燃煤锅炉污染物排放对雾霾产生的影响以及治理措施_生明亮 - 副本

气中的气溶胶粒子主要来自人类活动，因此雾霾不仅是单纯 的自然现象，更是环境问题。
雾霾的主要成分包括粉尘、硫酸盐、硝酸盐、铵盐等［4］， 其中由硫氧化物、氮氧化物、氨盐和挥发性有机物通过化学 反应形成二次颗粒物占很大比例，部分地区可以超过 60% 。 我国雾霾近年来呈现出发生强度大、频率高、区域化严重等 特点。严重的雾霾污染会引起公众生活质量下降、高速公路 封闭、航班停飞，给社会经济造成重大损失，世界银行 2007 年《中国环境污 染 损 失 》报 告 中 称，中 国 空 气 和 水 污 染 造 成 损失相当于国民生产总值的 5． 8% 。若想改善目前的大气 环境，就必须从我国大气污染重头—燃煤锅炉，通过相关政 策和废气排放处理方式等方面进行调整。
第1 期
生明亮，等： 燃煤锅炉污染物排放对雾霾产生的影响以及治理措施
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燃煤锅炉污染物排放对雾霾产生的影响以及治理措施
生明亮，原永涛，刘 凤，于海浩，姜全军
（ 华北电力大学 环境工程学院，河北 保定 071000）
摘要： 我国雾霾日益严重，亟需解决大气污染问题，本文分析了雾霾的形成、影响和危害，介绍了我国为应对大气污染而颁布的各
2 燃煤锅炉污染物排放控制政策、法规
在经过“十一五”过渡以后，来到“十二五”，环保部为应 对日趋严重的大 气 污 染 组 织 编 制 了《重 点 区 域 大 气 污 染 防 治“十二五”规划》，明确提出将煤炭消费总量控制作为改善 大气环境质 量 的 重 要 手 段。国 家 能 源 局 发 布 的《“十 二 五 ” 煤炭工业发展规划》要求在 2015 年将煤炭年产量控制在 39 亿 t，将煤炭年总生产力控制在 41 亿 t 以内。2013 年国务院 发布《大气污染防治行动计划》，要求到 2017 年，煤炭占能源 消耗总量降低到 65% 以下。随着被业界称为是目前世界最 严的《火电厂大气污染物排放标准》（ GB13223 － 2011） 发布， 表明了政府治理大气污染前所未有的决心。其中，燃煤电厂 氮氧化物浓度排放标准更加严格，从 450 ～ 1100mg / m3 ，提高 到 100 ～ 200mg / m3 ，这项政策的提出，对燃煤锅炉尾气排放
3 燃煤锅炉尾气减排处理方法
我国发改委能源研究所公布的数据显示，全国年总耗煤 量中，燃煤发电占总体的 55% ，其他主要为工业锅炉，包括 工业锅炉、冶金、玻璃、水泥等行业。根据国家要求，我国电 厂燃煤锅炉进行全面尾气污染物排放治理，但工业锅炉由于 各方面原因，对 污 染 物 排 放 的 要 求 相 比 燃 煤 电 厂 要 相 对 宽 松，因此本文分别论述燃煤电厂锅炉污染物排放和工业锅炉 污染物排放的处理工艺。
（ College of Environmental Engineering，North China Electric Power University，Baoding 071000，China）
Abstract： As the Chinese haze is becoming increasingly serious and the problem of atmospheric pollution need to be solved urgently． This paper ananlyses the formation，harm and the formation of haze． Introduce the provisions of our country to cope with the air pollution issue． Summarize the main technology of denitration，desulfurization and dust removal of boiler of coal － fired power plant． According to the present condition of the coal － fired industrial boiler emissions，put forward views and opinions． Key words： haze； air pollution； coal － fired power plant； industrial boiler； denitration； desulfurization
