燃煤烟气超低排放技术开发及标准

燃煤烟气超低排放技术开发及标准探讨朱维群山东大学目录

课题背景燃煤烟气超低排放技术探讨高效气相烟气脱硫脱硝技术化石燃料环境友好工业路线开发

总结课题背景

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。

雾霾形成的根本原因是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空气质量明显改善的重点措施。

近年来，燃煤电厂环保投入资金数以千亿计，几乎100%都装了脱硫、脱硝和除尘装置。并且根据有关部门提供的排放物指标检测数据，污染物的量确实在下降，但为什么总体来看，雾霾依旧越来越严重?是哪里出了问题?

近期全国正在进行燃煤散烧的治理，效果有待观察。

课题背景全世界每年向大气中排放CO2320亿吨以上，中国每年排放大约100亿吨。

其中约20亿吨被海洋吸收，陆地生态系统吸收7亿吨左右；人工利用量不足10亿吨。

显然，CO2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CO2排放，进而降低大气中的CO2浓度已成为全球面临的重大挑战。课题背景燃煤烟气超低排放技术探讨挖掘已有技术和设备潜力、辅机改造、系统优化超低排放设备扩容、增加新设备优化煤质：热值高、灰分少、硫分低1.技术分析没有创新性、革命性的技术出现机组改造难度大2.效益分析

减排量：实际减排的总绝对量不大；

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；

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）。燃煤烟气超低排放技术探讨3.经济分析1）单位发电量增加成本按20年运行周期，在现有环保电价基础上，实现超低排放机组（MW）单位发电量增加成本（分/KWh）3001.476001.0810000.82虽然从2016.1.1起，超低排放电价补贴1分/KWh。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将有业主承担。燃煤烟气超低排放技术探讨3.经济分析

