煤电超低排放的技术经济与环境效益研究

煤电机组超低排放的技术经济与环境效益研究朱法华研究员级高工、博士国电科技研究院副院长国电环保研究院副院长《电力科技与环保》主编国电环境保护研究院，成立于1980年，原电力部南京环保所国电科学技术研究院，成立于2008年面向行业：环评、能评、监理、验收、检测、水保、ESP高频电源及CEM、氨检测、安评、环保工程等面向集团：五大评价、生产服务、技术监督、节能改造、调试研究员级高工/教授级高工享受国务院政府特殊津贴专家环保部清洁空气研究计划专家国资委节能减排专家全国“十佳”环境科技工作者江苏省优秀科技工作者CIGRE国际委员中国电机工程学会理事中国环境科学学会理事电力环保专委会主任委员环评专委会副主任委员电力行业环保标准化技术委员会常务副主任委员13次获得省部级科技进步奖，出版专著教材等15部，制定标准12项主要内容1发展过程与定义2技术经济分析3环境效益分析4总结2011年5月27日，环境保护部环境工程评估中心在北京主持召开燃煤火电项目大气污染控制措施研讨会。参加会议的有环境保护部环境影响评价司、中电投远达环保工程有限公司、广东省电力设计研究院、北京国华电力有限责任公司、国电环境保护研究院、西南电力设计院、北京国电龙源环保工程公司、南京龙源环保工程有限公司、北方联合电力有限责任公司、浙江菲达环保科技股份有限公司等10个单位26位代表和专家，会议聘请了9名专家GB13223-2011于2011年7月18日获得批准，7月29日发布项目单位效率95%效率97%喷淋层数层45浆液循环量m3/h95009500浆液停留时间min55石膏浆液停留时间h5767氧化空气量Nm3/h77667930广东珠江电厂1000MW煤电扩建工程2011年5月27日在北京，在设计煤种（S=0.52)和校核煤(S=0.63),脱硫效率由95%提高到97%相关主要设计参数对比项目单位效率95%效率97%吸收塔直径m19.520.0浆池高度m10.612.0浆池容积m331663770吸收塔总高度m32.235.6烟气流速m/s3.833.65L/G液气比l/Nm311.2714.02Ca/S比1.031.03石灰石用量(设计/校核煤)t/h5.55/10.135.67/10.34石膏产量(设计/校核煤)t/h7.74/14.27.9/14.5环保部首次批复石灰石-石膏湿法脱硫效率97%，满足特别排放限值50的要求2012年9月19日，上海漕泾二期工程环境效益分析报告验收会拟建2台1000MW燃煤机组，采用2套除尘效率99.86％以上的五电场低温静电除尘器，并安装2套除尘效率60%的湿式除尘器，一炉一套采用2套石灰石-石膏湿法脱硫，设计脱硫效率≥98%采用2套SCR脱硝工艺，配套低氮燃烧技术，脱硝效率≥80%一期工程2台1000MW，电除尘器前、后各加1套低温省煤器，降低煤耗从理论上更进一步降低污染物排放，满足燃机标准要求试验项目改造前（1000MW）改造后（1000MW）试验值理论值凝结水温度提高（℃）0↑15.5汽机热耗降低（%）/↓0.56↓0.7发电煤耗降低（g/kW.h）0↓1.59/除尘效率（%）A侧：99.8B侧：99.81A侧：99.86B侧：99.87/粉尘排放浓度（mg/Nm3）A侧：21.57B侧：20.86A侧：14.29B侧：13.8/脱硫水耗降低（t/h）0↓39.75/上电漕泾#1机组测试数据除尘器出口烟尘浓度从30.5毫克/立方米下降到22.8毫克/立方米2013年4月16-17日，国电泰州二期工程环境影响报告书审查提出了该工程的三大亮点工程示范-二次再热，科技部科技支撑计划、发改委示范环保示范-达到燃机排放标准环评示范-首次开展PM2.5的研究微颗粒聚合装置、低低温ESP、单塔双循环脱硫、湿式ESP泰州电厂二期工程国电永福电厂300MW双塔双循环2011年11月19日脱硫效率99%次生物：石膏雨、凝结颗粒物次生物：氨逃逸、SO3基于WESP的烟气多污染物深度净化装置湖南益阳、上海长兴岛上海长兴岛二厂低温省煤器2013年65吨/小时锅炉烟尘4（效率99.985）PM2.50.8二氧化硫25.4三氧化硫3.05全汞0.0071减少烟尘排放2减少水滴与水雾排放3减少汞等重金属排放4减少SO3排放5解决石膏雨问题从环境、技术角度看，燃煤电厂污染物排放将不会成为其发展的关键制约因素。