1 雾霾的形成、特点与危害
排放到空气中的尘粒、盐粒或烟粒等气溶胶的集合体称 之为霾，通常雾和霾用肉眼很难分辨，而二者可从空气湿度 上辨别，相对湿度大于 90% 时为雾，小于 80% 为霾，在 80% ～ 90% 之间称为雾霾混合物［3］。通常将雾和霾同时存在且 区域性能见度小于 10 km 的天气称为“雾霾”天气，形成雾 霾天气不仅有云雾滴的作用，且还受气溶胶粒子的影响，空
The Effects of Haze Generated from Coal － fired Boiler Emissions and the Improvement Measures
Sheng Mingliang，Yuan Yongtao，Liu Feng，Yu Haihao，Jiang Quanjun
收稿日期： 2014 － 11 － 04 作者简介： 生明亮（ 1987—） ，黑龙江宝清人，华北电力大学硕士研究生，主要从事大气污染控制方向研究。
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2015 年第 44 卷
处理设备提出了更高的要求，因此脱硫脱硝装备随着政策不 断严格而逐渐更新。
中国工程院院士、清华大学教授郝吉明曾表示，巨大的 能源消费量和以煤为主的能源消费结构是我国长期以来空 气污染的最主要原因。我国煤炭年生产量与年消费量均居 全球首位，燃煤消耗量以每年超过 2 亿 t 的速度增长，目前 燃煤消耗量已超过世界总量的 48% 。在我国能源消费结构 中，煤炭为 68% ，石油为 23． 45% ，天然气为 3%［1］。我国以 煤炭为主的能源消耗结构短期内不会改变，电力行业中燃煤 发电长期占据主导位置。根据环保部调查统计的数据可以 看出，由燃煤电厂和工业锅炉排放的氮氧化物、硫氧化物和 粉尘量分别占全国总排放量的 67% 、90% 和 70% ，其中燃煤 电厂和工业锅炉的二氧化硫排放分别为 67． 8% 和22． 2% ， 粉尘排放分别为 28． 4% 和 41． 6%［2］。而由环保部网站发布 的《2011 年中国环境状况公报》显示，当年在 2404． 3 万 t 氮 氧化物排放总量中，仅来自工业排放就为 1729． 5 万 t。国家 发改委发布的“十 一 五 ”十 大 重 点 节 能 工 程 实 施 意 见 中，燃 煤工业锅炉以高能耗、低效率、高污染排名首位。因此，在雾 霾日益严重的情况下，对燃煤锅炉污染物排放处理的调整就 显得格外紧迫。
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项规定，总结了燃煤电厂锅炉脱硫、脱硝及除尘的主要技术，并介绍了新工艺，并针对工业锅炉尾气处理现状提出了个人的意见和
看法。
关键词： 雾霾； 大气污染； 燃煤电厂； 工业锅炉； 脱硫； 脱硝； 除尘
中图分类号： X511
文献标识码： A
文章编号： 1008 － 021X（ 2015） 01 － 0145 － 03
改造的电厂选用。 3． 1． 2 燃煤电厂烟气脱硝工艺
3． 1． 2． 1 燃煤电厂传统脱硝工艺 目前燃煤电厂常用的脱硝技术主要有： （ 1） 低氮燃烧， 包括低 NOx 燃烧器技术、烟气再循环技术、燃料分级燃烧技 术、空气分级燃烧技术和循环流化床锅炉燃烧技术； （ 2） 选 择性催化还原（ SCＲ） ，是将氨、烃类等还原剂喷入烟道中，在 催化剂的作用下将烟气中的 NOx 转化为无毒无害的 N2 和 H2 O； （ 3） 非选择性催化还原（ SNCＲ） ，在无催化剂存在且反 应温度在 900 ～ 1100℃ 情况 下，利 用 含 有 氨 基 等 还 原 剂 将 NOx 还原成 N2 和 H2 O。其中采用 SCＲ 因为其脱硝效果良 好，NOx 排放浓度在 38 ～ 57mg / m3 符合《火电厂大气污染排 放标准》（ GB13223 － 2011） 而占我国全部脱硝的 93． 31% ，而 SNCＲ 和 SCＲ + SNCＲ 分占 6． 68% 和 0． 41% 。 3． 1． 2． 2 燃煤电厂烟气脱硝存在的问题 我国现对 SCＲ 脱硝方式仅停留在技术应用层面，没有 掌握关键技术包括： SCＲ 脱硝催化剂技术、SCＲ 工艺系统设 计和物理流动模型、CFD 流场模拟技术。现行的脱硝工程多 数采用中外项目合作或技术引进等方式，除了工艺系统设计 以外，SCＲ 脱硝效率和性能还决定于 SCＲ 催化剂供应商提 供的催化 剂 和 流 场 公 司 对 流 场 的 计 算 和 优 化。 