燃煤污染物的生成与减排培训

燃煤污染物的生成与减排徐明厚华中科技大学煤燃烧国家重点实验室姚洪1987年华中工学院动力系本科1994年华中理工大学煤燃烧硕士研究生、博士研究生(中退)1998-2005日本博士、博士后、助教

(期间：2001.9澳大利亚Newcastle大学;2002.9美国Pittsburgh大学;2004.5/2005.6美国Arizona大学;2004.8美国Chicago大学)2005.9煤燃烧教授2005.10-11加拿大Alberta大学研究方向:煤燃烧与气化/生物质燃烧与气化/垃圾处理与焚烧/重金属污染控制/颗粒物…..燃煤排放物NOx；SOx；粉尘有毒痕量元素可吸入颗粒物（PM10）CO2报告内容2可吸入颗粒物

PM103

二氧化碳CO24减排非常规污染物的若干新方法1

重金属/Hg燃煤重金属的污染特点及危害

重金属不会因燃烧而消除煤燃烧析出的重金属形态、价态多变,毒性差异大会产生剧毒金属化合物许多重金属有强烈的三致作用,不易生物降解产生毒性效应的浓度低重金属排放标准（GB16297-1996）

农用粉煤灰中污染物控制标准GB8173-87煤中重金属的一般含量范围＊＊燃煤痕量元素的排放与控制，郑楚光，徐明厚等著，2002煤燃烧后重金属的去向极易挥发型,如Hg,As等重金属随烟气进入大气,通过干/湿沉降进入地面,危害陆生生态系统易挥发型,如Cr,Cd,Pb,Zn,Cu等重金属燃烧过程中从煤中析出,当烟气冷却时凝结,富集在颗粒上,最终滞留在飞灰中不易挥发的亲岩元素,如Al、Si等一般滞留在底灰中Hg0VaporElectronStaticPrecipitator(ESP)33.3%(Solid)SO2Scrubber

36.0%(Liquid)Smokestack30.6%(Gas)Pulverizedcoalflame0.1%(Solid)Coal（Service：Yokoyama,T.etal.:CRIEPIRep.,No.ET91002(1991)）PartitionratioofHg1.Elementalmercury(Hg0)→VolatileandInsolublematters2.Biatomicmercury(Hg2+)→HgCl2,HgO,HgSO4,etc.

Solublematters3.Organicmercury→HightoxicmattersHg2+Vapor汞在燃烧中的转化汞在环境中的转化与影响汞的危害

对人体的主要影响对中枢神经系统造成损害，其接触方式有呼吸吸入，皮肤吸附，食物摄入等人体汞中毒一般来自于食用受汞污染的鱼类和其它生物

对生态环境的主要影响汞排放到大气、水体、土壤中，在环境中循环，通过食物链引起生物圈中汞的蓄积，对人类及野生动植物造成很大危害砷中毒直接伤害人的内脏，最终导致癌变

砷中毒初步研究结果燃烧后绝大部分汞存在于烟气和飞灰中，少部分存在于底灰中反应机理（反应动力学）在加入石灰石之后，汞排放会降低*＊

浙江大学热能工程研究所报告内容2可吸入颗粒物

PM103

二氧化碳CO24减排非常规污染物的若干新方法1

重金属/HgTSP： 总悬浮颗粒物,小于100µmPM10： 空气动力学直径小于10µm的颗粒物IP： 可吸入颗粒物（漂尘）,PM10PM2.5： 空气动力学直径小于2.5µm的颗粒物，又称可入肺颗粒物

几个定义TSP(TotalSuspendedParticulate)PM(ParticulateMatter)IP(InhalabeParticulate)ElectrostaticPrecipitator燃煤电站是最重要的工业污染源之一大量细颗粒排入大气ESP对粗颗粒的除尘效率可高达99%以上，但对PM10的捕获率不高我国燃煤锅炉颗粒物排放量大约是电厂所用煤粉量的1.2%－1.5%

电站煤炭年消耗量/亿吨3.9

5.4

17.0

发电用煤量中国环境科学研究院北京1997夏季PM10未知源12％海盐2％建筑材料4％汽车尾气41％尘土21％煤飞灰21％北京1997冬春季PM10未知源14％海盐1％建筑材料4％汽车尾气32％尘土13％煤飞灰36％上海1999年平均PM2.5同济大学未知源13％重油燃烧3％煤飞灰21％汽车尾气18％二次颗粒物16％尘土29％源解析83%SO2优5%12%

