美國火電廠煙氣排放限值及控制技術(shù)

1、Ray E.Henryk 旻國火電廠煙氣樁放限值及檢制技術(shù)13（總 139）事東g力East China Electric Power美國火電廠煙氣排放限值及控制技術(shù)Ray E HenryfC. L. Shieh（Sargent & Lundy1 ）摘 要:美國火電廠煙氣排放限值及控制技術(shù)在過去的37年內(nèi)不斷發(fā)展進步。受限制的排放物越來越多而 且對每種污染物的限偵日益嚴格?？偨Y(jié)了當今類國使用的排放限值及控制技術(shù)并展望了未來的排放限值及 潛在的排放控胡技術(shù)。關雀詞:煙氣排放限值;排放控制;火電廠作者簡介:Rayu E. Henry(1949)機械工程.Sargent & Lund

2、y全球能漁咨詢部資深咨詢師參與火電廠燃煤 項目技術(shù)工作。中圖分類號：X?73文獻標識碼:B文章編號：1001-9529(2008)02-0012-04 Emission limits and controk for coal-fried power plants of USARay E. Henry 9 C. L Shieh(Sargent & Lundy". USA)Abstract: Emission limits and controls for coal-fired power plants in the USA have evolved over the past

3、37 yeare. Hie emissions subject to limits have increased and the limit 伽 each pollutant has become more stringent An overview of the current emission limits and control technologies used in the USA is presented, as well as a view of the future emi&sion limits and potential emission control techn

4、ologies.Key words：flue gas emission limit； emission control； coal-fired power plantRay E.Henryk 旻國火電廠煙氣樁放限值及檢制技術(shù)13（總 139）1970年頒布的清潔空氣法案（CAA）是美國 首部控制發(fā)電廠煙囪排放的國家立法。1990年 出臺的CAA修正案對排放設定了其他的限值。 2005年頒布的州際清潔空氣條例（CAR）擴大了 排放限值的使用范圍。近年來，個別州單獨立法 提岀了對汞的排放控制。盡管當前仍沒有對C02排放的具體限值，但 CO?排放已經(jīng)成為新建電廠許可的一個指標，并 且很有可能在未來設

5、定限值。1當前對SO2、NOx及顆粒物的限值美國目前已經(jīng)對二氧化硫（SO2）、氮氧化物 （NOx）及顆粒物設定限值（新污染源實施標準）， 但是對新建電廠項目，在審批空氣許可時要求各 新電廠必須在開工前證明其符合最佳可行控制技 術(shù)（BACT）的要求。這一措施使新建電廠的排放 限值不斷降低。新建電廠的空氣許可是公開信 息，而且每家新建電廠在申請空氣許可時,負責審 批許可的機構(gòu)以及其他的任何人都可以詢問為什 么這家電廠不能達到其他電廠相同的或是更低的 限值。現(xiàn)在的趨勢是空氣許可申請人為了獲得公 眾的同意需要提出比以前的電廠更低的排放限 值。由于可達到的排放限值取決于煤的品質(zhì)，所 以以后的電廠可能會、

6、也可能不會比所有以前的 電廠的排放限值低，但是整體趨勢是下降的。如果籌建的電廠位于環(huán)境空氣污染物密度較 高的地區(qū)，則該新建電廠需要進一步使排放量低 于BACT的要求。同樣，如果籌建的電廠位于環(huán) 境敏感區(qū)域，例如國家公園附近，除了符合BACT 的要求，該新建電廠還需訐明他們不會對該區(qū)域 造成負面影響或產(chǎn)生任何可視煙霧。圖1、圖2、圖3顯示了世界銀行（污染防治及 削滅手冊,世界銀行集團,1998年7月生效）、美 國（BACT,最新空氣許可）、中國（GB13233- 2003）、歐盟（2001/80/EC指令）等各國及各組織 當前規(guī)定的新建屯廠SO2、NOx及所有顆粒物的 排放限值，以及美國燃煤電廠

7、最近的標準空氣許 可限值。世界銀行正在審査電廠的排放限值（包括所 有使用固體、液體或氣體燃料的發(fā)電廠），并希望圖I若干國家、姐織的so?排放限值8001圖2 K0x»放限值降低排放限值。除了新建電廠的排放限值，以上國家和組織還 對現(xiàn)有電廠規(guī)定了排放限值。然而,現(xiàn)有電廠排放 的限值比新建電1的更為復雜，需要另外介紹。2 SO?控制技術(shù)美國使用的大多數(shù)S02控制技術(shù)是濕法脫硫 或干法脫硫(FGD),其中最普遍的是濕法石灰石 系統(tǒng)。目前的濕法及千法FGD系統(tǒng)(或在建系 統(tǒng))如圖4所示。(“7個)覆法（31 個）圖4所有公布的煙naftrt(FGD)項目(觀蟲/干法系統(tǒng)的散嗟對比)在多數(shù)情況

