第一章 脱硫脱硝除尘概述

火电厂环境保护杨仲卿博士/副教授重庆大学动力工程学院2014年10月主要内容第一章概论第一节火电厂排放的大气污染物第二节大气污染物排放管理措施第三节烟气监测第二章烟气脱硫技术第一节火电厂脱硫技术概述第二节湿式石灰石-石膏法脱硫技术第三节循环流化床脱硫技术第四节其他脱硫技术第五节工程实例第三章烟气脱硝技术第一节氮氧化物控制技术概述第二节低氮氧化物燃烧技术第三节选择性催化还原脱硝技术第四节其他脱硝技术第五节工程实例第四章火电厂脱碳技术第五章火电厂脱汞技术1．环境我国环境保护法中对环境的定义为：环境是指影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体2．环境污染环境污染是指人类直接或间接地向环境排放超过其自净能力的物质或能量，从而使环境的质量降低，对人类的生存与发展、生物正常生长和生态平衡造成不利影响的现象，称为环境污染。几个基本概念电力环境保护概述3．环境保护环境保护就是运用现代环境科学理论和方法、技术，采取行政的、法律的、经济的、科学技术的等多方面措施，合理开发利用自然资源，防止和治理环境污染和破坏，综合整治环境，保护人体健康，保持生态平衡，保障人类社会的持续发展。

4．电力环境保护电力环境保护就是指发电(电力生产)、输电和配电各环节对环境影响的防护和治理。电力环境保护概述①火电厂尤其是燃煤电厂污染物控制；②水电厂建设和运行期的生态保护；③核电厂的放射性处理；④输变电过程电场、磁场、电磁场的影响；⑤可再生能源环境保护问题等。

重点是燃煤电厂的污染物控制

电力环境保护内容主要有：电力环境保护概述燃煤电厂对环境造成的影响主要有：⑴排放烟尘造成污染；⑵排放硫氧化物、氮氧化物、二氧化碳造成污染；⑶排放固体废弃物(粉煤灰、渣)而造成污染；⑷排放污水造成污染；⑸生产过程中产生的噪声污染；⑹输电线路及变压器运行时产生的工频电场和磁场对周围环境可能产生的影响。

⑺排放热水造成的热污染。电力环境保护概述当前电力环境保护的重点是燃煤电厂的污染物控制，而燃煤电厂大气污染问题尤其是其中的二氧化硫控制，更是重点中的重点。我国的大气污染属于典型的煤烟型污染，以烟尘和酸雨的危害最大，主要污染物有烟尘、硫氧化物(SO2、SO3)、氮氧化物、二氧化碳、微量重金属等。电力环境保护概述电力环境保护的发展趋势