2）单位污染物控制成本SO2

NOX备注全社会平均成本（元/kg）1.26按指定排污收费标准测算北京（元/kg）10天津（元/kg）6.38.5SO2：超低排放削减增量的成本是改造前成本的近20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燃煤烟气超低排放技术探讨燃煤煤烟烟气气超超低低排排放放技技术术探探讨讨依法法性性问问题题：缺乏乏法法律律方方面面保保障障；；一一些些技技术术性性问问题题尚尚未未清清楚楚（（如如氨氨逃逃逸逸、、SO3产生生量量增增加加、、废废弃弃催催化化剂剂处处理理））监管问题题：监测方法法（低浓浓度监测测的精准准性）技术层面面问题：无技术创创新超低排放放与其他他方面的的协调性性问题：如何统筹筹超低排排放与节节能、减减碳、节节水以及及其它常常规污染染物控制制间的关关系经济型问问题：改造成本本高，尤尤其是现现有机组组的超低低改造燃煤烟气气超低排排放技术术探讨开展超低低排放综综合效果果的系统统研究与与评估适时修订订《火电厂大大气污染染物排放放标准》有序推进进超低排排放改造造提前部署署超低排排放技术术研发GB13223-2011大气污染染物排放放标准（（最严格格排放标标准）大气污染染物超低低排放标标准燃煤锅炉炉（重点点地区））烟尘20mg/m3SO250mg/m3NOX(以NO2计)100mg/m3汞及其化化合物0.03mg/m3燃煤机组组（重点点地区））烟尘5mg/m3SO235mg/m3NOX(以NO2计)50mg/m3燃煤烟气气污染物物排放标标准大气污染染物排放放标准制制定的初衷并非非是治理理雾霾，，而是治治理环境境空气质质量标准中限限定的三三种常规规污染物物——烟尘、二二氧化硫硫和氮氧化物物，它们是雾雾霾污染染物的主主要成分分，与雾霾关关系密切切。从总总体来看，燃煤电厂烟尘、、二氧化化硫、氮氮氧化物物三种常常规污染染物的排放已不不是影响响环境质质量和雾雾霾形成成的主要要原因。。燃煤烟气气污染物物排放标标准国内正在在开发的的超低排排放工艺艺流程图图如下：：国内正在在开发的的超低排排放工艺艺流程示示意图烟气污染染物超低低排放技技术探讨讨石灰石-石膏法脱脱硫数据据表机组2×300MW年运行时间/h6000耗水量/kt·年-1825耗电量/MW·h·年-137500CO2排放量/SO20.72石膏堆砌量/SO22.7现有超低低排放技技术的湿湿法脱硫硫数据如如下表：：烟气污染染物超低低排放技技术探讨讨湿法脱硫硫方法存存在的主主要问题题如下：：（1）固定资资产投资资大：湿法脱硫硫装置固固定资产产投资大大；（2）运运行费用用高：从上表可可知，2×300MW的机组组的年耗耗电量高高达37500MW·h，，相当于于燃烧4614吨标准准煤。（3）耗耗水量大大：年运行行6000小时时年水耗耗近82.5万万吨水，，每小时时消耗137.5吨水水，也就就是向大大气中排排放大量量的废气气。（4）脱脱硫废水水难于处处理，脱脱硫产物物石膏难难以有效效利用，作为固固体废物物堆埋，，浪费大大量的硫硫资源。。烟气污染染物超低低排放技技术探讨讨烟气污染染物超低低排放技技术探讨讨湿法脱硫硫之后加加装的湿式电除除尘虽然然能够去去除烟气气中的部部分石膏膏颗粒，，但存在在下述问问题：（1）增加了湿烟气中中的水雾雾含量，，使烟囱冒“白烟”的现象更加严重重；（2）设备运运行能耗耗(含阻力能能耗)增大约1000-1200kw；（3）相比减减排效果果，湿电电除尘器器的运行行成本过过高（超超过1500元/h）。以2×60万千瓦机机组除尘尘改造为为例，仅仅设备投投资约7000万元或更更高，年年运行费费用增加加500万元以上上。燃煤电厂厂锅炉超低排放放技术中中90%以上采用用湿法脱硫硫，脱硫硫之后的的烟气温温度在30-50℃，湿度在100~200g/Nm3，而我国大大气的平平均湿度度仅为9g/Nm3，锅炉湿湿法脱硫硫排烟湿湿度为大大气平均均湿度的的10倍以上。总量上看看，按燃燃烧1吨煤，湿法脱硫硫烟气带带出1吨水汽估算，我我国燃煤煤锅炉烟烟气湿法法脱硫每每年向大大气排放放近40亿吨的水水汽。烟气污染染物超低低排放技技术探讨讨烟气污染染物超低低排放技技术探讨讨在现有超超低排放放技术中中，湿法法脱硫烟烟气中水水汽的排排放量是是二氧化化硫排放放量的2800~5600倍，因此，超低排放放标准中中SO2等排放指指标是否否能够真真正代表表燃煤烟烟气污染染物的排排放量值值得商榷榷？