8、下,對于新建機組，濕法或干法煙 氣脫硫系統(tǒng)都可視為BACTo濕法與干法FGD系統(tǒng)的選擇取決于燃煤的 硫含量及相關的反應物成本。因為美國地區(qū)當前 使用的大多是含硫址中等或較高的燃煤,而且石 灰石的價格相對便宜并可以在美國大多數(shù)地區(qū)獲 得,所以最常用的是濕法石灰石系統(tǒng)。如圖5所示，美國有大量在建的或計劃建設 的新FGD系統(tǒng)，其中大多數(shù)是對現(xiàn)有機組進行改 造。因為法案的生效日期，未來幾年將新建一大 批FGD系統(tǒng)。圖5關國語FGD系統(tǒng)大扯興建FGD系統(tǒng)導致成本上升。成本上 升的部分原因是全球市場商品價格的上升，尤其 是合金及纖維強化塑料(FRP)成本增加,部分原 因是FGD系統(tǒng)需求量的增大。圖6顯示了

9、 2004 .2006年FGD(濕法)系冼的成本。-AM dsrv*s05001 0001 500圖6 FGD O總安裝成本3 NO*控制技術(shù)對于煤粉鍋爐而言,選擇性催化還原技術(shù) (SCR)被視為BACT0 一個SCR裝置可以降低約 85%的NO、排放。因此,新機組通常使用一個 SCR裝置及低NO*燃燒器。對于硫化床鍋爐而 言，選擇性非催化還原技術(shù)被視為BACTO4顆粒物控制技術(shù)可以使用靜電除塵器(ESP)或袋式除塵器控 制顆粒物排放。美國新建的機組大多使用袋式除 14(總 140)#東電力2008.36(2)塵器，因為達到嚴咯的排放限值需要使用非常大型 的ESP,而且袋式除塵器可以更好地進行

10、汞控制。5 PM“（顆粒物）控制技術(shù)直徑小于2. 5 jun的額粒物）的排放 由BACT限制在約15 mg/Nm并通過袋式除塵 器收集。對于安裝濕法FGD裝置的機組而言，需 在濕法FGD裝置的下游安裝一個濕犬除塵器以 收集經(jīng)過FGD后煙霧中含有的PM-粉塵。6歷史及預測的排放值排放控制限值顯著降低了美國燃煤電廠的排 放屋。如圖7所示，盡管發(fā)電址增加了，但每年的 S02及NOx總排放噸數(shù)卻降低了，而且排放啟會 進一步持續(xù)降低。2013 500I9X) 19751«01«51990199520002005201520202025 XM年度5 H10MH、«SX鄉(xiāng) PO

11、UUTb氓圖7吳國發(fā)電an so2及no,歷史及預團的排放值 7汞控制技術(shù)大多數(shù)燃煤都含有汞，燃煤中約60%的汞通 過煙囪排放岀去。盡管一個電廠汞的排放童相當 低但在美國存在著這樣的憂慮:所有電廠及其他 來源排放的汞會隨著時間積累并引起健康問題。 電廠排放岀的汞可以在大氣中存留長達2 a的時 間，并可能積存在距離排放源很遠的地區(qū)。因此 汞排放是一個世界及地區(qū)問題。如圖8所示，美 國電廠汞排放量僅占全球汞排放量的l%o在美國國家沒有規(guī)定汞限值,但是各個州有 限值規(guī)定。例如，伊利諾斯州內(nèi)所有燃煤電廠在 2015年之前必須收集燃煤中90%的汞。電廠評價及控制汞排放的困難之一是汞的排 放率很低，難以測

12、量?？梢允褂肊SP、袋式除塵器及濕法FGD系統(tǒng) 收集汞。收集的汞數(shù)雖取決于汞存在的形式（元 素汞、Hg離子、H/、汞微粒及HgP）0煙煤產(chǎn)生吒卜Ml%的仝創(chuàng)於16火人於#JS5 "仝丁外的人力*激圖8 （與全球排放漁相比）笑國燃煤電廠的汞排放社絞少 的大多是Hg離子而次煙煤產(chǎn)生的大多是元素 汞。ESP、袋式除塵器及濕法FGD系統(tǒng)對于收集 汞離子更為有效。在袋式除塵器上游噴肘活性炭可以除去煙氣 中90%的汞。濕法FGD系統(tǒng)同樣可收集汞,但其收集率取 決于汞存在的形式。如果燃煤含氯，其中部分汞 會轉(zhuǎn)化為氯化亞汞并由濕法FCD系統(tǒng)收集。如 果燃煤中所含氯不足以發(fā)生反應,可以向燃煤中 加入化