(1)调整电源结构，加强电网建设

(2)推行洁净煤发电技术

(3)依靠科技进步，提高污染控制的技术水平

(4)强化政策引导

(5)加强行业自律，推进循环经济发展

(6)加强环保国际合作电力环境保护概述第一节火电厂排放的大气污染物我国火电厂绝大多数是燃煤电厂，由于煤是一种含有大量C、H、O和少量S、N等有机物和部分无机物的沉积岩，故煤燃烧后产生的烟气成分(按体积分数计)大致是：13%CO2、73%N2、10%水蒸气、3%O2，SOx、NOx等其它污染物为1%。另一方面，煤中含有部分不能燃烧的成分，其残留的固态物质即灰分，一般灰分产率为20％～40％，故烟气中含有大量的微小固体颗粒物(即烟尘)。第一节火电厂排放的大气污染物一、二氧化硫污染1．煤中硫的燃烧产物煤中可燃性硫在锅炉中燃烧时主要生成SO2，硫转化成SO2的比率(80％～85％)随硫在煤中的存在形态、燃烧设备及运行工况而异。煤燃烧生成SO2的同时，还有少量SO3的生成，SO3约占SO2含量的1%～2%(体积比)。产污量和排污量经验估算法：燃煤设备的产污量＝燃煤设备的产污系数×耗煤量燃煤设备的排污量＝燃煤设备的排污系数×耗煤量产污系数和排污系数是指燃煤锅炉每耗用1t煤炭产生SO2或NOx的量，其单位为kg/t。SO2的产污系数主要取决于燃煤中的含硫量、锅炉燃烧方式、煤在燃烧中硫的转化率，SO2的排放系数与采用的脱硫措施的脱硫率有关。SO2产污系数：G＝2000SrPSO2排污系数：G’＝G×(1-η)式中G──SO2产污系数，kg/t煤；Sr──为燃煤中含硫量，％；P──燃煤中硫的转化率(经实测为80％～85％)，％；η──脱硫设施的脱硫率，％。2．二氧化硫的危害电力生产中二氧化硫的危害主要表现在两个方面，一是对锅炉设备的腐蚀，二是对环境的危害。易与烟气中的水蒸气形成H2SO3和H2SO4。当与低于其露点的金属壁面接触时，会在上面凝结，造成低温受热面的酸腐蚀。煤中硫含量越高，露点越高，越易在较高温度受热面处凝结，危害也越大。当煤中硫含量较高时，为减轻腐蚀，必须提高排烟温度，否则会有明显的堵灰和腐蚀，对锅炉危害很大。此外，随煤中硫含量的增加，煤粉的自燃倾向加大。人体主要经呼吸道吸收大气中的SO2，引起不同程度的呼吸道及眼黏膜的刺激症状；SO2常常跟大气中的飘尘结合在一起被吸入，飘尘气溶胶微粒可把SO2带到肺部使毒性增加3～4倍；如果SO2遇到水蒸气，形成硫酸雾，就可以长期滞留在大气中，毒性比SO2大10倍左右，同时对金属及农作物有着严重的腐蚀与伤害作用。大气中SO2还是形成酸雨的主要污染物二、氮氧化物的污染1．煤燃烧过程中产生的氮氧化物

NO和NO2，少量的N2O.统称为氮氧化物(NOx)。NO占90%以上，NO2占5%～10%，而N2O只占1%左右。2．氮氧化物的危害3.

氮氧化物排放现状作为一种酸性气体，NOx和SO2都是形成酸雨的主要污染物

。吸入：NO2

比NO的毒性高4倍，可引起肺损害，甚至造成肺水肿。慢性中毒可致气管、肺病变。吸入NO，可引起变性血红蛋白的形成并对中枢神经系统产生影响。NOx对动物的影响浓度大致为1.0毫克/立方米，对患者的影响浓度大致为0.2毫克/立方米。据北京、上海、天津、沈阳、太原等地的调查表明，这些城市的SO2

和NOx重污染区内居民的慢性支气管炎、鼻炎、鼻咽炎患病率比轻污染区高0.51倍，个别城市甚至高23倍。

温室效应：N2O温室作用是CO2

的310倍，是重要的温室气体。PM10、PM2.5：NOx容易形成PM10和PM2.5

，随着人的呼吸进入肺部，对肺有直接损伤作用。光化学烟雾：强阳光照射下，NOx、碳氢化合物与氧化剂共同反应生成的蓝色烟雾。这种以PAN(过氧乙酞基硝酸酯)和H2SO4

