o g yw e r es t u d i e da c c o r d i n gt op o l l u t a n t s p r o d u c t i o na td i f f e r e n te l e c t r i cg e n e r a t i o na n dd i f f e r e n tc o n t r o lm a n n e r s t h ee c o n o m y o fp o l l u t a n t sc o n t r o la n dp o w e rg e n e r a t i o nc o s tw e r ea n a l y s e da tt h es a m et i m e f i n a l l y , t h ea d v i c e so np o l i c i e sa n dr e g u l a t i o n so fa i rp o l l u t a n t sf o rt h e r m a lp o w e rp l a n t sw e r e p u tf o r w a r d i m p o r t a n tr e f e r e n c e st or e a l i z ea i rp o l l u t a n t sc o n t r o ls i t u a t i o nf o rt h e r m a l p o w e rp l a n t sa n dm u t i - p o l l u t a n t sc o n t r o lw e r eo f f e r e d w a n gt o n g y i n ( e n v i r o n m e n te n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f z h a oy i k e y w o r d s ：m u l t i - p o l l u t a n tc o n t r o l ，e n v i r o n m e n t a lg o a l ，p o w e rg e n e r a t i o nc o s t ，t e c h n i c a l e c o n o m y 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文液相烟气同时脱硫脱硝的实验研 究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和 取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：日期： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日期： 导师签名： 日期： 华北电力大学硕士学位论文 第一章 引言弗一早jii l 1 概述 随着我国经济的持续快速发展，环境保护和资源的压力日益增大，且已成为我 国经济发展的两大瓶颈。加快开发新能源和可再生能源，调整产业结构，实现节约 发展、清洁发展和安全发展，走可持续发展的道路已成为当前一项迫切的任务。根 据世界主要工业国家经验，煤炭利用应以发电为主( 发达国家煤炭8 0 以上用于发 电) ，社会对能源的需求应尽可能通过电力这种二次能源形式来实现，不断提高煤 炭用于发电及热电联产的比例，大幅度提高煤炭利用效率，减少原煤消耗，集中解 决污染问题，做到高效、清洁利用煤炭。 可见，我国电力工业当前的工作重点之一是燃煤电厂的污染控制。燃煤电厂的 污染问题主要有：大气污染、水污染、固体废物综合利用、噪声治理、温室气体排 放及其它，而大气污染控制是电力环保工作的重点。大气污染物主要是二氧化硫、 氮氧化物、烟尘、细颗粒或超细颗粒物( 含有汞等重金属) 等，其中二氧化硫、氮氧 化物属局地污染物( 对环境质量产生影响) 和区域污染物( 形成酸雨) 。如何经济的、综 合性控制污染排放既是政府要研究的新问题，也是电力企业最为关注的重大事项之 一。 