脫硫脫硝操作與控制

主要內容第一章概論第一節(jié)火電廠排放的大氣污染物第二節(jié)大氣污染物排放管理措施第三節(jié)煙氣監(jiān)測第二章煙氣脫硫技術第一節(jié)火電廠脫硫技術概述第二節(jié)濕式石灰石-石膏法脫硫技術第三節(jié)循環(huán)流化床脫硫技術第四節(jié)其他脫硫技術第五節(jié)工程實例第三章煙氣脫硝技術第一節(jié)氮氧化物控制技術概述第二節(jié)低氮氧化物燃燒技術第三節(jié)選擇性催化還原脫硝技術第四節(jié)其他脫硝技術第五節(jié)工程實例第四章火電廠脫碳技術第五章火電廠脫汞技術1．環(huán)境我國環(huán)境保護法中對環(huán)境的定義為：環(huán)境是指影響人類生存和發(fā)展的各種天然的和經(jīng)過人工改造的自然因素的總體2．環(huán)境污染環(huán)境污染是指人類直接或間接地向環(huán)境排放超過其自凈能力的物質或能量，從而使環(huán)境的質量降低，對人類的生存與發(fā)展、生物正常生長和生態(tài)平衡造成不利影響的現(xiàn)象，稱為環(huán)境污染。幾個基本概念電力環(huán)境保護概述3．環(huán)境保護環(huán)境保護就是運用現(xiàn)代環(huán)境科學理論和方法、技術，采取行政的、法律的、經(jīng)濟的、科學技術的等多方面措施，合理開發(fā)利用自然資源，防止和治理環(huán)境污染和破壞，綜合整治環(huán)境，保護人體健康，保持生態(tài)平衡，保障人類社會的持續(xù)發(fā)展。

4．電力環(huán)境保護電力環(huán)境保護就是指發(fā)電(電力生產)、輸電和配電各環(huán)節(jié)對環(huán)境影響的防護和治理。電力環(huán)境保護概述①火電廠尤其是燃煤電廠污染物控制；②水電廠建設和運行期的生態(tài)保護；③核電廠的放射性處理；④輸變電過程電場、磁場、電磁場的影響；⑤可再生能源環(huán)境保護問題等。

重點是燃煤電廠的污染物控制

電力環(huán)境保護內容主要有：電力環(huán)境保護概述燃煤電廠對環(huán)境造成的影響主要有：⑴排放煙塵造成污染；⑵排放硫氧化物、氮氧化物、二氧化碳造成污染；⑶排放固體廢棄物(粉煤灰、渣)而造成污染；⑷排放污水造成污染；⑸生產過程中產生的噪聲污染；⑹輸電線路及變壓器運行時產生的工頻電場和磁場對周圍環(huán)境可能產生的影響。

⑺排放熱水造成的熱污染。電力環(huán)境保護概述當前電力環(huán)境保護的重點是燃煤電廠的污染物控制，而燃煤電廠大氣污染問題尤其是其中的二氧化硫控制，更是重點中的重點。我國的大氣污染屬于典型的煤煙型污染，以煙塵和酸雨的危害最大，主要污染物有煙塵、硫氧化物(SO2、SO3)、氮氧化物、二氧化碳、微量重金屬等。電力環(huán)境保護概述電力環(huán)境保護的發(fā)展趨勢