春季可吸入颗粒物优SO2NO2可吸入颗粒物55%12%2%31%冬季颗粒物对城市空气质量的影响北京市区朽全年能见泉度低于4km的天数颗粒物皇对大气稼能见度焰的影响研究结论1燃煤的党贡献率对TSP为33%；对PM10为35%；对PM2.5为35%不同粒径咱占TSP的比例(数量)PM10占TSP的82%；PM2.5占TSP的63%富集特牲性颗粒物乓中Ba、P、As、Cd、Pb等有害物币质70%-汽80%富集在PM10和PM2.5的颗粒省物中1中国环境掀科学研究彻院微细颗乎粒的危迹害：大颗粒(PM2.5-削10)收集于鼻碎、咽、气陷管，不可毁入肺小颗粒（PM2.5）可入肺富集有毒案重金属对多个旅城市的疯调查表明PM2.5与神甜经系统们发病率剃有直接馅相关性Doc透ker呼ye微ta客l(杯199婚3),淘N真Eng象lJ挣Me六d:产329眯(24板),炸175值3.微细颗粒犹对人体的距危害PM10呈相似舅的双峰钉分布，切峰值分杀别在0.1和4.3μ哨m附近。PM10的粒径分赠布研究结论11华中科技脉大学煤燃浇烧国家重仿点实验室PM10排放浓度泻变化（140米0℃）PM10排放浓换度变化但（<63捞µm）研究结裕论1煤粉粒稍径越小胜，生成勺的PM10也越多随着温焰度的升冒高，PM10排放浓度携增加相同温度狭下，随氧急气含量提孔高，PM10排放浓度旬明显增加1华中科尚技大学鲁煤燃烧费国家重站点实验板室无机元许素化合剥物在PM中多呈卖双峰分富布，Si、Al是超微米群颗粒物的容主要组成忆元素，而偶亚微米颗禽粒物多由青碱金属、确碱土金属喝的硫酸盐伪构成。这均是由不同犯的形成机房诚理决定的疏。研究结论--无机元素捎在颗粒物股中的分布11华中科辜技大学诸煤燃烧奶国家重曾点实验嫩室除尘器闹入口PM10的峰值设分别在0.1和3.9钱5μm左右，而匆除尘器出助口PM10的峰值分妻别在0.1和2.36烂μm左右300鄙MW机组除顺尘器入瞒口颗粒特物质量代粒径分愈布研究结论1300M姓W机组除喘尘器出瓦口颗粒岂物质量济粒径分音布1华中科技倒大学煤燃候烧国家重虎点实验室不同粒末径PM10的除尘筑效率原因：粒径大挺于1μm的粗颗粒六来说，主示要是惯性闯力作用，脚对于粒径眯小于0.1乡丰μm或更小的搬细颗粒，丑则是由布版朗运动起酒决定性作蚕用，而粒子径为0.1－1μm左右的隆颗粒为埋两种作轻用的过团渡区研究结论11华中科技须大学煤燃横烧国家重溉点实验室锅炉B和锅炉C烟气量学分别为30万m3/h和15万m3/h，两种除删尘器出口耻处颗粒物走排放总量逝分别为67.运66k嫩g/h和50.鹊07k烘g/h，颗粒物众排放量相轻当巨大。械因此，改造目捏前现有命的低效寇率除尘治设备、各开发和挺应用先烫进除尘页设备燃煤电运厂大量辈颗粒物士排放显宵得尤为讲重要，对这也是乎控制目兰前我国叔大气颗庆粒物污羡染的有貌效途径咸之一。其它16.55％难熔性氧化物19.58％碱金属氧化物43.25％SO320.62％其它2.40％难熔性氧化物83.58％碱金属氧化物6.51％SO37.51％亚微米颗存粒粗颗粒结论：亚微米颗爪粒物中主卡要为碱金者属、硫酸落盐；粗颗无粒物中难塌熔氧化物版占据主导恢地位研究结论—300搬MW锅炉亚微涌米颗粒和棉粗颗粒的程化学组成11华中科技萝大学煤燃肢烧国家重穴点实验室典型的唇小雨、洁中雨和睬大雨过秩程对中刺等尺度旋气溶胶挽的湿去误除效果姐均不理扑想,盾但都可雕以有效忆地湿去隐除大尺裤度气溶歪胶(>2μ恶m)和小顽尺度气遗溶胶(<0.01兔μm)3种降雨或类型对分大尺度齐气溶胶逮的湿去章除效果烟均依次始好于小述尺度气恒溶胶和纺中等尺浆度气溶炼胶对于任读何尺度训的气溶弟胶,雨强的臂增加将得有利于捕它的湿项沉降研究结论—雨强对气晨溶胶湿去败除的影响盐分析11华中科技区大学煤燃碌烧国家重浸点实验室在降雨量案一定的情彩况下，对弄于对数正夜态雨滴尺米度谱的(爪人工喷淋驼)降雨过望程，雨滴禁几何平均血尺度越小封，或者雨三滴几何标俯准偏差越械小，越有洲利于小尺魔度和中等恢尺度气溶窜胶的湿沉少降，而稍后微不利于迹大尺度气凤溶胶的湿圣沉降启发：对于人鼻工喷淋装桥置，在喷践水量一定隶的情况下率，通过调搏整喷淋设线备，使得存水滴越小永和越均匀贱，将有利震于提高可琴吸入颗粒疗物的脱除特效率1华中科施技大学垃煤燃烧保国家重胆点实验骂室研究结论—雨滴谱对努气溶胶湿爷沉降的影锡响分析1燃烧烟气他中可吸入怎颗粒物源住的脱除技虚术光、热去、电、械声、化稠学吸附锄、过滤膜等技术医的改进截与组合大气中示可吸入抛颗粒物小的清除筑技术室内可吸佛入颗粒物牵的清除技妨术改进燃烧告过程控制非可吸入颗越粒物的形年成可吸入颗患粒物控制御技术的可逗能方向报告内容2可吸入卫颗粒物PM103二氧化棋碳CO24减排非常规污蹲染物的若狐干新方法1重金属/Hg国家CO2

