火力发电厂环保要求.ppt
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1、1.5 火力发电厂的环保要求,环境保护的重要性:中国以煤为主要能源,全国烟尘排放量的70、二氧化硫排放量的90都来自于燃煤,使得工业和人口集中的城市产生了比较严重的大气污染,有些地区和城市还产生了酸雨并呈发展趋势。我们应大力发展洁净煤技术、清洁燃烧技术和征收二氧化硫排污费等政策措施来控制酸雨。把环境保护作为一项基本国策,把实现可持续发展作为一个重大战略,在全国范围内开展了大规模的污染防治和生态环境.,0,Austrian Glacier,Pasterze,奥地利的 Pasterze 冰川100年的变化,气候变化给北冰洋和格陵兰岛带来的变化,正在消融的北冰洋,北冰洋冰盖的融化对北极熊的威胁,这些
2、自然灾害 已成为可持续发展的一个障碍。正在缩小我们的生存和发展空间。成为国际(纠纷)问题的导火索。,随着人类征服自然和改造自然的能力的增强。对自然环境的破坏就越严重。锅炉的“贡献”功不可没。足见锅炉的重要地位!,1.5.1 环境保护的重要性,1994年3月,中国政府批准发布了中国21世纪议程中国21世纪人口、环境与发展白皮书,从人口、环境与发展的具体国情出发,提出了中国可持续发展的总体战略、对策以及行动方案;世界能源委员会(WEC)于1995年和1998年分别在日本东京和美国休斯敦召开了两次大会。各国对能源工业的可持续发展十分关心,联合国环境与发展大会(UNCED)于1992年由166个国家签
3、订联合国气候变化框架公约(UNFCCC),其第三次缔约方会议(COP3)于1997年在日本京都召开,并签订了京都议定书.,7,1.5.1 环境保护的重要性,根据京都议定书,该议定书规定,在2008年至2012年期间,发达国家的温室气体排放量要在1990年的基础上平均削减5.2%,其中美国削减7%,欧盟8%,日本6%。根据规定,该协定书只有在55个国家批准协议后,才能生效。这55个国家二氧化碳排放量占 1990年世界二氧化碳排放总量的55%。欧盟各成员国及日本已批准了该议定书,为此,各工业国家都先后制订了控制排放的计划。1998年5月29日,中国政府在联合国秘书处签署了联合国气候变化框架公约京都
4、议定书。中国是第37个签约国。,8,1.5.1 环境保护的重要性,根据气候变化框架公约,中国没有限制二氧化碳排放的具体义务;但本着对保护全球气候负责的态度,中国从1997年起实施新的火电厂污染排放标准,制订了到2010年火电厂粉尘和SO2的减排计划,并对发电能源结构进行了调整。2000年4月又颁布了修订后的中华人民共和国大气污染防治法。不断制定新标准,要求越来越严格。,9,煤的成份,SO2,NOx,燃煤烟气特点,气量大、浓度低、成分杂常量组分:水 4%6%,O2 5%微量组分:SO2 500 4000ppm NOx 500ppm痕量组分:Hg、As等粉尘,1.5.2 火力发电厂环境影响,废气、
5、废水和废渣(三废);燃煤电厂对环境造成危害的污染物主要包括:烟气污染物,指烟气中的粉尘、硫氧化物(SOx)和氮氧化物(NOx)、CO、CO2、碳氢化合物;废水排放;灰渣;噪声等;例如,2400MW燃煤电厂,厂区占地6080万m2,厂区外灰场占地200万m2,年耗煤约750万t,助燃油3万m3,采用循环供水系统时,耗补给水50007000m3。若以煤的含硫量1%,除尘器效率99.5%计,年排放SO214万t,NOx 7万t,烟尘0.68万t,灰渣150万t,补给水中有相当部分成为废水排放,被循环水排放至大气的热量约为全厂热耗的55%(相当年烧400万t煤的热量)。,12,1.5.2 火力发电厂环
6、境影响,烟气污染物通过高烟囱排入大气。一次污染物通过在大气中的迁移、转化生成二次污染物,造成更大的危害。未被除尘器捕集下来的粉尘,粒径小于1m,能长期飘浮在大气中,并作长距离传输。排放量视除尘效率而定。飘尘通过自然沉降或受雨雪冲刷进人生态系统。许多微量元素是植物或动物生命所必需的,但如果超过某一浓度值时,就会毒害动植物。通过安装高效除尘器,做好建设前的环境影响评价以及运行中的监控,就能把飘尘的危害减至最小。硫氧化物(SOx)主要是SO2和少量的SO3。SO2在大气中被光化学氧化剂(O、OH、HO2等)氧化成SO3,最后变成硫酸盐微粒。硫酸盐的毒性比SO2大,能传输到几百km以外,通过自然沉降或