为主要成分的光化学烟雾对人的眼、鼻、心、肺及造血组织等均有强烈的刺激和损害作用，而且PAN还具有致癌作用。臭氧层：NO2

通过光化学反应分解为NO和O3

，地表臭氧对人体健康十分有害，对其他动植物也产生危害。NOx还会在大气臭氧层与O3

反应消耗O3

，形成“臭氧洞”，并且“臭氧洞”的面积正在逐渐扩大，对人类自身安全产生越来越大的威胁，臭氧层破坏造成的紫外线过度照射将引发人的眼睛疾病和皮肤癌。酸雨：SO2和NOx是形成酸雨的最重要的物质，所谓酸雨通常指pH值低于5.6的降水我国酸雨的主要成分是硫酸，其次是硝酸。目前，在北京、广州、珠三角、香港等地，氮氧化物的浓度已经超过二氧化硫，我国的酸雨逐步演变成硫酸与硝酸混合型酸雨。我国大气中二氧化硫、氮氧化物和酸雨的分布特征：SO2污染严重的城市主要分布在山西、河北、甘肃、贵州、内蒙古、云南、广西、湖北、陕西、河南、湖南、四川、辽宁和重庆等省(自治区、直辖市)。煤炭消耗高的地区和机动车量多的大城市NOx污染严重。2005年，国家环保总局在所有统计城市中，广州、北京、宁波、上海、杭州、哈尔滨、乌鲁木齐、南京、成都、武汉等大城市NOx浓度相对较高。在80年代，我国的酸雨主要发生在重庆、贵阳和柳州为代表的西南地区，酸雨区面积约为170万平方千米。到90年代中期，酸雨已经发展到长江以南、青藏高原以东和四川盆地的大部分地区，目前，以长沙、赣州、南昌、怀化为代表的华中酸雨区已成为全国酸雨污染最严重的地区；华东、西南也成为主要的酸雨区；华北和东北的部分地区也频频出现酸雨。欧洲航天局（ESA）ChinaMERIS卫星拍摄到的一张中国东部地区的照片一层灰蒙蒙的烟雾笼罩在黄河附近的沿岸平原，并逐渐向黄海、东海地区扩散。卫星遥感NO2浓度数据（全球）四、烟尘污染1．烟尘的产生燃煤电厂是将煤粉(通常粒径小于90μm的占80%以上)随一次风送进燃烧室进行燃烧。煤中含有部分不能燃烧的成分，其残留的固态物质即灰分，一般灰分产率可高达30%左右。煤燃烧后形成的灰粒粒径很小，这其中约占10%为从炉底排出的渣；约占90%的灰悬浮于烟气中，通过除尘装置而将其绝大部分加以收集，仍有部分灰通过烟囱排往大气中去。烟尘特指后者.2．烟尘的危害大气固体颗粒物包括粉尘(指悬浮于气体介质中的小固体粒子)和烟尘等，其最大粒径大于100μm，最小粒径仅有10-3μm。其中大于10μm的降尘在重力的作用下，能迅速沉降至地面；而小于10μm的飘尘(PM10)能在空气中长期悬浮并做布朗运动，容易进入人的呼吸系统。由于飘尘几乎不能被上呼吸道表面体液截留并随痰排出，很容易直接进入肺部并在肺泡内沉积，因此对人体的危害最大。侵入肺部没有被溶解的沉积物会被细胞所吸收，损伤并破坏细胞，最终侵入肺组织而引起尘肺，如吸入煤灰形成的煤肺，吸入金属粉尘形成的铁肺、铝肺等。如果沉积物被溶解，则会侵入血液，并送至全身，造成血液系统中毒。例如妨碍血红蛋白生成的铅烟尘可以引起急性中毒或慢性中毒，其症状是精神迟钝、大脑麻痹、癫痫，甚至死亡。燃烧和金属冶炼过程，以及汽车排气产生的烟尘具有很复杂的的化学组成，其中有如镍、镉、铬、铍、钒、铅、砷等有毒化合物。特别是致癌物质苯并[a]芘、苯芘蒽等，通过呼吸道或皮肤进入人体，引起肺癌或皮肤癌。五、一氧化碳与二氧化碳CO无色、无臭，比空气略轻，能与血红蛋白生成稳定的络合物，降低血液的供氧能力而危害人类。CO2微具酸味，无毒，但浓度高时能造成缺氧窒息。此外，CO2的排放会给环境带来危害，产生“温室效应”。六、微量元素的污染