（100~200/0.035=2800~5600）在室内加湿器中分别加入纯净水、、矿泉水水和自来来水，监监测空气气污染情情况，实实验结果果如下：纯净水，，PM2.5值，20微克/米3矿泉水，，PM2.5值，30微克/米3自来水，，PM2.5值，340微克/米3空气质量量参考指指数标准准：PM2.5值，0－50微克/米3，空气质质量一级级PM2.5值，51－100微克/米3，空气质质量二级级PM2.5值，大于于300微克/米3，重度污污染烟气污染染物超低低排放技技术探讨讨在家庭房房间中使使用添加加自来水水的加湿湿器，3岁儿童咳咳嗽不仅仅没有改改善，反反而愈加加严重，，咳嗽持持续半个个月，到到医院检检查，被被医生诊诊断为“加湿器肺肺炎”。燃煤烟气气湿法脱脱硫过程程与使用用加湿器器相似，，显然脱脱硫液中中的成分分更加复复杂，烟烟气中的的水汽成成分也比比自来水水更加复复杂，虽虽然利用用湿法电电除尘除除去一部部分较大大的颗粒粒物，但但对于较较小的颗颗粒及水水溶性物物质无能能为力。。因此，，湿法脱硫硫烟气中中水汽带带来的空空气污染染（PM2.5、PM10）应该引引起人们们的高度度重视。。烟气污染染物超低低排放技技术探讨讨高效气相相烟气脱脱硫脱硝硝技术针对现有有脱硫脱脱硝方法法及超低低排放技技术存在在的缺点点，我们们开发了了一种固固定资产产投资少少、运行行维护成成本低、、能耗水水耗少、、产物可可资源利利用的高高效气相相烟气脱脱硫脱硝硝超低排排放技术术。该技术可可以克服服现有超超低排放放技术固固定资产产投资高高、运行行维护费费用高、、废气排排放量大大、操作作复杂等等问题。。工艺路线线如下图图所示：：图.高效气相相脱硫脱脱硝超低低排放新新技术示示意图高效气相相烟气脱脱硫脱硝硝技术图.220t/h循环流化床锅炉炉脱硝结结果高效气相相烟气脱脱硝技术术在电厂厂的应用用高效气相相烟气脱脱硫脱硝硝技术高效气相相烟气脱脱硫技术术已在电电厂进行行了现场场试验，，锅炉类类型为170t/h煤粉炉，烟气气量为3×105Nm3/h。图.高效气相脱硫硫技术在电厂厂的脱硫结果果高效气相烟气气脱硫脱硝技技术从上述结果得得出，高效气气相脱硫剂将将烟气中的SO2从4000mg/Nm3脱除至35mg/Nm3以下，脱除率率高达99.1%以上，能够满满足环保部对对SO2控制在50mg/Nm3以下的超低排排放要求。高效气相烟气气脱硫脱硝技技术高效气相烟气气脱硫技术高效气相烟气气脱硫脱硝技技术特点（1）脱硫脱硝除除尘设备投资资大幅度降低低与国内正在开开发的脱硫脱脱硝超低排放放装置相比，，固定资产投投入可降低80%以上；（2）运行能耗大大为降低该技术不需要要大量脱硫浆浆液的循环，，使烟气沿程程阻力大为降降低，从而使使烟气处理系系统的能耗大大为降低；（3）运行水耗几几乎为零不向烟气处理理系统中加水水，使烟气带带出的水量大大为降低，形形成雾霾的可可能性也大为为降低。（4）脱硫脱硝除除尘效率高脱硫脱硝效率率高，SO2排放浓度小于于35mg/Nm3、NOx小于50mg/m3。（5）烟气处理系系统安全性高高该技术使用的的脱硫剂和脱脱硝剂都是固固体粉末，避避免使用氨水水、液氨带来来的安全隐患患。高效气相烟气气脱硫脱硝技技术特点新型气相烟气气脱硫脱硝超超低排放技术术具有创新的的理论基础，，是脱硫脱硝硝烟气处理技技术的一次革革命。该技术可根据据电厂、水泥泥厂及其他高高温烟气需要要处理的厂家家要求，分别别使用或部分分使用，特别别适合于电厂厂的脱硫脱硝硝改造和未预预留脱硫脱硝硝改造空间的的老电厂。高效气相烟气气脱硫脱硝技技术化石燃料环境境友好工业路路线开发绿色能源快速速发展受限成本、环境、、不确定因素素现有工业节能能减排有限例如：吨电解解铝耗电不小小于13000度因此，开发新的低碳碳工业路线化石燃料环境境友好的能源源路线开发传统能源利用用方式有两大大缺点：一是化石燃料中的化学学能必需先转变成热能再转变成机械能能或电能，受受卡诺循环及及材料的限制制，在机端所所获得的能量效率只有33～35%；二是传统能源源利用方式给给人类生活环环境造成了巨巨量的废水、、废气、废渣渣、废热和噪噪声的污染。。多年来人们一一直努力寻找找既有较高能能源利用效率率又不污染环环境的能源利利用方式。化石燃料环境境友好的能源源路线开发将化石燃料碳碳氢化合物在在一定工艺条条件转化为CO2和H2，将H2利用燃料电池池发电；CO2进行封存利用用（CCUS），被认为是是化石燃料对对环境友好的的能源路线：：图1.化石燃料环境境友好能源路路线示意图化石燃料环境境友好的能源源路线开发氢燃料电池发发电是具有能能源革命意义义的新一代能能源动力系统统，是一种可可持续发展的的能源，其能能量转换率可可达60％～80％，使用效率率是普通内燃燃机的2～3倍。另外它还具有有排气干净、、噪音低、环环境污染小、、可靠性强及及维修性好等等优点。对于于解决“能源源短缺”和““环境污染””这两大世界界难题有重要要意义。化石燃料环境境友好的能源源路线开发因此，我们提提出了利用一一部分H2与N2反应成NH