7、雨雪冲刷进人生态系统,引起危害。,13,1.5.2 火力发电厂环境影响,发电厂排放的氮氧化物(NOx)主要是NO和少量的N2及N2O,通常NOx是指NO、N2。氮氧化物最重要的影响是它参与光化学反应,形成光化学烟雾和吸收电磁波,最后在大气中形成硝酸盐,降低天空的亮度以及远处物体的反差,并有害于人体身心健康,特别是呼吸系统。酸雨一般被认为是工业排放的SOx和NOx所造成的。二氧化碳(CO2)在大气中的寿命为50200年,被认为是造成全球气温升高的“温室效应”气体中的主要气体。一氧化碳(CO)是燃料在缺氧条件下不完全燃烧的产物。在正常燃烧条件下,排烟中一氧化碳浓度非常低,一般为20mgm3左右。一
8、氧化碳是高毒性物质,能与血红蛋白结合,损害它的输氧能力,严重时导致缺氧死亡。,14,1.5.2 火力发电厂环境影响,为了消除或减轻火电厂对环境的影响,许多国家规定在建厂之前进行环境影响评价工作,对三废排放给当地水体、大气、土壤和生物带来的影响程度做出定性或定量的评估,并对厂址选择、厂区布置、污染控制措施等提出建议和意见,作为上级环保部门审批工程项目的主要依据。设计单位在设计中,对设备选型、设备布局、排放控制技术选用等方面做出有利于消除或减少环境污染的设计。电厂投运后应加强排放监测,消除超标排放。我国电力工业环境保护工作始于1973年,成立了管理部门和电力环境保护研究所,表1-6为我国6MW及以
9、上发电厂排放情况,1995年与1980年相比,燃煤量增加了2倍,烟尘排放量基本持平,而粉煤灰综合利用量也增加了12倍,15,1.5.3 发电厂的废气排放标准,环境标准是中国环境法律体系的一个重要组成部分,包括环境质量标准、污染物排放标准、环境基础标准、样品标准和方法标准。环境质量标准、污染物排放标准分为国家标准和地方标准。到1995年底,中国颁布了364项各类国家环境标准。中国法律规定,环境质量标准和污染物排放标准属于强制性标准,违反强制性环境标准,必须承担相应的法律责任。电力行业除了将环保纳入电力法外,还制定了30余项管理规章、标准。如建筑施工场界噪声限值(GB12523-90)、环境保护法
10、、大气污染防治法、海洋环境保护法、水污染防治法、环境噪声污染防治条例、建设项目环境保护管理办法、火力发电厂环境保护设计规定、发电厂建设项目环境报告书编制规范、粉煤灰综合利用管理办法等。使火电环境保护工作逐渐进入法制轨道,强化了管理,以管促治。,16,1.5.3 发电厂的废气排放标准,与电力企业生产有关的环境标准包括:地面水环境质量标准(GB3838-88)、污水综合排放标准(GB8978-1996)、环境空气质量标准(GB3095-1996)、大气污染物综合排放标准(GB16297-1996)、火电厂大气污染物排放标准(GB13223-1996)、城市区域环境噪声标准(GB3096-93)、工
11、业企业厂界噪声标准(GB12348-90)、锅炉大气污染物排放标准(GB13271-91)等,17,1.5.3 发电厂的废气排放标准,根据我国1982年的大气环境质量标准,采用三级标准浓度极限,一级适用于国家规定的自然保护区、风景游览区、名胜古迹和疗养地等,二级为城市规划中确定的居民区、商业交通居民混合区、文化区、名胜古迹和广大农村等,三级为大气污染较重的城镇和工业区,城市交通枢纽、干线等。火电厂大气污染物排放标准(GB13223-1996)是在燃煤电厂大气污染物排放标准(GB13223-91)的基础上修订而成的。,18,1.5.3 发电厂的废气排放标准,时段1992年8月1日之前建成投产或初
12、步设计已通过审查的新、扩、改建火电厂;时段1992年8月1日起至1996年12月31日期间环境影响报告书通过审查批准的新、扩、改建火电厂;时段1997年1月1日起环境影响报告书待审查批准的新、扩、改建火电厂。该标准根据我国二氧化硫及酸雨污染日趋加剧、火电厂是排放二氧化硫的重点行业的特点,将第时段的电厂实行二氧化硫全厂排放总量与各烟囱排放浓度双重控制。另外根据近几年我国已开始引进锅炉低氮燃烧技术,为促进该技术推广发展,及早控制NOx的排放,该标准首次规定了NOx的标准限值。,19,1.5.3 发电厂的废气排放标准,中国大气环境标准总体宽松,不利于实现国家环境保护目标。GB132231996标准中