(1)調整電源結構，加強電網(wǎng)建設

(2)推行潔凈煤發(fā)電技術

(3)依靠科技進步，提高污染控制的技術水平

(4)強化政策引導

(5)加強行業(yè)自律，推進循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展

(6)加強環(huán)保國際合作電力環(huán)境保護概述第一節(jié)火電廠排放的大氣污染物一、二氧化硫污染1．煤中硫的燃燒產物煤中可燃性硫在鍋爐中燃燒時主要生成SO2，硫轉化成SO2的比率(80％～85％)隨硫在煤中的存在形態(tài)、燃燒設備及運行工況而異。煤燃燒生成SO2的同時，還有少量SO3的生成，SO3約占SO2含量的1%～2%(體積比)。產污量和排污量經(jīng)驗估算法：燃煤設備的產污量＝燃煤設備的產污系數(shù)×耗煤量燃煤設備的排污量＝燃煤設備的排污系數(shù)×耗煤量產污系數(shù)和排污系數(shù)是指燃煤鍋爐每耗用1t煤炭產生SO2或NOx的量，其單位為kg/t。SO2的產污系數(shù)主要取決于燃煤中的含硫量、鍋爐燃燒方式、煤在燃燒中硫的轉化率，SO2的排放系數(shù)與采用的脫硫措施的脫硫率有關。SO2產污系數(shù)：G＝2000SrPSO2排污系數(shù)：G’＝G×(1-η)式中G──SO2產污系數(shù)，kg/t煤；Sr──為燃煤中含硫量，％；P──燃煤中硫的轉化率(經(jīng)實測為80％～85％)，％；η──脫硫設施的脫硫率，％。2．二氧化硫的危害電力生產中二氧化硫的危害主要表現(xiàn)在兩個方面，一是對鍋爐設備的腐蝕，二是對環(huán)境的危害。易與煙氣中的水蒸氣形成H2SO3和H2SO4。當與低于其露點的金屬壁面接觸時，會在上面凝結，造成低溫受熱面的酸腐蝕。煤中硫含量越高，露點越高，越易在較高溫度受熱面處凝結，危害也越大。當煤中硫含量較高時，為減輕腐蝕，必須提高排煙溫度，否則會有明顯的堵灰和腐蝕，對鍋爐危害很大。此外，隨煤中硫含量的增加，煤粉的自燃傾向加大。人體主要經(jīng)呼吸道吸收大氣中的SO2，引起不同程度的呼吸道及眼黏膜的刺激癥狀；SO2常常跟大氣中的飄塵結合在一起被吸入，飄塵氣溶膠微?？砂裇O2帶到肺部使毒性增加3～4倍；如果SO2遇到水蒸氣，形成硫酸霧，就可以長期滯留在大氣中，毒性比SO2大10倍左右，同時對金屬及農作物有著嚴重的腐蝕與傷害作用。大氣中SO2還是形成酸雨的主要污染物二、氮氧化物的污染1．煤燃燒過程中產生的氮氧化物

NO和NO2，少量的N2O.統(tǒng)稱為氮氧化物(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.

氮氧化物排放現(xiàn)狀作為一種酸性氣體，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，可引起肺損害，甚至造成肺水腫。慢性中毒可致氣管、肺病變。吸入NO，可引起變性血紅蛋白的形成并對中樞神經(jīng)系統(tǒng)產生影響。NOx對動物的影響濃度大致為1.0毫克/立方米，對患者的影響濃度大致為0.2毫克/立方米。據(jù)北京、上海、天津、沈陽、太原等地的調查表明，這些城市的SO2

和NOx重污染區(qū)內居民的慢性支氣管炎、鼻炎、鼻咽炎患病率比輕污染區(qū)高0.51倍，個別城市甚至高23倍。

溫室效應：N2O溫室作用是CO2

的310倍，是重要的溫室氣體。PM10、PM2.5：NOx容易形成PM10和PM2.5

，隨著人的呼吸進入肺部，對肺有直接損傷作用。光化學煙霧：強陽光照射下，NOx、碳氫化合物與氧化劑共同反應生成的藍色煙霧。這種以PAN(過氧乙酞基硝酸酷)和H2SO4

為主要成分的光化學煙霧對人的眼、鼻、心、肺及造血組織等均有強烈的刺激和損害作用，而且PAN還具有致癌作用。臭氧層：NO2

通過光化學反應分解為NO和O3

，地表臭氧對人體健康十分有害，對其他動植物也產生危害。NOx還會在大氣臭氧層與O3

反應消耗O3

，形成“臭氧洞”，并且“臭氧洞”的面積正在逐漸擴大，對人類自身安全產生越來越大的威脅，臭氧層破壞造成的紫外線過度照射將引發(fā)人的眼睛疾病和皮膚癌。二、氮氧化物的污染三、酸雨的危害

