燃煤煙氣超低排放技術(shù)開發(fā)及標準探討目錄

課題背景燃煤煙氣超低排放技術(shù)探討高效氣相煙氣脫硫脫硝技術(shù)化石燃料環(huán)境友好工業(yè)路線開發(fā)

總結(jié)課題背景

我國大面積發(fā)生的大氣霧霾已成民生之患、民心之痛，要鐵腕治理。

霧霾形成的根本原因是廢氣污染物排放量巨大，因此，應該大幅度減少污染物排放是實現(xiàn)我國環(huán)境空氣質(zhì)量明顯改善的重點措施。

近年來，燃煤電廠環(huán)保投入資金數(shù)以千億計，幾乎100%都裝了脫硫、脫硝和除塵裝置。并且根據(jù)有關(guān)部門提供的排放物指標檢測數(shù)據(jù)，污染物的量確實在下降，但為什么總體來看，霧霾依舊越來越嚴重?是哪里出了問題?

近期全國正在進行燃煤散燒的治理，效果有待觀察。

課題背景全世界每年向大氣中排放CO2320億噸以上，中國每年排放大約100億噸。

其中約20億噸被海洋吸收，陸地生態(tài)系統(tǒng)吸收7億噸左右；人工利用量不足10億噸。

顯然，CO2排放量已經(jīng)遠遠超過了大自然自身平衡的能力，降低化石燃料利用過程中的CO2排放，進而降低大氣中的CO2濃度已成為全球面臨的重大挑戰(zhàn)。課題背景燃煤煙氣超低排放技術(shù)探討挖掘已有技術(shù)和設(shè)備潛力、輔機改造、系統(tǒng)優(yōu)化超低排放設(shè)備擴容、增加新設(shè)備優(yōu)化煤質(zhì)：熱值高、灰分少、硫分低1.技術(shù)分析沒有創(chuàng)新性、革命性的技術(shù)出現(xiàn)機組改造難度大2.效益分析

減排量：實際減排的總絕對量不大；

環(huán)境質(zhì)量分析：因減排的總的絕對量不大，超低排放對環(huán)境質(zhì)量影響的分擔率要遠遠小于排放量的分擔率，對環(huán)境質(zhì)量改善的作用相對較??；

CO2排放：預計每年因超低排放改造，僅脫硫脫硝兩項增加CO2排放約2380萬噸（未考慮改造用的鋼材、催化劑等生產(chǎn)及物料運輸過程的CO2排放）。燃煤煙氣超低排放技術(shù)探討3.經(jīng)濟分析1）單位發(fā)電量增加成本按20年運行周期，在現(xiàn)有環(huán)保電價基礎(chǔ)上，實現(xiàn)超低排放機組（MW）單位發(fā)電量增加成本（分/KWh）3001.476001.0810000.82雖然從2016.1.1起，超低排放電價補貼1分/KWh。但由于補償標準將逐年降低，從長遠看，不斷提高的環(huán)保成本將有業(yè)主承擔。燃煤煙氣超低排放技術(shù)探討3.經(jīng)濟分析

2）單位污染物控制成本SO2

NOX備注全社會平均成本（元/kg）1.26按指定排污收費標準測算北京（元/kg）10天津（元/kg）6.38.5SO2：超低排放削減增量的成本是改造前成本的近20倍煙塵：濕式電除塵器控制成本是前端除塵器控制成本的千倍燃煤煙氣超低排放技術(shù)探討燃煤煙氣超低排放技術(shù)探討

依法性問題：缺乏法律方面保障；一些技術(shù)性問題尚未清楚（如氨逃逸、SO3產(chǎn)生量增加、廢棄催化劑處理）

監(jiān)管問題：監(jiān)測方法（低濃度監(jiān)測的精準性）

技術(shù)層面問題：無技術(shù)創(chuàng)新

超低排放與其他方面的協(xié)調(diào)性問題：如何統(tǒng)籌超低排放與節(jié)能、減碳、節(jié)水以及其它常規(guī)污染物控制間的關(guān)系