13、的在用电厂烟尘排放浓度限值与发达国家和地区的3050mgm3尚有很大差距。第时段“两控区”内新建电厂SO2排放浓度标准为12002100mgm3,与日本、欧盟、英国等国的100850mgm3相比有较大差距。SO2最高允许排放量限值也过于宽松,虽然考虑了排放量和排放浓度的双重控制,但这仅限于第III时段位于“两控区”内的新、改、扩电厂。在第I、II时段仍然采取原1991年燃煤电厂标准的SO2排放量限值公式计算法,使得大部分火电厂不用采取任何脱硫装置即可排放,造成电厂SO2排放总量高居榜首。国外发达国家早已把对NOX的控制放到防治酸雨的首位,纷纷制定严格的火电厂NOX排放浓度标准(如欧盟的NOX排
14、放浓度标准为200400mgm3)。我国虽然对第时段部分新建锅炉制定了NOX排放浓度标准,但是排放限值比国外平均值400500mgm3也较宽松。,20,烟气排放控制,烟气排放控制 高烟囱排放 高效除尘器 SO2的控制及脱硫 NOx的控制及脱硝烟囱一般不得低于锅炉房高度的2.5倍,塔式锅炉的烟囱高度一般不得低于锅炉房高度的2倍。多管集束式烟囱,又称多筒式烟囱,即在同一个钢筋混凝土外壳内,每台锅炉各用一个排烟筒,供多台锅炉使用。一筒检修,不影响其余烟囱的运行,但它的造价高,须通过技术经济比较确定。我国华能上海石洞口二厂即采用多筒式烟囱,高度240m。,21,除尘,高效除尘器除尘器是将粉尘从烟气中分
15、离出来并加以捕集的装置。按其工作原理可以分为机械除尘器、洗涤除尘器、过滤除尘器、静电除尘器和声波除尘器五大类。每一大类又有多种型式,它们的除尘机理是利用作用于粉尘颗粒的重力、惯性力、离心力、扩散黏附力、电场力和声场力等中的一种或两种以上,把粉尘从气流中分离出来,并用适当的装置捕集。火电厂中最常用的除尘器有旋风除尘器、水膜除尘器、文丘里除尘器、干式静电除尘器、袋式除尘器。通常,对于大容量锅炉,一般均采用干式静电除尘器。,22,除尘,我国动力煤灰分高达28%30%(坑口),除尘器的除尘效率随粉尘特性、除尘器结构和运行工况的差异而有所不同。袋式除尘器粒径适应范围最小;阻力最大;静电除尘器阻力最小,粒
16、径适应范围小;静电除尘器-袋式除尘器联合除尘,24,除尘,灰渣中含有硅、铝、铁、钙、镁等多量元素和砷、铬、镉、铅等微量元素。这些物质经水浸泡和雨淋,均会不同程度地溶人水中,灰水排入地表水体或渗入地下水均会污染水体。干灰在运输和堆放过程中如不及时喷水润湿,或灰渣场表面未被水覆盖,均会引起粉尘飞扬,污染环境。根据我国的水污染防治法,火电厂灰渣严禁排入江、河、湖、海等水域.我国火电厂燃用煤的灰分高、灰渣量多。10MW装机容量的锅炉,一年灰渣约一万吨,传统的处置是“以贮为主,贮用结合”,灰场占地(存灰20年)问题日益突出,有些电厂原灰场已堆满,而又难以找到新灰场。到2000年我国火电装机容量将达319
17、GW,每年排出灰渣近1.6108 t,如此庞大数量,灰场占地之大可以想见。,25,除尘,煤灰是一种火山灰质混合材料,在有水分时,特别是在有水热处理(蒸汽养护)的条件下,能与石灰、水泥熟料或其他碱土氧化物等碱性激发剂发生化学反应,生成具有水硬胶凝性能的化合物,可用来生产各种建筑材料。如粉煤灰生产建筑材料(水泥、砖、砌块、加气混凝土及耐热耐火材料等),粉煤灰用于建筑工程(大体积混凝土、水下混凝土、泵送混凝土等)。高速公路,26,除尘,我国近30年来,在灰渣利用方面有较大发展,灰渣利用量居世界前列,技术水平与美国大致相当。每利用一万吨灰渣,节约占地200m2,减少灰场投资和运行费28万元,节约运灰费
18、用25万元,降低火电厂的生产成本,增加利润;1994年1月11日以国经贸委(1994)14号文件通知:火电厂可行性研究报告和初步设计,应包括粉煤灰综合利用方案,凡不具备者,有关部门和主管部门不予审批立项。灰渣综合利用率,27,28,SO2的控制及脱硫,大气硫污染物中95%以上是SO2,主要来自矿物燃料燃烧。SO2除直接危害人体健康外,对工农业生产的危害是以酸雨形式出现的。由于SO2的排放,我国有22个省市和地区出现酸雨,其中几个城市的酸雨频率在60%以上。我国火电厂用煤的含硫量差别较大,随着煤层开采深度的增加,煤的含硫还有进一步增加的趋势。据1995年国家环保局公报,全国工业排放二氧化硫13.