目前，三個備受關注的全球性大氣環(huán)境問題－溫室效應、酸雨和臭氧層破壞均與燃燒礦物燃料有關，其中酸雨問題最為嚴重。SO2和NOx是形成酸雨的最重要的物質，所謂酸雨通常指pH值低于5.6的降水。酸雨對水生生態(tài)系統(tǒng)、農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)、建筑物和材料以及人體健康等方面均有危害，我國目前每年因酸雨和二氧化硫污染對生態(tài)環(huán)境損害和人體健康影響造成的經(jīng)濟損失在1100億元左右，今后這種污染損失還將持續(xù)不斷地增加。我國酸雨的主要成分是硫酸，其次是硝酸。目前，在北京、廣州、珠三角、香港等地，氮氧化物的濃度已經(jīng)超過二氧化硫，我國的酸雨逐步演變成硫酸與硝酸混合型酸雨。我國大氣中二氧化硫、氮氧化物和酸雨的分布特征：SO2污染嚴重的城市主要分布在山西、河北、甘肅、貴州、內蒙古、云南、廣西、湖北、陜西、河南、湖南、四川、遼寧和重慶等省(自治區(qū)、直轄市)。煤炭消耗高的地區(qū)和機動車量多的大城市NOx污染嚴重。2005年，國家環(huán)?？偩衷谒薪y(tǒng)計城市中，廣州、北京、寧波、上海、杭州、哈爾濱、烏魯木齊、南京、成都、武漢等大城市NOx濃度相對較高。在80年代，我國的酸雨主要發(fā)生在重慶、貴陽和柳州為代表的西南地區(qū)，酸雨區(qū)面積約為170萬平方千米。到90年代中期，酸雨已經(jīng)發(fā)展到長江以南、青藏高原以東和四川盆地的大部分地區(qū)，目前，以長沙、贛州、南昌、懷化為代表的華中酸雨區(qū)已成為全國酸雨污染最嚴重的地區(qū)；華東、西南也成為主要的酸雨區(qū)；華北和東北的部分地區(qū)也頻頻出現(xiàn)酸雨。

2005年，《自然》雜志公布衛(wèi)星遙感測得數(shù)據(jù)，稱中國北京及東北部是世界上二氧化氮污染最嚴重的地方。歐洲航天局（ESA）據(jù)此發(fā)布題為《龍的呼吸》的新聞。歐洲航天局（ESA）ChinaMERIS衛(wèi)星拍攝到的一張中國東部地區(qū)的照片一層灰蒙蒙的煙霧籠罩在黃河附近的沿岸平原，并逐漸向黃海、東海地區(qū)擴散。衛(wèi)星遙感NO2濃度數(shù)據(jù)（全球）對比：SO2排放和控制現(xiàn)狀根據(jù)國家公布的數(shù)據(jù)，０7年上半年，全國二氧化硫排放總量１２６３.４萬噸，與去年同期相比下降０.８８％；在火電發(fā)電量增長１８.３％的情況下，電力二氧化硫排放量同比下降了５.２％。電力煙氣脫硫的裝機容量到2007年上半年達到約２億千瓦；煙氣脫硫機組占煤電機組的比例由２０００年底的約２％上升為目前的約４０％，已高于美國３０％的脫硫比例，創(chuàng)造了裝設煙氣脫硫裝置速度的世界奇跡。自２００６年以來，全國新投運煤電機組同步安裝并運行脫硫設施（不包括循環(huán)流化床鍋爐脫硫）的裝機容量比例達到８０％以上，２００５年以前的老機組正在按法規(guī)和政府要求逐步加裝脫硫裝置。預計到２０１０年，煙氣脫硫的比例將達到６０％以上，電力二氧化硫排放總量比２００５年下降３５％以上。NOx排放現(xiàn)狀隨著能源消費的增長，我國氮氧化物排放量持續(xù)增長。1995年，中國氮氧化物排放大約是1090萬噸，2004年增長到1860萬噸，年增長率6.1%。2005年的初步統(tǒng)計結果是1995萬噸。按照燃煤電廠目前的排放情況，只控制了SO2