到2 0 1 0 年和2 0 2 0 年，我国煤炭需求总量将分别达到2 4 5 亿吨和2 9 亿吨，燃 煤发电机组将分别增加到5 5 亿千瓦和6 6 亿千瓦，全国燃煤产生的二氧化硫将分 别达到3 5 0 0 多万吨和4 3 5 0 多万吨，烟尘、粉尘的产生量也将大幅增加，这对环境 造成了巨大压力。尤其是今后二十年内，火电厂排放烟气中的二氧化硫与氮氧化物 的控制与治理任务将非常重要与关键，温室气体二氧化碳的排放与控制问题也将提 到议事日程。 污染物控制技术是虽然属末端控制技术，但也是过去、当前和今后一个时期电 力工业依法减少污染物对环境影响的关键措施。迄今为止，在火电厂的污染控制方 面，我们基本上是走了一条发达国家污染控制模式的老路，我们并没有充分体现发 展中国家的后发优势，实现对污染控制技术的跨越式发展。究其原因是污染控制技 术主要掌握在发达国家手中，而我国没有相应的成熟技术，难以满足飞速发展的经 济和环境保护的需要。 污染控制技术的发展方向是受着环保法规变化以及人们的环境意识的影响而 变化；同时，污染控制技术对环保法规的变化和人的环境意识的提高也产生重大的 影响。目前，世界上发达国家环境污染控制标准，基本是依据最佳技术而制定，所 谓最佳技术是考虑了技术的先进性、成熟性和经济性。而我国的污染控制标准的制 订，基本上是以发达国家的排放标准为引导，如二氧化硫、烟尘、氮氧化物的标准 l 华北电力大学硕士学位论文 等，因此，发达国家的污染控制技术发展水平，实际上就成为了我国环保技术发展 的方向。由于我国环境、资源形势的压力和国际环保形势的压力，污染控制技术引 进和研发上，除了更加考虑经济性、技术的可靠性等因素外，对技术本身的节能、 不产生二次污染等体现循环经济的要素的要求将更为严格。 本论文旨在通过研究火电厂大气污染物排放综合控制技术，对现有的主要大气 污染物控制方案进行优化，从而确定未来我国火电厂污染控制发展战略，为政府及 相关行业提供政策性引导及决策依据。 论文主要分为五部分内容。第一部分介绍了我国电力发展的情况，包括全国电 力装机量和技术水平、发电量、电力行业能源消耗情况和污染排放状况；火电厂的 污染物( 主要指烟尘、二氧化硫、氮氧化物、废渣废水等) 控制现状，分析技术需 求及技术现状的适应能力、经济可行性、运转现状、存在问题等：针对“十一五”火 电厂的环境目标和指标及实现方案进行分析，包括烟尘、二氧化硫、氮氧化物、二 氧化碳和能耗等方面；从目标、技术、经济、政策法规分析目前电力行业所存在的 问题。第二部分针对目前电力行业存在的问题，对污染物控制技术及经济性进行研 究。针对火电厂主要大气污染物烟尘、二氧化硫、氮氧化物、超细颗粒物和重金属， 介绍了控制技术背景、前景及经济动态，列出了各种控制技术的名称，描述其在国 际和国内的现状，并对其发展进行预测，对于国内引进的外国技术描述了消化吸收 的情况等，同时描述了技术的应用范围，污染控制技术特征，技术的优缺点，考虑 各项经济指标( 单位成本，运行成本，二次污染控制因素，和对技术的综合评价) ； 根据不同发电方式下污染物产生和控制方式的不同，分析污染物控制的经济性，以 及发电成本的经济性。第三部分对中国火电厂大气污染物控制的法规、政策提出建 议，包括法规政策框架改革建议、法规政策框架中的重要环境管理制度改革建议、 改革时间表及改革措施建议。 1 2 中国电力发展的情况 1 9 4 9 年，全国发电装机容量只有1 8 5 万千万，年发电量4 3 亿千瓦时，发电装 机容量和发电量均居世界第2 5 位，人均用电量只有9 千瓦时人。建国后，我国根 据电力工业发展的内在规律，把电力工业作为国民经济的先行工业，特别是改革开 放以来，通过实施集资办电、大规模城农网改造等多种措施，弥补了中国电力建设 资金的不足和发电设备的缺口，提高了电力工业的技术含量，使电力工业不断跨上 新的台阶，基本满足了经济发展对电力的需求。 “十五”期间电力装机增长迅速，总增加装机相当于建国后前4 5 年的装机总和。 