19、96Mt。电力部门1995年网内6MW及其以上火电厂排放二氧化硫约6Mt,约占全国排放量的43%。,29,SO2的控制及脱硫,降低二氧化硫排放浓度的办法有:改用低硫燃料;燃料脱硫,方法有洗煤、型煤(加脱硫剂)、煤的气化和液化。洗煤工艺成熟,但洗煤只能除掉大部分无机硫。煤的气化正处于工业试验示范阶段,如整体煤气化联合循环。燃烧脱硫,它是燃料燃烧与脱硫反应同时进行,其方法是在燃烧过程中加入适量的石灰石等碱性吸收剂。炉内喷钙、流化床燃烧就属于这种工艺。,30,SO2的控制及脱硫,烟气脱硫(燃烧后脱硫),这是当前国际上普遍采用的办法,方法有几百种之多,而且在不断发展和提高;按反应物质的状态分为干法、湿
20、法两大类;按反应产物的处理方式分为抛弃法、回收(烟气中的SO2)法两大类。按生产过程分燃烧前脱硫,燃烧中脱硫和燃烧后脱硫。抛弃法的主要优点是:设备较简单,操作较容易,投资及运行费用较低。主要缺点是:废渣需占用场地堆放,容易造成二次污染。当烟气中SO2浓度较低,无回收价值或投资有限,而必须进行脱硫时,多采用抛弃法。,31,SO2的控制及脱硫,回收法的主要优点是:将烟气中的SO2,当作一种硫资源回收利用,变害为利;有些脱硫剂可再生使用;多数流程为闭路循环,避免了二次污染。主要缺点是:流程较复杂,运行操作难度较大;投资及运行费用较高。当烟气中SO2浓度较高,脱硫产物市场前景好时,才考虑采用回收法。在
21、火电厂应用较多或应用潜力较大的湿法烟气脱硫方法有:石灰石洗涤法,海水洗涤法,亚钠循环法,氧化镁浆液吸收法,双碱法,碱性飞灰洗涤法,氨洗涤法等,其中以石灰石洗涤法应用最广。海水洗涤法成本最低。,32,SO2的控制及脱硫,石灰石洗涤法,又称石灰石一石膏法。发展初期,主要采用石灰作吸收剂,脱硫产物为二水石膏(CaSO4 2H2O),可抛弃处置或回收利用。适用于处理高、中、低硫煤的烟气。在发电厂应用较多的或应用潜力较大的干法烟气脱硫方法有:喷雾干燥法;炉内喷钙尾部增湿活化法;电子束法;活性炭吸附法等。喷雾干燥法用石灰浆液为吸收剂。因添加的吸收剂呈湿态,而脱硫产物呈干态,也称半干法。适用于处理中、低硫煤
22、的烟气。脱硫产物为CaSO3、CaSO4、未反应完的石灰和飞灰等混合物。,33,SO2的控制及脱硫,炉内喷钙尾部增湿活化法,向锅炉炉膛温度为8501150的区域内喷入吸收剂,随后将烟气增湿活化进行脱硫,它是燃烧脱硫与烟气脱硫的结合。一般采用石灰石粉为吸收剂,适用于处理低、中硫煤。电子束法,利用电子束照射烟气产生的自由基等强活性基团氧化烟气中SO2和NOx,并加入氨,生成硫酸氨和硝酸铵,以联合脱除烟气中SO2和NOx。适用于处理中、高硫煤的烟气。活性炭法,利用活性炭的吸附催化作用脱除烟气中二氧化硫,可回收硫酸或元素硫。如在此基础上,再增设一级活性炭吸收塔,并在塔前喷入氨,使NOx还原成N2,从而
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