的排放，而不采取有效的煙氣脫硝技術控制NOx的排放，2010年以后的510年，NOx排放總量將會超過SO2

，成為電力行業(yè)的第一大酸性氣體污染排放物。從歐洲、北美的教訓來看，控制酸沉降最初重視二氧化硫控制而輕視氮氧化物控制，而氮氧化物排放的增長和其高氧化性可能抵消二氧化硫控制的效果。隨著我國經(jīng)濟繼續(xù)高速增長和脫硫裝置的建成投入，脫氮必定成為火電廠新一輪污染控制的主題。四、煙塵污染1．煙塵的產生燃煤電廠是將煤粉(通常粒徑小于90μm的占80%以上)隨一次風送進燃燒室進行燃燒。煤中含有部分不能燃燒的成分，其殘留的固態(tài)物質即灰分，一般灰分產率可高達30%左右。煤燃燒后形成的灰粒粒徑很小，這其中約占10%為從爐底排出的渣；約占90%的灰懸浮于煙氣中，通過除塵裝置而將其絕大部分加以收集，仍有部分灰通過煙囪排往大氣中去。煙塵特指后者.2．煙塵的危害大氣固體顆粒物包括粉塵(指懸浮于氣體介質中的小固體粒子)和煙塵等，其最大粒徑大于100μm，最小粒徑僅有10-3μm。其中大于10μm的降塵在重力的作用下，能迅速沉降至地面；而小于10μm的飄塵(PM10)能在空氣中長期懸浮并做布朗運動，容易進入人的呼吸系統(tǒng)。由于飄塵幾乎不能被上呼吸道表面體液截留并隨痰排出，很容易直接進入肺部并在肺泡內沉積，因此對人體的危害最大。侵入肺部沒有被溶解的沉積物會被細胞所吸收，損傷并破壞細胞，最終侵入肺組織而引起塵肺，如吸入煤灰形成的煤肺，吸入金屬粉塵形成的鐵肺、鋁肺等。如果沉積物被溶解，則會侵入血液，并送至全身，造成血液系統(tǒng)中毒。例如妨礙血紅蛋白生成的鉛煙塵可以引起急性中毒或慢性中毒，其癥狀是精神遲鈍、大腦麻痹、癲癇，甚至死亡。燃燒和金屬冶煉過程，以及汽車排氣產生的煙塵具有很復雜的的化學組成，其中有如鎳、鎘、鉻、鈹、釩、鉛、砷等有毒化合物。特別是致癌物質苯并[a]芘、苯芘蒽等，通過呼吸道或皮膚進入人體，引起肺癌或皮膚癌。四、一氧化碳與二氧化碳CO無色、無臭，比空氣略輕，能與血紅蛋白生成穩(wěn)定的絡合物，降低血液的供氧能力而危害人類。CO2微具酸味，無毒，但濃度高時能造成缺氧窒息。此外，CO2的排放會給環(huán)境帶來危害，產生“溫室效應”。我國11月26日正式對外宣布控制溫室氣體排放的行動目標，決定到2020年單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降40％～45％。哥本哈根氣候峰會：在最終達成的《哥本哈根協(xié)議》里，維護了《聯(lián)合國氣候變化框架公約》及其《京都議定書》確立的“共同但有區(qū)別的責任”原則，就發(fā)達國家實行強制減排和發(fā)展中國家采取自主減排行動作出了安排，并就全球長期目標、資金和技術支持、透明度等焦點問題達成共識。不過，峰會沒有達成一項具有法律約束力的協(xié)議，關于“發(fā)達國家到底減排多少？”、“發(fā)達國家對發(fā)展中國家的減排幫扶如何落實？”、“減排是否執(zhí)行一個標準？”等焦點問題幾乎無一取得實質性進展。美國宣布將使碳排放總量比2005年減少17％；加拿大表示排放總量將在2006年基礎上減少20％；歐盟聲明將執(zhí)行較1990年排放水平減排20%～30%的目標；日本承諾較1990年減排25%……與此同時，不少跨國公司也公布了各種各樣的減排承諾，以樹立良好的、負責任的品牌形象。碳減排的商業(yè)空間：