五年累计投产装机1 8 9 亿千瓦，平均每年投产3 7 8 0 万千瓦，年均增长9 8 ，装机 容量和发电量连续八年位居世界“第二位”，全国电力供应能力得到极大提高。 2 华北电力大学硬士学位论文 l2 1 电力装机量和技术水平 截止2 0 0 5 年底，全困发电装机达到5 0 8 4 l 万千瓦，比2 0 0 0 年底增加1 8 9 0 9 万 千瓦，增长率5 92 。其中，水电达到1 1 6 5 2 一千瓦约占总容量2 29 比2 0 0 0 年底增加3 7 1 7 万下瓦，增长率4 68 ；火电达到3 8 4 1 3 万千瓦，约占总容量7 56 0 , ， 比2 0 0 0 年底增加1 4 6 5 9 万千瓦，增长率6 l7 ：棱电达到6 8 5 万千瓦，约占总容量 的l3 5 。，m 电装机容量达到1 2 6 万千瓦。从电源结构来看，火电装机比重呈现先 下降后上升的趋势，水电开发力度虽然不断加大，但比重基奉处于下降的趋势。“十 五”期间全国发电装机情况如图l - l 所示： i 羞i 瞻阻il 瞳 幽1 - 1 “十五”期同全姻发电装机情况 近几年投产和在建的机组，主要是大容量、高参数的大机组，具有节煤、节水、 低排放、高效率、环保等特点。到2 0 0 5 年年底，3 0 万千瓦及以上机组已占总装机 容量的4 2 ：9 0 万千瓦超临界国产机组已经投产；1 0 0 万千瓦超超临界电站正在建 设；百万容量的燃气电厂和大容量直接空冷机组已投入运行。3 0 、6 0 万千瓦火电机 组已成为主力机型。火规模高温高压高效机组的投产，在提高机组运行效率、节约 能源的同时也使我国小机组比例高、低效机组比重大的状况得到改变，机组结构 日趋合理。截至2 0 0 5 年底，我国单机6 0 0 0 千瓦以上机组容量结构情况如表1 1 所 不。 表1 12 0 0 5 年我国单机6 0 0 0 千瓦以上机组容量结构情况 弈韫等级计鼍单位发电机组 占发电机组合计容量比例( ) 合计 万千瓦 华北电力大学硕士学位论文 平均单机容量万千瓦 6 0 8 厶 8 4 口 6 0 万千瓦及以上 万千瓦 5 5 4 9 i 1 3 1 0 厶 4 5 0口 3 0 6 0 万千瓦 万千瓦1 4 4 0 7 23 4 0 0 厶 2 5 5口 2 0 3 0 万千瓦 万千瓦 5 2 9 7 6 3 1 2 5 0 厶 5 7 3 r - a 1 0 2 0 万千瓦 万千瓦7 0 9 3 0 31 6 7 4 厶 5 6 1 9口 1 0 万千瓦以下 万千瓦l0 0 5 8 9 42 3 7 4 电力装机特别是大型发电机组的快速发展，既优化了电源结构，又为“十一五”期间 关停淘汰效率低、煤耗高、污染大的小火电机组奠定了基础。 1 2 2 全国发电量 “十五”期间，全国发电量保持了较高增长速度。五年期间累计增加发电量1 1 2 9 0 4 4 亿千瓦时，平均每年增加2 2 5 8 0 9 亿千瓦时，年平均增长1 2 7 9 。其中，水电发电量年 平均增长1 0 2 7 ，火电发电量年平均增长1 3 0 3 。2 0 0 5 年全国发电量达到了2 4 9 7 5 2 6 亿千瓦时，比上年增加1 3 8 2 ，增幅与上年相比回落了1 3 6 个百分点。其中，水电发 电量占发电总量15 8 7 ( 与上年相比增加了0 7 9 个百分点) ，增长1 9 7 6 ，是改革开放 以来的最高值，这主要是得益于全国大部分地区来水情况较好；火电发电量约占发电量 8 1 8 3 ( 与上年相比减少了0 6 7 个百分点) ，增长1 2 8 9 ；核电发电量约占发电量2 1 3 ， 增长5 1 9 。“十五”期间全国发电装机情况如图1 _ 所示。 4 华匕电力大学硕士学位论文 坌汐忆叭 口k m 0 r u口m m口接t 蹦l 一2 “十五”期间全国发电量情况 123 电力行业能源消耗与排污 掘( ( 2 0 0 5 年中国统计年鉴显示，2 0 0 3 年我国各行业能源消费情况如图1 3 所示。