40亿吨×30%×90%×（1-99.9%）×10000=108万吨治理工程—电科院已建成6个工程（2760MW）1、13年3月，国电益阳电厂#1机组（300MW）通过验收（烟尘浓度18.5mg/m3，液滴浓度13.5mg/m3）--第一个WESP示范工程投运2、13年10月国电荥阳#2（630MW）机组通过验收（烟尘浓度19.7mg/m3）；3、13年11月国电九江#15机组（350MW）通过验收（烟尘浓度10.4mg/m3）；4、国电荥阳#1（630MW）机组（烟尘浓度17.8mg/m3）；5、国电民权#2机组（630MW）（烟尘浓度15.5mg/m3）；6、国电电力邯郸电厂#13机组（220MW）（烟尘浓度12mg/m3）。国电院WESP治理工程—电科院在建9个工程（7010MW）1、国电益阳2号机组（300MW）2、国电民权#1机组（630MW）3、国电常州1、2机组（2×630MW）4、国电康平#1、#2机组（2×600MW）5、国电新疆红雁池1、2号（2×300MW）6、国电青山热电#13、#14机组（2×350MW）7、国电承德热电1、2号机组（2×330MW）8、国电浙江北仑第三发电（2×1000MW机组）9、国电怀安热电1、2号锅炉（2×330MW）国电院WESP3、细颗粒的前体物SO3、NH3、SO2、NOx等2、WFGD/SCR次生物氨逃逸携带的液滴（石膏雨）1、细颗粒物治理过滤颗粒物凝结颗粒物4、酸性气体SO3、HCl、HF等6、白烟、蓝烟5、重金属汞等基于湿式电除尘器多污染深度净化国电科学技术研究院创新开发技术的六大功能多污染物深度净化技术典型案例应用效果多污染物深度净化技术2014年5月30日1000MW煤电机组SCR脱硝海水脱硫静电除尘锅炉空预器湿式电除尘ACDEFB2014年6月25日350MW燃煤机组广东沙角C厂实现APHStackACISCRNOxHgESPPMBaghousePM,Hg,HClScrubberSOx,AcidGases,HgBoilerBottomAshCCRsGroundwaterMonitoring/DryHandling/Landfilling/PondMaintenanceTopAshPACAshNOXControlsSNCRGypsumScrubberWasteWaterScrubberWasteTreatmentSystemNH3ProcessWaterCoolingTowerBlowdownWESPPM,Hg,SO3EfficiencyImprovementsCO2ReductionWaterBalance316A&BIntakeWater国家烟尘*二氧化硫氮氧化物中国一般地区新建30100100中国重点地区2050100发改能源[2014]2093103550燃机排放（氧量15%）53550美国（2005-2-28～2011-5-3）0.015Ib/MBtu（耗煤量热值排放）0.15Ib/MBtu（耗煤量热值排放）0.11Ib/MBtu（耗煤量热值排放）折算结果18.5185135美国（2011-5-3及以后新建、扩建）0.090Ib/MWh（发电排放，最高除尘效率99.9%）1.0Ib/MWh（发电排放，最高脱硫效率97%）0.70Ib/MWh（发电排放）折算结果12.3136.195.3德国20200200日本50200200澳大利亚100200460主要燃煤国家煤电大气污染物排放最严标准限值比较（毫克/立方米）采用技术经济可行的烟气污染治理技术，使得烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放分别小于10毫克/立方米、35毫克/立方米、50毫克/立方米的煤电机组，称为超低排放煤电机组。