在 国 内 的 SCＲ 工程项目招标中，国内只有少数有实力的环保企业能够 提供 CFD 流场模拟实验、物理流动模型和优化方案，且仍处 于积累经验阶段； 而且脱硝催化剂生产处于“短期供不应求、 长期产能过剩”的畸形发展问题。 3． 1． 2． 3 烟气脱硝未来发展方向 （ 1） 低温催化剂。工业 SCＲ 催化剂活性最佳温度一般 在 300 ～ 400℃ ，因此 SCＲ 反应器安装在除尘器之前，没有经 过除尘器的烟气通入 SCＲ 反应器使得催化剂经过高浓度粉 尘冲刷、磨损以及杂质的污染，很容易发生烧结、失活。若将 SCＲ 放 到 除 尘 器 之 后，那 么 除 尘 器 尾 部 温 度 只 有 150 ～ 200℃ 左右，达不到催化剂活性的最佳温度，因此研发低温催 化剂是未来脱硝的一个热门方向。 （ 2） 催化剂再生。我国没有完全掌握生产 SCＲ 催化剂 的技术，需要国外购买或引进技术制造，因此催化剂在烟气 脱硝工程中占资金花费比重极大，对可逆性中毒或活性降低 的催化剂通过催化剂再生技术进行恢复并且重复利用，再生 费用只占全部更换费用的 20% ～ 30% ，且活性可以恢复到 原来的 90% ～ 120% 。因此催化剂再生技术的研究也是最 近的热门话题。 （ 3） 多污染物协同控制。MPC2011 多污染物高效协同 系统控制技术，是以燃煤电厂粉尘、NOx 、SO2 、Hg 等污染物 综合控制为手段，利用现有技术手段优化整合成新技术、新 设备的引进和研发，组成针对典型区域、煤种和机组的污染 物高效协同控制技术。该技术已应用于重庆合川双槐电厂， 实现了 NOx 脱除率≥80% 、SO2 脱除率≥95% 、粉尘脱除率 ≥99． 84% 等污染物协同控制的目的。 3． 1． 3 燃煤电厂除尘
3． 1 燃煤电厂尾气排放减排措施
燃煤电厂通常尾气处理分脱硫、脱硝和除尘等部分，下 面分别介绍各部分的特点。 3． 1． 1 燃煤电厂烟气脱硫工艺
3． 1． 1． 1 燃煤电厂传统烟气脱硫工艺 目前，烟气脱硫技术在国际上已经相当成熟，我国从“十 一五”开始从国外引进，经过国内脱硫企业的消化、更新并且 进行了大规模的工程实践，已经基本掌握了烟气脱硫的完整 工艺流程和设备制造技术。现在燃煤火电厂常见的脱硫工 艺主要有九种： 湿法烟气脱硫（ FGD） 、烟气循环流化床 － 悬 浮吸收法、烟气喷氨吸收法、喷雾干燥法、炉内喷钙 + 尾部烟 气增湿法、海水脱硫、活性炭吸收、电子束脱硫和 NID 脱硫 技术。其中，湿法脱硫中的石灰石 － 石膏法是目前所有烟气 脱硫技术中最为成熟而且应用最广的，占全球脱硫装机容量 的 85% 。 3． 1． 1． 2 湿法脱硫存在的问题 目前，我国 300MW 以上的火电机组 90% 以上采用石灰 石 － 石膏法脱硫，早期投运的湿法脱硫多数配制 GGH 装置， 但由于 GGH 结垢、堵塞等问题，近期国内新投运的脱硫设备 便取消了 GGH 装置。而取消 GGH 以后，烟囱排烟温度降 低，会出现夹 带 液 态 污 染 物 排 放，进 而 导 致“石 膏 雨 ”的 出 现，“石膏雨”容 易 引 发 除 雾 器 的 堵 塞 停 运 和 烟 道 腐 蚀 等 问 题，严重时甚至可能造成除雾器坍塌，并且这种脱硫工艺还 存在着耗水量大（ 1 台 600MW 机组有 GGH 时耗水约 60 ～ 100t / h） 、脱硫产物和副产物资源化利用等问题，已经成为电 力行业烟气脱硫亟需解决的普遍性问题。 3． 1． 1． 3 电力行业脱硫新技术 随着石灰石 － 石膏法的“石膏雨”问题和大量的脱硫产 物、副产物的资源化问题以及耗水问题，使得开发一种新的 脱硫技术显得尤为重要。 （ 1） 活性焦脱硫技术。该技术不需要消耗工艺用水，适 用于水资源匮乏地区，而且脱硫副产品硫酸是化工原料，因 此该项技术以引起了我国社会的广泛关注。但活性焦脱硫 技术被国外少数厂家掌控，核心技术不转让、技术引进费用 高、关键设备需 要 进 口 等 问 题 使 得 这 项 技 术 在 我 国 难 以 推 广，因此研发自主知识产权的活性焦脱硫技术意义重大。 （ 2） 双塔双循环脱硫技术。该项技术在脱硫装置增容 改造中被广泛应用，可以充分利用原有的脱硫装置，在不改 变脱硫剂的情况下，有效提高脱硫效率，增强改造设备与旧 设备的联系，提高了脱硫系统的可靠性，降低造价，避免了拆 塔重建的不利局面； 并且在改造的过程中对正在运行的脱硫 装置影响小，改造后能持续稳定运行，双塔双循环脱硫改造 技术具有技术先进、设备可靠、性价比高等特点被许多需要