各行业建消耗1 7 0 9 4 25 8 万吨标准煤，其l | ，工业( 包括采掘业，制造业，电 力、煤气及水生产和供应业) 是能源消耗第一太户，共消耗1 1 9 6 2 66 3 万吨标准煤， 占我幽能源消耗总量的6 99 8 。 on#nmwn * o “m 口自 q m p 自m 4 # n o2 # # 日日n i 比 * q p 干口* n n 口# i n 38 7 ! 笋“曩 目32 0 0 3 年我h a 行n m 最，丌吨杯m 煤 需要说明的是，山于口前对电力行业n o x 的排放量统训截止到2 0 0 2 年，对于 近= 三年的排放蹙可通过发电量进行相应的预测。截年2 0 0 5 年底，低氮氧化物燃烧 方式仍是控制氮氧化物排放的主要手段，烟气脱硝装筒尚未大规模投入运行，可假 定火电厂n o x 的控制技术和措施与2 0 0 2 年的水平相当。电力行业的丰要污染物排 放状况如幽l4 所示。 华北电力大学硕士学位论文 2 j 。 2 。0 。 ! m o l 。 5 。 。血枷删圳 圉l _ 4 “十五”期问电力行业污染物排放情况 相比电力行业发电鼙和装机容城的快速增长，各类污染物的排放量增长缓慢 其排破绩效呈逐年递减的趋势。 13 火电厂的污染控制现状 l3 1 烟尘 “ 五”期间，备发电企业加大了烟尘治理力度，火力发电机组采片j 电除尘器的 比例逐年增长，除尘器效率不断提高，全国6 0 0 0 千瓦以上燃煤电厂平均除尘器效 率由9 8 提高到9 85 以上。新建电厂的除尘器效率平均在9 9 以上，一批新建机 组的烟尘排放浓度按5 0 m g m 3 或低于5 0m g m 3 的水平设计和建造同时，2 0 万千瓦 机组配套的布袋除尘器已开始商业运行，3 0 万千瓦机组配套的布袋除尘器预计2 0 0 6 年投运。大量高效除尘设备的投入运行有力推动了火电厂的烟尘治理。尽管火电装 机容量增加了约5 6 ，但烟尘排放量仍基本持平，年排放量约3 0 0 万吨i t i 。 随着环保标准的日趋严格，国家对火电厂烟尘排放提出了更高的要求。自2 0 0 4 年1 月1 日起，通过建设项目环境影响报告书审批的新建、扩建、改建火电厂建设 项目烟尘最高允许排放质量浓度为5 0m g m 3 。一部分地方环保部门甚至提出了 更严格的要求，如北京市烟尘的排放允许质量浓度严于很多先进国家标准，从2 0 0 5 年1 1 月1 1 起，已运行的火电厂锅炉到叶炳尘排放质量浓度仪允许3 0 m g m 3 ，即 使将日前的凹电场电除坐器改为血电场、六电场也很难满足上述要求。与此同时， s 0 1 的排放标准也柏戍提高。为减少s 0 2 排放，许多电厂将燃用低硫煤或采取十日应的 脱硫设施，从而导致f u 除尘器的除尘效率下降尤其对于煤中硅、铝含量超过8 5 的电厂，采用电除尘器处理的烟半排放质量浓度已远远达不到环保要求。电除! | 三器 矗实际应剧中常遇到以下问题。 叭 m 加 似排口 盖一 。 啪 。咄 华北电力大学硕士学位论文 ( 1 ) 灰的比电阻升高导致除尘效率下降。在火电燃煤量持续增长的同时，煤的 含灰量也持续增高；一些新煤种的灰的比电阻较大( 大于10 1l q e m ) ，使用s 0 3 和氨 调质，仍然难捕集，使静电除尘器的除尘效率下降；同时，炉内喷钙的煤粉炉、加 石灰石的循环流化床锅炉以及半干法烟气脱硫( 硝) 后的含尘烟气，使灰的比电阻增 大。这些都难以适应日益严格的环保要求，对电除尘器是一个严峻的挑战。 ( 2 ) 电除尘器的除尘效率不稳定。电除尘器运行初期，除尘效果基本能达到要 求，但由于其结构及工作原理的限制，电除尘器内部组件随着运行时间的延续要变 形，积灰，电场变化，这样除尘效率不断下降，使烟尘排放超标。 ( 3 ) 电除尘器的运行综合费用高。电除尘器运行1 个周期后，内部结构变形、损 坏比较严重，为保证其正常运行，电厂不得不经常对电除尘器进行维修。维修投入 的人力、物力及检修停产带来的损失都很大。 根据当前形势，静电除尘器改造为布袋除尘器已经势在必行。袋式除尘器是一 种高效除尘设备，除尘效率可超过9 9 9 9 ，粉尘排放浓度达到5 0 m g m 3 以下，甚至 达到1 0 m g m 3 以下或者更低，这是其它除尘器做不到的。