13、學添加劑以提髙汞的轉(zhuǎn)化率。濕法FGD 系統(tǒng)可以收集90%的汞。8 CO?控制技術(shù)盡管當前美國沒有規(guī)定CO?的排放限值，但 美國多個州已經(jīng)通過或正任考慮對此立法。圖9 顯示了各州在此方面的計劃。 GHG3圖9各州海堂氣體幷放控制計劃圖10顯示的是美國C02或其等效物的排放 源。如圖所示，發(fā)電廠產(chǎn)生了 34%的CO?,成為 減排的主要目標。降低co?的排放量是電力行業(yè)所面臨的最 具有挑戰(zhàn)性的問題。圖11顯示了在負荷年均增 長2%的基礎上在發(fā)電類型或效率不變的情況 下，美國一個典型的10 000 MW公用電廠毎年 co2的排放呈。Ray EHenry,等 旻耳火電廠煙氣特放樂值及檢創(chuàng)技采15（總 1

14、41）Ray EHenry,等 旻耳火電廠煙氣特放樂值及檢創(chuàng)技采15（總 141）1502534帕的8芒口丸電J26% 的 CO：iW2%的CO加HFC, PFC.Sh21%的CO渺 (勦5贈。E10 矣國 C02 »ttM125751990 2000 2010 20202030 2040 2050年度圖11 10 GW公用設俺典堂的CO2排放量圖12顯示了采取以下措施后的減排空間：(1) 一半以上的發(fā)電量是由可再生能源發(fā)出 的；(2) 用改進后更有效的機組更換現(xiàn)有機組, 在2040年前更換所有老機組；(3) 新機組可收集50%的CO“圖12說明這3項措施的累積效應。請注意 這將使2

15、030年C02的排放址低于1990年CO2 的排放量。S5 © 5 o 52 7 5 21 1 n1990 200） 20102020年度2030 2040 2050圖12采取3氏獵施下的CO：的廉排空間如圖13所示，使用新高效機組更換老燃煤機 組將會十分有助于整個CQ減排計劃。圖13顯 示老機組與新機組相對應的co2排放a(t/Mw h)。請注意，新高效機組所有的排放量都會降 低(t/MW h) 而不僅僅 CO,的減排°有多種收集CO2的可行工藝流程可運用于 使用吸附劑(C02吸收塔)的燃煤粉電廠，包括：(1) 胺；(2) 氨水一(3) 冷凍氨。目前所有工藝流程都比較昂貴

16、，并需要空 間、廠用電及反應物。2100.80.60.40.2°舊式新式新X 翹先進的核電受臨界亞給界趙竊界超臨界IGX機給機姐機粽機組機組圖13采用新的高效機組發(fā)電帶來的CO?減排空間9 結(jié)語在美國當前新建燃煤電廠的排放標準是全世 界最嚴格的。因為最佳可用控制技術(shù)(BACT)要 求毎家電廠使用最佳的技術(shù)，導致對新電廠的標 準口益嚴格。除了 so2.nox及顆粒物(總顆粒物及pm25) 的排放限值，正在實施汞排放限值。CO2的排放 限值極有可能在未來出臺。美國現(xiàn)有電廠的排放 限值正通過SCR、FGD、袋式除塵器及碳噴射技改 得以實現(xiàn)，以滅少國家總體排放。電力行業(yè),包括電廠業(yè)主、設備供

17、應商及設計 工程師已經(jīng)能夠響應排放限值的發(fā)展要求。未來 預計會規(guī)定co2排放限值,這給電力行業(yè)提出了 最大的挑戰(zhàn)。tt»BW：2008X)l-08*文編輯:王足錚電力簡訊貫徹國網(wǎng)公司領導指示加快電網(wǎng)恢復重建進度Ray EHenry,等 旻耳火電廠煙氣特放樂值及檢創(chuàng)技采15（總 141）2008年2月16日晚，華東500 kV電網(wǎng)搶修前線指揮部召開第二次會議。國家電網(wǎng)公司總經(jīng)理助理、國網(wǎng)公司抗冰搶 險浙江工作組常務副組長劉第紹公司總經(jīng)理帥軍慶.91總經(jīng)理吳平四省一市電力公司及上海電力建設公司領導各公司 有關部門和各送變電公司負員人參加了會議。為貫徹落實劉撅亞總經(jīng)理的指示和耍求，會議對浙江500 kV電網(wǎng)恢復重建 階段目標作了調(diào)整，要求各單位確保完成搶修任務。會議還就北京、天