技術、標準和碳關稅著名經(jīng)濟學家斯蒂格利茨說：“在下一個10年，美國要做的就是利用一切機會，將減緩全球變暖產生的需求轉化為市場”。發(fā)達國家一方面以正義的、無懈可擊的理由推動全球減碳，另一方面把已經(jīng)準備好的相關技術和設備推向全球，特別是發(fā)展中國家，以謀求下一輪經(jīng)濟增長的制高點，這早已不是什么秘密。著名學者郎咸平就曾表示，“在出口技術和設備的同時，美國一定會制定一套全球最為嚴格的標準，要想達標，你必須購買上述技術和設備。”相比之下，孫佑海(國家環(huán)境咨詢委員會委員、中國環(huán)境資源法研究會副會長、中國政法大學教授和博士生導師)認為，中國在節(jié)能減排方面不能被歐盟、美國牽著走，應該打出自己的特色牌。雖然中國目前還處在自主減排的階段，但是今后的減排壓力一定會越來越大，而且如果不跟進，就不能融入世界經(jīng)濟的主流。對此，孫佑海提出了四點建議：一是不能再單純地追求GDP；二是加大技術的提升，在保證經(jīng)濟增長的同時實現(xiàn)減排；三是加強管理，特別是立法；四是全民提高節(jié)能環(huán)保的意識，樹立低碳的生活觀念。五、微量元素的污染

煤中微量元素多達80余種，燃燒后分布于煙氣及灰渣中。對環(huán)境影響較大的微量元素主要有氟、砷、鉛、銀、汞、鉻等。在煤燃燒過程中，有的主要以氣體狀態(tài)隨煙氣排到大氣中去，如氟、汞等易揮發(fā)元素；有的則主要富集于飛灰中，如鉛、鎘、鉻等。第二節(jié)大氣污染物排放管理措施一、我國火電企業(yè)現(xiàn)行的環(huán)境保護制度目前與電力工業(yè)相關的主要包括：環(huán)境影響評價制度、“三同時”制度、排污收費制度、污染物總量控制制度、排污權申報與排污許可證制度、限期治理污染制度和實行關停并轉制度等。建設項目中的環(huán)境保護設施必須與主體工程同時設計、同時施工、同時投產使用的制度第一層次，“三同時”制度、環(huán)境影響評價制度體現(xiàn)了“預防為主”的原則，是電力行業(yè)的前期環(huán)境管理制度。第二層次，排污收費、總量控制、排污權申報與排污許可證制度(簡稱許可證制度)是實現(xiàn)電力企業(yè)發(fā)電過程的環(huán)境管理制度，過程環(huán)境管理制度是控制火電排放污染物的關鍵之一。第三層次，限期治理污染制度和實行關停并轉制度是以“限期治理”為原則，實施環(huán)境質量目標的最后控制政策，是后期環(huán)境管理制度。這些制度可以歸納為三個層次：《排污費征收使用管理條例》（國務院令字第369號）中規(guī)定，2004年7月1日起按每排放1kg二氧化氮收費0.63元。二、建立“兩控區(qū)”，重點對火電機組的二氧化硫排放實施控制兩控區(qū)是酸雨控制區(qū)和SO2污染控制區(qū)的簡稱。兩控區(qū)面積109萬km2，占國土面積11.4%，其中酸雨控制區(qū)80萬km2，占國土面積8.4%，SO2污染控制區(qū)為29萬km2，占國土面積3%，共涉及27個省、自治區(qū)、直轄市。