經(jīng)濟型問題：改造成本高，尤其是現(xiàn)有機組的超低改造

燃煤煙氣超低排放技術(shù)探討

開展超低排放綜合效果的系統(tǒng)研究與評估

適時修訂《火電廠大氣污染物排放標準》

有序推進超低排放改造

提前部署超低排放技術(shù)研發(fā)GB13223-2011大氣污染物排放標準（最嚴格排放標準）大氣污染物超低排放標準燃煤鍋爐（重點地區(qū)）煙塵20mg/m3SO250mg/m3NOX(以NO2計)100mg/m3汞及其化合物0.03mg/m3燃煤機組（重點地區(qū)）煙塵5mg/m3SO235mg/m3NOX(以NO2計)50mg/m3燃煤煙氣污染物排放標準

大氣污染物排放標準制定的初衷并非是治理霧霾，而是治理環(huán)境空氣質(zhì)量標準中限定的三種常規(guī)污染物——煙塵、二氧化硫和氮氧化物，它們是霧霾污染物的主要成分，與霧霾關(guān)系密切。從總體來看，燃煤電廠煙塵、二氧化硫、氮氧化物三種常規(guī)污染物的排放已不是影響環(huán)境質(zhì)量和霧霾形成的主要原因。燃煤煙氣污染物排放標準國內(nèi)正在開發(fā)的超低排放工藝流程圖如下：國內(nèi)正在開發(fā)的超低排放工藝流程示意圖煙氣污染物超低排放技術(shù)探討石灰石-石膏法脫硫數(shù)據(jù)表機組2×300MW年運行時間/h6000耗水量/kt·年-1825耗電量/MW·h·年-137500CO2排放量/SO20.72石膏堆砌量/SO22.7現(xiàn)有超低排放技術(shù)的濕法脫硫數(shù)據(jù)如下表：煙氣污染物超低排放技術(shù)探討濕法脫硫方法存在的主要問題如下：（1）固定資產(chǎn)投資大：濕法脫硫裝置固定資產(chǎn)投資大；（2）運行費用高：從上表可知，2×300MW的機組的年耗電量高達37500MW·h，相當于燃燒4614噸標準煤。（3）耗水量大：年運行6000小時年水耗近82.5萬噸水，每小時消耗137.5噸水，也就是向大氣中排放大量的廢氣。

（4）脫硫廢水難于處理，脫硫產(chǎn)物石膏難以有效利用，作為固體廢物堆埋，浪費大量的硫資源。煙氣污染物超低排放技術(shù)探討煙氣污染物超低排放技術(shù)探討

濕法脫硫之后加裝的濕式電除塵雖然能夠去除煙氣中的部分石膏顆粒，但存在下述問題：

（1）增加了濕煙氣中的水霧含量，使煙囪冒“白煙”的現(xiàn)象更加嚴重；

（2）設(shè)備運行能耗(含阻力能耗)增大約1000-1200kw；

（3）相比減排效果，濕電除塵器的運行成本過高（超過1500元/h）。

以2×60萬千瓦機組除塵改造為例，僅設(shè)備投資約7000萬元或更高，年運行費用增加500萬元以上。

燃煤電廠鍋爐超低排放技術(shù)中90%以上采用濕法脫硫，脫硫之后的煙氣溫度在30-50℃，濕度在100~200g/Nm3，而我國大氣的平均濕度僅為9g/Nm3，鍋爐濕法脫硫排煙濕度為大氣平均濕度的10倍以上。

總量上看，按燃燒1噸煤，濕法脫硫煙氣帶出1噸水汽估算，我國燃煤鍋爐煙氣濕法脫硫每年向大氣排放近40億噸的水汽。煙氣污染物超低排放技術(shù)探討煙氣污染物超低排放技術(shù)探討在現(xiàn)有超低排放技術(shù)中，濕法脫硫煙氣中水汽的排放量是二氧化硫排放量的2800~5600倍，