煤中微量元素多达80余种，燃烧后分布于烟气及灰渣中。对环境影响较大的微量元素主要有氟、砷、铅、银、汞、铬等。在煤燃烧过程中，有的主要以气体状态随烟气排到大气中去，如氟、汞等易挥发元素；有的则主要富集于飞灰中，如铅、镉、铬等。第二节大气污染物排放管理措施一、我国火电企业现行的环境保护制度目前与电力工业相关的主要包括：环境影响评价制度、“三同时”制度、排污收费制度、污染物总量控制制度、排污权申报与排污许可证制度、限期治理污染制度和实行关停并转制度等。建设项目中的环境保护设施必须与主体工程同时设计、同时施工、同时投产使用的制度第一层次，“三同时”制度、环境影响评价制度体现了“预防为主”的原则，是电力行业的前期环境管理制度。第二层次，排污收费、总量控制、排污权申报与排污许可证制度(简称许可证制度)是实现电力企业发电过程的环境管理制度，过程环境管理制度是控制火电排放污染物的关键之一。第三层次，限期治理污染制度和实行关停并转制度是以“限期治理”为原则，实施环境质量目标的最后控制政策，是后期环境管理制度。这些制度可以归纳为三个层次：《排污费征收使用管理条例》（国务院令字第369号）中规定，2004年7月1日起按每排放1kg二氧化氮收费0.63元。二、建立“两控区”，重点对火电机组的二氧化硫排放实施控制两控区是酸雨控制区和SO2污染控制区的简称。两控区面积109万km2，占国土面积11.4%，其中酸雨控制区80万km2，占国土面积8.4%，SO2污染控制区为29万km2，占国土面积3%，共涉及27个省、自治区、直辖市。

三、修订标准且提高火电机组大气污染物排放的控制水平我国颁布了新的《火电厂大气污染物排放标准》GBl3223-2011

规定SO2和氮氧化物的排放限值，火力发电锅炉烟尘最高允许排放浓度、汞及其化合物的限值。

燃煤锅炉机组大气污染物排放浓度限值单位mg/m3（1）位于广西、重庆、四川和贵州省的火力发电锅炉执行该限值。（2）采用W型火焰炉膛的发电锅炉、现有循环流化床火力发电锅炉，以及2003年12月31日前建成投产或通过建设项目环境影响报告书审批的火力发电锅炉执行该限值。

污染物项目适用条件限值污染物排放监控位置燃煤锅炉烟尘全部30烟囱或烟道二氧化硫新建锅炉100200(1)现有锅炉200400(1)氮氧化物（以NO2计）全部100200(2)汞及其化合物全部0.03

重点地区燃煤锅炉机组大气污染物排放浓度限值单位mg/m3重点地区指根据环境保护工作的要求，在国土开发密度较高，环境承载能力开始减弱，或大气环境容量较小、生态环境脆弱，容易发生严重大气环境污染问题而需要严格控制大气污染物排放的地区。

污染物项目适用条件限值污染物排放监控位置燃煤锅炉烟尘全部20烟囱或烟道二氧化硫全部50氮氧化物（以NO2计）全部100汞及其化合物全部0.03第三节烟气监测一、烟气监测项目烟气的监测项目：烟尘、二氧化硫、氮氧化物的排放浓度和排放量；烟气含氧量及温度、湿度、压力、流速、烟气量(标准干烟气)等辅助参数。二、直接采样监测方法

(一)监测周期

《火电厂环境监测技术规范》(DL/T414-2012)规定烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度和排放量每年测定1次；除尘器大修前后应测定除尘器的除尘效率，同时测量各项烟气辅助参数。(二)测定条件①燃烧煤种和锅炉运行工况稳定，锅炉负荷大于75%额定值；②测试期间锅炉不进行吹灰、打渣，不投油助燃，系统不启停，不调整送引风机挡板；③测试前作好原始资料收集、试验大纲编写、仪器校验和安全措施等各项准备工作。(三)烟气中二氧化硫、氮氧化物浓度的测定

气态污染物测量分析方法被测物分析方法应用标准适用范围二氧化硫碘量法HJ/T56直接采样方法甲醛-盐酸副玫瑰苯胺分光光度法GB/T15262定电位电解法HJ/T57紫外荧光法HJ/T76仪器监测法非分散红外法氮氧化物NO或NO2盐酸萘乙二胺比色法HJ/T43直接采样方法定电位电解法HJ/T57非分散红外法HJ/T76仪器监测法化学发光法作业与复习1、煤的燃烧产物中对环境影响最大的是烟尘、