排放(Mtc)1990199720102020美国1345148017871979中国62082214572091前苏联1034646728875日本274297331354全世界58366175814610,009Sou狗rce摄:E皱ner昨gy辱Inf要orm料ati用on巧Adm跪ini涌str钞ati娱on/阶Int龄ern脂ati状ona躲lE咐ner使gy脚Out室loo各k2拿000世界CO2排放状况海平面上贷升与陆地扶淹没气候带的互移动飓风的加街剧植被的迁祖徙与物种崖灭绝洋流的变廊化与厄尔印尼诺雨型的授改变；近50年的气候陕变暖主要揉由人类使匪用化石燃镜料排放的裂大量CO2等温室狡气体的符增温效事应造成票的。全球变暖作的影响（a）自然餐因素（坏太阳活厦动、火谱山喷发所等）的新影响（b）人类刃活动产个生的气厅体和微怜粒的影垦响地球温益升和温盾室气体地球表面盒气温变化地球气候胃变化是否苏堪忧？工业革填命以前纸，CO2含量极毁为稳定葵。工业拨革命到1959年，大气声中的CO2浓度从虹大约280拴ppm增加到316甩ppm，增加做了13%。仅在34年就增摩加到357诉ppm，又增加灵了13%，与前两桃个世纪上责升的幅度算一样大。人类活肃动对大移气中CO2变化的影烈响与能源有朴关的CO2排放的变取化化石燃成料燃烧CO2排放21世纪攻温室效应年总量煤石油天然气MtcMtc%Mtc%Mtc%199062051482.99815.881.29199680162581.413817.2111.37199782266180.414818121.4620051,18693278.621318403.3720101,4571,11576.527719654.46中国化冲石能源CO2排放状况199厘6年我国的CO2排放量砍分布Mt/年O2/CO2燃烧方隶式CO2的深海处捉理移动船议只释放榨液态二芳氧化碳管道释顶放二氧敞化碳NH3+H2O+CO2NH4HCO314+3菠12+3箩2杂79每kgN吸收12/机14=笛0.9太kg票C植物施肥蛙后,因光合作僵用每kg秀N促使草本植物馆增长50羊kg、木本植蛙物增长150婶kg，相当于刮每kg初N又固定少了1.7剥~荡5k馅gC用NH3吸收CO2生成化肥NH4HCO3报告内容2可吸入颗竟粒物PM103二氧化碳CO24减排非常规污纹染物的若克干新方法1重金属/Hg近几年调来已开费发出多净种燃煤念发电技夕术，其屠中CFBC、PFBC－CC和IGC魔C在国际胶上得到半广泛关冬注和重姿点研究粉及示范超临界座机组技滥术是当得今世界涂上一项溉既成熟息又在发绞展中的鹅火电技景术超超临界客机组在本怖世纪将具锤有广阔的购发展前景错，配合常丈规烟气脱叙硫脱硝技烦术的进一天步完善，危仍将会组羽合出高效技、洁净的腹燃煤发电直方式超临界机捕组是高效慢洁净煤技眉术不同发桃电方式怎的技术吐经济比册较*亚临界/超临界超临界跃机组是老成熟、保先进的刚技术，超在机组响的可靠态性、可权用率、适热机动勿性、机亚组寿命吵等方面贪已经可经以和亚证临界机芳组媲美涨；超超临侧界机组斜已经有拼了商业梯运行经侧验。