因此，超低排放標準中SO2等排放指標是否能夠真正代表燃煤煙氣污染物的排放量值得商榷？

（100~200/0.035=2800~5600）在室內(nèi)加濕器中分別加入純凈水、礦泉水和自來水，監(jiān)測空氣污染情況，實驗結(jié)果如下：

純凈水，PM2.5值，20微克/米3礦泉水，PM2.5值，30微克/米3自來水，PM2.5值，340微克/米3

空氣質(zhì)量參考指數(shù)標準：PM2.5值，0－50微克/米3，空氣質(zhì)量一級PM2.5值，51－100微克/米3，空氣質(zhì)量二級PM2.5值，大于300微克/米3，重度污染煙氣污染物超低排放技術(shù)探討

在家庭房間中使用添加自來水的加濕器，3歲兒童咳嗽不僅沒有改善，反而愈加嚴重，咳嗽持續(xù)半個月，到醫(yī)院檢查，被醫(yī)生診斷為“加濕器肺炎”。燃煤煙氣濕法脫硫過程與使用加濕器相似，顯然脫硫液中的成分更加復雜，煙氣中的水汽成分也比自來水更加復雜，雖然利用濕法電除塵除去一部分較大的顆粒物，但對于較小的顆粒及水溶性物質(zhì)無能為力。因此，

濕法脫硫煙氣中水汽帶來的空氣污染（PM2.5、PM10）應該引起人們的高度重視。煙氣污染物超低排放技術(shù)探討高效氣相煙氣脫硫脫硝技術(shù)

針對現(xiàn)有脫硫脫硝方法及超低排放技術(shù)存在的缺點，我們開發(fā)了一種固定資產(chǎn)投資少、運行維護成本低、能耗水耗少、產(chǎn)物可資源利用的高效氣相煙氣脫硫脫硝超低排放技術(shù)。

該技術(shù)可以克服現(xiàn)有超低排放技術(shù)固定資產(chǎn)投資高、運行維護費用高、廢氣排放量大、操作復雜等問題。工藝路線如下圖所示：圖.高效氣相脫硫脫硝超低排放新技術(shù)示意圖高效氣相煙氣脫硫脫硝技術(shù)圖.220t/h循環(huán)流化床鍋爐脫硝結(jié)果高效氣相煙氣脫硝技術(shù)在電廠的應用高效氣相煙氣脫硫脫硝技術(shù)

高效氣相煙氣脫硫技術(shù)已在電廠進行了現(xiàn)場試驗，鍋爐類型為170t/h煤粉爐，煙氣量為3×105Nm3/h。圖.高效氣相脫硫技術(shù)在電廠的脫硫結(jié)果高效氣相煙氣脫硫脫硝技術(shù)

從上述結(jié)果得出，高效氣相脫硫劑將煙氣中的SO2從4000mg/Nm3脫除至35mg/Nm3以下，脫除率高達99.1%以上，能夠滿足環(huán)保部對SO2控制在50mg/Nm3以下的超低排放要求。高效氣相煙氣脫硫脫硝技術(shù)高效氣相煙氣脫硫技術(shù)高效氣相煙氣脫硫脫硝技術(shù)特點（1）脫硫脫硝除塵設(shè)備投資大幅度降低與國內(nèi)正在開發(fā)的脫硫脫硝超低排放裝置相比，固定資產(chǎn)投入可降低80%以上；（2）運行能耗大為降低該技術(shù)不需要大量脫硫漿液的循環(huán)，使煙氣沿程阻力大為降低，從而使煙氣處理系統(tǒng)的能耗大為降低；（3）運行水耗幾乎為零

不向煙氣處理系統(tǒng)中加水，使煙氣帶出的水量大為降低，形成霧霾的可能性也大為降低。

（4）脫硫脫硝除塵效率高脫硫脫硝效率高，SO2排放濃度小于35mg/Nm3、NOx

小于50mg/m3。（5）煙氣處理系統(tǒng)安全性高該技術(shù)使用的脫硫劑和脫硝劑都是固體粉末，避免使用氨水、液氨帶來的安全隱患。高效氣相煙氣脫硫脫硝技術(shù)特點