三、修訂標準且提高火電機組大氣污染物排放的控制水平我國頒布了新的《火電廠大氣污染物排放標準》GBl3223-2003

規(guī)定SO2和氮氧化物的排放限值，火力發(fā)電鍋爐煙塵最高允許排放濃度和煙氣黑度限值。

火力發(fā)電鍋爐SO2最高允許排放濃度單位mg/m3時段第1時段第2時段第3時段實施時段2005年1月1日2010年1月1日2005年1月1日2010年1月1日2004年1月1日燃煤鍋爐及燃油鍋爐2100①1200①21001200②4001200②400800③1200④注：①該限值為全廠第1時段火力發(fā)電鍋爐平均值。②在本標準實施前，環(huán)境影響報告書已批復的脫硫機組，以及位于西部非兩控區(qū)的燃用特低硫煤(入爐燃煤收到基硫分小于0.5%)的坑口電廠鍋爐執(zhí)行該限值。③以煤矸石等為主要燃料(入爐燃料收到基低位發(fā)熱量小于等于12550kJ/kg)的資源綜合利用火力發(fā)電鍋爐執(zhí)行該限值。④位于西部非兩控區(qū)的燃用特低硫煤(入爐燃煤收到基硫分小于0.5%)的坑口電廠鍋爐執(zhí)行該限值?；鹆Πl(fā)電鍋爐及燃氣輪機組氮氧化物最高允許排放濃度單位mg/m3時段第1時段第2時段第3時段實施時段2005年1月1日2005年1月1日2004年1月1日燃煤鍋爐Vdaf＜10%15001300110010%≤Vdaf≤20%1100650650Vdaf＞20%450燃油鍋爐650400200燃氣輪機組燃油150燃氣80火力發(fā)電鍋爐煙塵最高允許排放濃度和煙氣黑度限值

煙塵最高允許排放濃度(mg/m3)煙氣黑度(林格曼黑度，級)時段第1時段第2時段第3時段實施時段2005年1月1日2010年1月1日2005年1月1日2010年1月1日2004年1月1日2004年1月1日燃煤鍋爐300①600②200200①500②50100③200④50100③200④1.0燃油鍋爐2001001005050時段劃分：1996年12月31日前建成投產或通過建設項目環(huán)境影響報告書審批的新建、擴建、改建火電廠建設項目，執(zhí)行第1時段排放控制要求。1997年1月1日起至本標準實施前通過建設項目環(huán)境影響報告書審批的新建、擴建、改建火電廠建設項目，執(zhí)行第2時段排放控制要求。自2004年1月1日起，通過建設項目環(huán)境影響報告書審批的新建、擴建、改建火電廠建設項目(含在第2時段中通過環(huán)境影響報告書審批的新建、擴建、改建火電廠建設項目，自批準之日起滿5日，在本標準實施前尚未開工建設的火電廠建設項目)，執(zhí)行第3時段排放控制要求?，F(xiàn)有固體燃料機組：美國570-470英國650土耳其600瑞典145西班牙650葡萄牙1500-800荷蘭200盧森堡450日本411愛爾蘭650德國200芬蘭145丹麥20070165mg/Nm3裝機容量、發(fā)電量與NOx排放的關系單位火電發(fā)電量的污染物的排放量水平部分國家單位火電發(fā)電量NOx排放比較第三節(jié)煙氣監(jiān)測一、煙氣監(jiān)測項目煙氣的監(jiān)測項目：煙塵、二氧化硫、氮氧化物的排放濃度和排放量；煙氣含氧量及溫度、濕度、壓力、流速、煙氣量(標準干煙氣)等輔助參數(shù)。二、直接采樣監(jiān)測方法

(一)監(jiān)測周期

《火電廠環(huán)境監(jiān)測技術規(guī)范》(DL/T414-2004)規(guī)定煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度和排放量每年測定1次；除塵器大修前后應測定除塵器的除塵效率，同時測量各項煙氣輔助參數(shù)。(二)測定條件

①燃燒煤種和鍋爐運行工況穩(wěn)定，鍋爐負荷大于75%額定值；②測試期間鍋爐不進行吹灰、打渣，不投油助燃，系統(tǒng)不啟停，不調整送引風機擋板；③測試前作好原始資料收集、試驗大綱編寫、儀器校驗和安全措施等各項準備工作。(三)煙氣中二氧化硫、氮氧化物濃度的測定

氣態(tài)污染物測量分析方法被測物分析方法應用標準