发展超临誓界机组的喂优势4800胖MW俄罗斯铃的苏尔嗽古特第财二电厂孙天够然气440牺0MW日本的鹿括岛紧油432糠0MW波兰的驻巴尔哈傻托夫志褐煤4110水MW加拿大的您楠蒂柯克花煤3000价MW分布在独闲联体(9)、南非(6)、日本(5)、美国(5)等130至0MW禾9台 美斧国120呈0MW臭1台痕俄罗斯115张0MW赠1台 美贪国1000追MW别29台 主煤要在日本选和美国800M盯W舟20余台畜主要辫在美国毒和独联单体高参数大让容量机组绝的发展趋把势世界上单帜机容量最宁大的机组世界上大课型火电厂开发使用乡丰耐高温性确能良好的赢钢材超临界汽蜻水两相的爆流动特性超临界免锅炉的呜燃烧技查术监测、苦诊断和从自动化脾技术超临界惊参数的肠辅机设饼备发展超窗临界机极组面临呆的技术圾问题燃料的飞适应性发达国培家的煤慢种较为执固定切圆燃烧膝的优势W型炉副膛的金撞属耗量逆大燃烧方式将的相应变券化炉内温度驻水平升高埋，热负荷叮分布不均向和偏差出口烟是温偏差燃烧器与挽炉膛的布途置安全性结渣与淘高温腐移蚀管束应挣力差超临界锅逗炉机组燃脖烧关键技集术锅炉燃烧任在线检测榆和优化控额制基于故械障诊断旺的电站毅设备状于态检修火电厂忆综合自感动化系惹统超临界弹锅炉机宁组燃烧窃关键技王术美国联泼邦能源锹技术中腔心与工业界敬一起正在见发展一种伟先进的发宰电系统—贸LowEmi墨ssi弊on泄Boi化ler卵Sy丝式ste导m基于长娃期应用斑的粉煤断燃烧技环术上，心但较之疑现有的徒燃煤电恨站具有既更高的间热效率纸、更好饰的环境梦效应和停较低的苗发电成匙本美国低纪排放锅凉炉系统男计划—LEB斤SEmi控ssi伤onsAbo如ut岂1/1梁2S接O2,1/括5NO漆x,an唐d1/锦3of霉the四par照ticu确late掉mat傻ter岭requ诉ired略by块the腿New用Sour朴ceP枯erfo刮rman峡ceS吐tand熄ards午(NS不PS).Effi僵cien活cy42t风o47嫂per引cent汪tot饲als赶tati纱on,洪net,翁bas汗edo灿nfu弊elH剃HVCost驴of永Elec让tric辫ityPro侵duc垦ee耕lec撤tri插cit多ya冷tc稠ost瞧se脑qua赛lt塞oo砌rl醉ess纷th梁an怠tho母se钢of栽am日ode石rn-药day脏co壮al摆pla蓝ntLEBS特点Inc骑lud许es垮as判upe启rcr赛iti响cal位st酱eam禾cy灰cle倒,a背lo诵w-N柏Ox,录U-游fir牌ed,至sl右agg故ing皂co什mbu绩sti降on俗sys说tem场,a恒nd剧am记ovi岭ng-做bed杂co甩ppe仍r-o填xid麦ef杀lue夜ga虎sc立lea塔nup方sy驼ste帮mf猾or给SO2and烤NO艇xcont每rol燃料燃料反应器CO2,H2O空气空气反应器N2,O2M(+M拍O)MO(漆+M)化学链绍燃烧技岂术原理燃料＋MO(金属氧化物)CO2＋H2O+M(金属)燃料侧反应:M(金属)

＋O2(空气)MO(金属氧化物)空气侧反应:化学链星燃烧技秃术研究婶现状