此外，布袋除尘器还有以 下优势： ( 1 ) 适应性强。其除尘效率不受粉尘性质的影响，锅炉负荷的变化、烟气量波 动对其出口排放浓度的影响不大。 ( 2 ) 布袋除尘器的关键问题( 滤料材质) 已有突破。考虑耐温的要求，又符合耐酸、 增湿的条件，多采用合成纤维滤料，使用寿命一般在2 a 以上，实际上已有可在4 a 的实绩。 ( 3 ) 布袋除尘器的结构和维护均较简单。在严格的环保标准条件下，国外电站 运行中，布袋除尘器的投资和运行费总计低于电除尘器。 ( 4 ) 布袋除尘器在运行过程中不会产生附带的二次污染，而电除尘在高温运行 时，会导致烟气中的有害气体合成新的致癌物质，产生二次污染。 ( 5 ) 布袋除尘器可实现对燃煤排放颗粒物的控制，而且对燃煤排放的有害气体 ( 如二氧化硫、重金属和有机污染物等) 有一定脱除效果。 1 3 2 二氧化硫 我国已成为世界上二氧化硫排放量最大的国家，其中燃煤电厂二氧化硫排放量 已达到总排放量的5 0 以上。2 0 0 5 年全国二氧化硫排放量为2 5 4 9 万吨；其中火电 厂二氧化硫排放量约为1 3 0 0 万吨左右。2 0 0 0 年至2 0 0 5 年二氧化硫的排放量情况见 图1 一。 7 华北l b 力 学硕十学位论文 皂2 0 0 0 蔷1 5 0 0 型1 0 0 0 日电出 n几lk 胨：怍胁崩吲 2 0 0 02 0 0 12 0 0 28 0 0 3 2 0 0 49 0 0 5 一 生堕_ _ 堡生j 塑：2 1 8 9 【2 2 5 5 2 5 4 9 18 1 318 6 71 5 6 2i7 9 l1 8 9 12 1 6 8 里旦_ _ _ 盟生丝l 1 _ 蜊oj _ 12 0 0 1 3 0 0 年份( 年) 图i 52 0 0 0 2 0 0 5 年二氧化硫排放情况 根据中幽煤炭资源状况、电力工业的发展状况以及环境保护的阶段性要求的特 点，“十血”期间主要足采取换烧低硫煤、关停小火电机组和降低煤耗等综台性措施 大幅度减排氧化硫。“i 五”期间关停了约l3 0 0 万千瓦小火电，相应年减排7 3 万 吨二氧化硫：通过“以大代小”技术改造，降低煤耗等措施，榍应减 t l 约6 0 万吨：“十 ”后2 年，烟气脱硫成为控制火电厂二氧化硫排放的土要手段减排约13 0 万吨。 包括各种减排措施，到2 0 0 5 年底全年二氧化硫减排壕约2 7 0 万吨。烟气脱硫姨 机容量山2 0 0 0 年的5 0 0 万千瓦，达到2 0 0 5 年底的5 0 0 0 万干瓯左有，具有了约2 3 0 万吨的年减排能力。我国2 0 0 5 年底前1 0 万及以上脱硫机组分巾情况见图l 一6 ，由 图可知，3 0 万干瓦及以上机组足烟气脱硫的主力军，约占7 7 。 目前，我国电力企业一氧化硫控制已经进入以烟气脱硫为主要措施的阶段。近 蹦年由于煤炭供应紧张，煤质下降，靠选择低硫煤米降低二氰化硫排放显然已无空 间。同时，由于推进烟气脱硫国产化以及市场竞争的作用，烟气脱硫设备的造价大 幅度降低，新建大型火电机组的烟气脱硫千瓦造价己由“九五”期末的5 0 0 元左右， 降至2 0 0 元左右，因此，烟气脱硫，尤其是采用高教的石扶石一石膏湿法脱硫工艺， 成为控制火电厂二氧化硫排放的主要手段( 约为9 0 以上) 。2 0 0 5 年底，全国建成 和投产的烟气脱硫机组容量约5 3 0 0 万千瓦，约占全国煤电机组的1 4 。其中，1 0 几千瓦段以r 烟气脱硫机维容最达到4 4 0 0 万千瓦。2 0 0 3 年、2 0 0 4 年、2 0 0 5 年新建 机组采取脱硫措施的分别r 与同年环保行政主管部门审批机组小模的8 l2 、9 79 和9 88 。l r 在矬造的脱碓装置肄毋约l 亿千瓦。 华北电力大学硕士学位论文 图l 62 0 0 5 年底前我国1 0 刀及以上脱硫机组分布情况 尽管如此，现有电厂二氧化硫超标排放的问题仍然较为突出，现有超标电厂、 燃高硫煤的电厂脱硫进行缓慢。