新型氣相煙氣脫硫脫硝超低排放技術(shù)具有創(chuàng)新的理論基礎(chǔ)，是脫硫脫硝煙氣處理技術(shù)的一次革命。

該技術(shù)可根據(jù)電廠、水泥廠及其他高溫煙氣需要處理的廠家要求，分別使用或部分使用，特別適合于電廠的脫硫脫硝改造和未預留脫硫脫硝改造空間的老電廠。高效氣相煙氣脫硫脫硝技術(shù)化石燃料環(huán)境友好工業(yè)路線開發(fā)綠色能源快速發(fā)展受限

成本、環(huán)境、不確定因素現(xiàn)有工業(yè)節(jié)能減排有限

例如：噸電解鋁耗電不小于13000度因此，開發(fā)新的低碳工業(yè)路線化石燃料環(huán)境友好的能源路線開發(fā)

傳統(tǒng)能源利用方式有兩大缺點：

一是化石燃料中的化學能必需先轉(zhuǎn)變成熱能再轉(zhuǎn)變成機械能或電能，受卡諾循環(huán)及材料的限制，在機端所獲得的能量效率只有33～35%；

二是傳統(tǒng)能源利用方式給人類生活環(huán)境造成了巨量的廢水、廢氣、廢渣、廢熱和噪聲的污染。

多年來人們一直努力尋找既有較高能源利用效率又不污染環(huán)境的能源利用方式?；剂檄h(huán)境友好的能源路線開發(fā)將化石燃料碳氫化合物在一定工藝條件轉(zhuǎn)化為CO2和H2，將H2利用燃料電池發(fā)電；CO2進行封存利用（CCUS），被認為是化石燃料對環(huán)境友好的能源路線：圖1.化石燃料環(huán)境友好能源路線示意圖化石燃料環(huán)境友好的能源路線開發(fā)氫燃料電池發(fā)電是具有能源革命意義的新一代能源動力系統(tǒng)，是一種可持續(xù)發(fā)展的能源，其能量轉(zhuǎn)換率可達60％～80％，使用效率是普通內(nèi)燃機的2～3倍。

另外它還具有排氣干凈、噪音低、環(huán)境污染小、可靠性強及維修性好等優(yōu)點。對于解決“能源短缺”和“環(huán)境污染”這兩大世界難題有重要意義?；剂檄h(huán)境友好的能源路線開發(fā)因此，我們提出了利用一部分H2與N2反應成NH3，NH3與CO2在一定工藝過程條件下得到CO2含量最高的穩(wěn)定固體產(chǎn)品三嗪醇，剩余的H2再去發(fā)電：圖2.化石燃料環(huán)境友好的能源工業(yè)路線圖化石燃料環(huán)境友好的能源路線這條化石燃料環(huán)境友好的能源路線可以在現(xiàn)有燃氣電廠、燃煤電廠、煤制天然氣及煤制油的工廠進行全部或部分二氧化碳的封存利用。

化石燃料環(huán)境友好的材料工業(yè)路線是將二氧化碳封存產(chǎn)品繼續(xù)開發(fā)成高分子材料，替代一部分高耗能高排放的材料工業(yè)?；剂檄h(huán)境友好的能源工業(yè)和材料工業(yè)路線是我國大氣霧霾治理、工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、應對全球氣候變化及實現(xiàn)生態(tài)文明等最有效的一條技術(shù)途徑?；剂檄h(huán)境友好的材料工業(yè)路線霧霾治理建議1.建議國家在全國或全球范圍內(nèi)征集霧霾治理技術(shù)路線，然后進行實驗并進行推廣。2.優(yōu)先考慮產(chǎn)業(yè)環(huán)保化，認真梳理現(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)及消費體系的各種污染物排放，征集各種污染物源頭治理技術(shù)路線。3.發(fā)展低碳經(jīng)濟，開發(fā)出化石燃料環(huán)境友好的工業(yè)路線是解決我國CO2、SO2、NOx及大氣霧霾的根本方法。

山東大學朱維群電mail:zhuwq@謝謝關(guān)注！樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識。4月-244月-24Monday,April15,2024人生得意須盡歡，莫使金樽空對月。20:09:0920:09:0920:094/15/20248