使得烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放分别小于5毫克/立方米、35毫克/立方米、50毫克/立方米的煤电机组，称为超超低排放煤电机组或满足燃汽轮机组排放标准的煤电机组烟尘SO2NOX标态O2燃气轮机组GB13223-20115355015%2001/80/EC(2001-10-23)5015%天燃气锅炉GB13223-20115351003%2001/80/EC(2001-10-23)5351003%煤电超低排放GB13223-2011535506%燃气轮机组与煤电超低排放烟气量比较机型参数（单位）GE9FAGE9FBSIMENS4000F燃煤机组联合循环总发电量MW392.35458.29402.47燃机单机发电量MW254.55300.89284.74满负荷排烟量t/h2381.62422.72513.66排烟温度℃87.977.49107.8满负荷进气量t/h2327.72362.2—满负荷燃气量t/h53.960.5—单位负荷烟气质量流量kg/kWh6.075.296.25排烟温度对应密度kg/m30.98051.00860.9288单位发电量烟气体积流量m3/kWh6.19（标干O2量15%）5.24（标干O2量15%）6.73（标干O2量15%）3.5（标干O2量6%）烟尘、二氧化硫排放很低，远低于GB13223-2011的规定，仅有NOX排放较高。序号项目单位记录表盘1SCR入口烟气含氧量%13.42SCR入口烟气含NOX量mg/Nm343.93SCR出口烟气含氧量%13.94SCR出口烟气含NOX量mg/Nm310.15出口烟气粉尘含量mg/Nm31.56出口烟气SO2含量mg/Nm30.17出口烟气CO含量mg/Nm37.28出口烟气温度℃106.99出口烟气流量m/s16.910出口烟气湿度%1.011出口烟气含NOX量mg/Nm35.212出口烟气含NO量mg/Nm34.013出口烟气含氧量%13.914出口烟气压力Pa-519.7）表4.北京XX燃气联合循环热电厂二期工程1号余热锅炉试验期间DCS表盘记录数据（100%负荷，试验期间平均值）序号项目单位记录表盘1SCR入口烟气含氧量%13.42SCR入口烟气含NOX量mg/Nm338.43SCR出口烟气含氧量%14.04SCR出口烟气含NOX量mg/Nm311.05出口烟气粉尘含量mg/Nm31.76出口烟气SO2含量mg/Nm30.17出口烟气CO含量mg/Nm37.48出口烟气温度℃104.89出口烟气流量m/s16.010出口烟气湿度%0.511出口烟气含NOX量mg/Nm32.712出口烟气含NO量mg/Nm32.113出口烟气含氧量%13.914出口烟气压力Pa-483.5表5.北京XX燃气联合循环热电厂二期工程1号余热锅炉试验期间DCS表盘记录数据(75%负荷，试验期间平均值）燃气轮机组实际污染物排放煤电超低排放技术—除尘除尘电除尘技术微颗粒聚合高频电源低低温断电振打旋转电极湿式ESP等新技术除尘效率（99.5-99.9%）袋式除尘器系统阻力气布比运行温度系统漏风率滤袋寿命除尘效率（99.7-99.99%）电袋复合除尘器袋区三维进风荷电颗粒物过滤特性滤料材质布袋结构除尘效率（99.8%以上）序号电厂名称控制技术排放浓度(毫克/立方米)1浙江嘉华2台1000MW低低温ESP+湿法脱硫+湿式ESP˂52浙江六横2台1000MW旋转电极ESP+湿法脱硫+湿式ESP˂53浙江舟山1台350MW旋转电极ESP+海水脱硫+湿式ESP˂54广东恒运2台300MW电袋除尘器+湿法脱硫+湿式ESP˂55日本碧南2台1000MW低低温旋转电极ESP+湿法脱硫+湿式ESP˂56美国ParirieStates2台880MW袋式除尘器+湿法脱硫+湿式ESP