超标电厂的烟气脱硫发展不平衡，东部发达地区的 脱硫情况要好于西部、中部欠发达地区；中、低硫煤的企业脱硫好于高硫煤企业( 由 于新建电厂的脱硫电价增量都是每千瓦时0 0 1 5 元的引导作用) ；环保监督严的地区 好于监督宽的地区；与新建项目捆在一起来解决老厂的脱硫企业好于单独让老厂改 造的企业。 1 3 3 氮氧化物 s 0 2 和n o x 是对大气环境形成污染的主要物质。我国n o x 已成为仅次于s 0 2 的大气污染物，对酸雨、空气质量和光化学烟雾的影响越来越大。对于火电s 0 2 的 排放我国已开始进行有效控制，但对于烟气n o x 的排放控制尚处于起步阶段。 我国燃煤电厂在n o x 排放控制方面起步相对较晚，国家标准火电厂大气污 染物排放标准( g b l 3 2 2 3 1 9 9 6 ) 于1 9 9 7 年1 月才对新建大型燃煤电厂n o x 排放 提出限值要求。目前，我国电力工业对于氮氧化物的排放控制己初见成效。根据国 家法规规定，低氮氧化物燃烧方式仍是控制氮氧化物排放的主要手段。“十五”期间， 新建大型燃煤机组都按要求同步采用了低氮氧化物燃烧方式，一批现有火电厂结合 技术改造安装了低氮氧化物燃烧器。截至2 0 0 5 年年底，已有多台单机容量为3 0 、 6 0 万千瓦的商业化烟气脱硝装置投入运行；约有6 0 0 万千瓦的烟气脱硝装置进入设 计或建造阶段，约有1 0 0 0 万千瓦的新机组按环保审批要求装设烟气脱硝装置；推 进烟气脱硝国产化的1 0 万千瓦等级的示范工程已经进入招投标阶段。 相对于我国火电的总装机容量和总发电量而言，n o x 排放量的增加速率明显小 于我国总发电量、总装机容量增长率，火电机组单位发电量的n o x 排放水平总体呈 逐步下降趋势。根据1 9 9 0 一2 0 0 2 年火电机组n o x 排放分析，同期火电机组发电量 增加2 7 1 倍，n o x 排放增加2 3 5 倍，绩效指标降低1 3 5 。 9 华北电力大学硕士学位论文 同世界主要工业国家比较，我国的火电n o x 排放水平仍然很高。我国2 0 0 2 年 的单位火电n o x 的排放水平仍然高于美国、日本、德国等发达国家的19 8 5 年的单 位排放量水平，更远远高于发达国家1 9 9 9 年的单位排放量水平。由于我国火电的 n o x 控制起步较晚，低n o x 燃烧系统是在进口燃烧器的基础上进行开发研制，烟 气脱硝技术则是刚刚起步。从发电量增长、达标排放、排放绩效等方面进行不同的 预测可知，我国在2 0 2 0 年的火电n o x 排放会达到6 5 0 7 0 0 万t ，为能够更好地实现 对火电n o x 进行控制，需要良好的经济政策、环境法规和技术支持等，以实现电力 工业的可持续发展。 1 3 4 废渣 ( 一) 粉煤灰 ( 1 ) 粉煤灰产生量 燃煤电厂产生的灰、渣统称粉煤灰。随着燃煤量的增加，电厂产生的粉煤灰逐 年增加。2 0 0 5 年底，燃煤电厂发电及供热消耗原煤约1 0 1 亿吨，产生粉煤灰超过 2 9 亿吨。2 0 0 0 2 0 0 5 年火电机组燃煤量及粉煤灰产生量见下表。 表l - 22 0 0 0 2 0 0 5 年火电机组燃煤量及粉煤灰产生量 原煤消耗量( 万吨) 年份 平均灰份( )灰渣量( 万吨) 发电供热合计 2 0 0 0 年 5 2 8 1 06 3 8 25 9 1 9 2 2 3 51 3 9 l o 2 0 0 1 年5 7 6 3 76 9 2 46 4 5 6 l2 3 91 5 4 3 0 2 0 0 2 年6 5 5 9 47 6 8 97 3 2 8 32 4 71 8 1 0 0 2 0 0 3 年7 6 5 4 38 5 5 08 5 0 9 32 5 52 1 7 0 0 2 0 0 4 年8 9 5 1 29 8 7 89 9 3 9 02 6 52 6 3 3 8 2 0 0 5 年9 8 4 7 91 1 7 4 71 1 0 2 2 62 6 82 9 5 4 0 ( 2 ) 粉煤狄综合利用 “十五”期间，新建燃煤电厂基本都采用干灰干排除灰工艺，灰场采用调湿灰碾 压技术、灰场防渗技术和防扬尘技术；干除灰为粉煤灰综合利用创造了有利条件。 2 0 0 5 年，全国燃煤电厂灰渣综合利用率达到6 6 以上，灰渣综合利用量超过1 9 亿 吨。2 0 0 0 2 0 0 5 年粉煤灰产生与综合利用量见下表。 l o 华北电力大学硕士学位论文 表l _ 32 0 0 0 2 0 0 5 年灰渣产生与综合利用量 灰渣产生量( 万灰渣综合利用量( 万 年份综合利用率( ) 吨)吨) 2 0 0 0 年 1 3 9 l o 8 3 4 66 0 2 0 0 1 年1 5 4 3 09 7 2 l6 3 2 0 0 2 年 1 8 1 0 01 1 9 4 6 6 6 2 0 0 3 年 2 1 7 0 01 4 1 0 5 6 5 2 0 0 4 年 2 6 3 3 81 7 1 1 9 6 5 2 0 0 5 年2 9 5 4 01 9 4 9 66 6 粉煤灰综合利用主要用于生产建材( 水泥、砖瓦、砌块、陶粒) 、建筑工程( 混 凝土、砂浆) 、筑路( 路堤、路面基层、路面) 、回填( 结构回填、建筑回填、填低 洼地和荒地、充填矿井、煤矿塌陷区、建材厂取土坑、海涂等) 、农业( 改良土壤、 生产复合肥料、造地) 、粉煤灰充填料、从粉煤灰中回收有用物质及其制品等。粉 煤灰综合利用途径及比例见下表。 表l 一粉煤灰综合利用途径及比例 建材筑路 建工回填其他 比 年份 用量用量比例用量 例比例 用量( 万 比 例用量( 万比例 ( 万( 万( ( 万 ( )吨)( ) 吨)( ) 吨)吨) ) 吨) ) 2 0 0 1 年2 9 1 63 03 4 9 93 61 1 6 61 21 2 6 31 3 8 7 59 2 0 0 2 年3 3 4 52 84 0 6 13 41 5 5 31 31 7 9 21 51 1 9 4 1 0 2 0 0 3 年4 0 9 02 94 3 7 23 l1 6 9 3121 9 7 51 4 1 9 7 51 4 2 0 0 4 盔5 1 3 53 05 4 7 83 22 3 9 61 42 2 2 5 1 32 2 2 51 3 2 0 0 5 年6 2 3 93 26 0 4 4 3 l 2 9 2 41 52 3 3 91 21 9 5 0 1 0 华北电力大学硕士学位论文 ( 二) 脱硫副产品 到目前为止，石灰石一石膏湿法烟气脱硫仍是世界上的主流烟气脱硫技术。据 统计，我国火电厂烟气脱硫9 0 以上采用石灰石一石膏湿法烟气脱硫技术，该工艺 产生大量的脱硫副产品一石膏。2 0 0 5 年，燃煤电厂烟气脱硫约产生石膏5 0 0 万吨。 脱硫石膏可综合用于水泥缓凝剂、建筑墙体粉刷、石膏板制造、石膏建筑砌块生产 在蟹 守o 1 3 5 废水 ( 一) 用水、耗水情况 2 0 0 0 2 0 0 5 年火力发电厂用水量与全国用水量情况比较如下表，全国火力发电 厂用水分析见表1 5 和1 6 。从表中可以看出，随着火电装机容量和发电量的增加， 全国火力发电厂用水量有所增加。由于工业用水重复利用量逐年提高，单位发电量 耗水量呈逐年下降趋势。2 0 0 0 年火力发电厂单位发电量耗水量为4 2 千克千瓦时， 2 0 0 5 年为3 1 千克千瓦时，5 年下降1 1 千克千瓦时，下降幅度为2 6 - 2 ，平均每 年下降0 2 2 千克千瓦时。 表1 _ 52 0 0 0 2 0 0 5 年火力发电厂用水量与全国较表 项目 全国总用全国工业总火电用占工业 火电耗水 水量( 亿用水量( 亿立水量( 亿用水量量( 亿立方 占工业用 立方米)方米)立方米) ( ) 米) 水量( ) 年份 2 0 0 0 年 5 4 9 71 1 3 94 5 5 3 9 94 53 9 2 0 0 1 年 5 5 6 71 1 4 2 4 7 04 1 14 74 1 2 0 0 2 年 5 4 9 71 1 5 0 5 0 94 4 34 94 3 2 0 0 3 年5 3 2 01 1 7 75 2 l4 5 05 34 5 2 0 0 4 年5 5 4 81 2 4 85 9 74 8 55 84 7 2 0 0 5 年5 5 7 81 2 7 86 3 54 9 76 34 9 1 2 华北电力火学硕士学位论文 表1 2 0 0 0 2 0 0 5 年火力发电厂用水及耗水情况 年份 2 0 0 0 年2 0 0 1 年2 0 0 2 年2 0 0 3 年2 0 0 4 年2 0 0 5 年 项目 用水量( 亿立方米) 4 5 54 7 05 0 95 2 l5 9 76 3 5 重复利用率( ) 6 7 56 9 16 9 46 9 57 5 o7 6 o 消耗水量( 亿立方米)4 54 74 95 35 86 3 废水排放量( 亿立方米)1 5 31 3 51 4 41 6 218 11 9 2 单位发电量耗水量( 千克 4 23 9 3 53 43 23 1 千瓦时) ( 二) 废水治理 二十世纪八十年代以后，我国开发和建设的大型火力发电厂一般都有配套的废 水处理设施，这些设施对于处理火力电厂生产过程中产生的大量废水发挥了一定作 用，但很不充分，原因是多方面的：处理废水对企业来说不经济，投入大，产出小； 国家对水的利用调控力度不够；人们对水资源危机认识欠缺。近几年来，由于企业 自身发展的需要( 内部经济指标的优化要求) 、国家政策的调控( 水资源费、排污费的 提高) ，发电企业开始十分重视对废水的处理工作，以便为水的综合利用创造条件。 无处理设施的企业谋求建设，有设施的不断改进。电力生产中产生的废水一般包括 化学废水、含油废水、生活污水、冲灰冲渣水、冷却塔排污水、脱硫废水。不同种 类的废水，所含有的污染物差别很大，为了达到有效处理的目的，不同废水的隔离 十分重要。对于不同的废水，要有针对性地采取处理措施。 ( 1 ) 化学废水：主要是指锅炉补给水处理系统再生废水、凝结水处理系统再生废 水、锅炉排污水、试验室废水等，其特点是含酸碱、p h 值不符合要求。通常采用 中和处理，即通过加酸( 或加碱) 中和废水中的碱( 或酸) 。 ( 2 ) 含油废水：来自油罐区、变压器区、检修场所等，其特点是油含量过高。一 般处理方式是“隔油、浮选”，即先通过隔油设施将废水中的浮油除去，再通过加气 使分散在水中的油上浮除去。如需进一步降低油含量，可增加过滤吸附工艺。 ( 3 ) 生活污水：来自办公区、生活区，其特点是耗氧指标( c o d 、b o d ) 过高，降 低受纳水体的含氧量，危害水生生物。一般采用生物处理，即培养微生物，在加气 ( 增氧) 情况下通过微生物分解水中的污染物。 ( 4 ) 灰水( 渣水) ：大多数电厂灰水、渣水的首要污染是p h 值超标，因灰的主要 1 3 华北电力大学硕士学位论文 成份是金属氧化物。溶入水后一般呈碱性，一般电厂的灰水p h 值为卜1 2 ；少数采 用文丘里除尘器和湿式水膜除尘器的电厂，通过烟气中二氧化硫溶入水后形成酸的 作用，与灰中碱性氧化物的碱性相抵，p h 不超标。最简单的处理方法是直接加酸f 调 整p h 值) ，同时减轻灰水回收循环使用中的结垢现象；另外，还可采用其它更合理 方式：如灰水炉烟处理、直流电厂循环水稀释处理等。 ( 三) 节水 近年来，新建机组加大了节水力度，直接空冷技术进入了商业化运行，约有3 0 余座火电厂采用城市中水和海水淡化作为火电厂的淡水水源；结合节水技术改造， 2 0 多座火电厂采用了工业废水零排放技术；火电厂冲灰新鲜水用量及废水外排量大 幅度下降，全国废水重复利用率达到7 0 以上。因此，尽管随着火电装机容量和发 电量的增长，全国火力发电厂废水排放总量逐年增加，但单位发电量的废水排放量 呈逐年减小的趋势，2 0 0 5 年比2 0 0 0 年减少2 8 3 。但与国际先进水平比较，我国 火电机组供电水耗平均高出3 0 。因此，尽管电力行业在资源节约方面取得了很大 成绩，但节能降耗仍有较大空间。2 0 0 0 - - 2 0 0 5 年全国火力发电厂废水排放绩效指标 见表1 7 。 表1 _ 72 0 0 0 - - 2 0 0 5 年全国火力发电厂废水排放绩效 年份 2 0 0 02 0 0