火电厂的大气污染与控制

火电厂的大气污染与控制小组成员：王忠军、马志伟、李学、颜耕、程佳琦主讲人：程佳琦主要内容火电厂大气污染与控制行业总体概况污染物产生污染物治理政策法规及排放标准污染物治理政策法规及排放标准一.行业概况火电厂利用煤、石油、天然气等固体、液体、气体燃料燃烧所产生的热能转化为动能以生产电能的工厂,包括燃料燃烧释热和热能电能转换以及电能输出的所有设备、装置、仪表器件，以及为此目的设置在特定场所的建筑物、构筑物和所有有关生产和生活的附属设施。主要有蒸汽动力发电厂、燃气轮机发电厂、内燃机发电厂几种类型.火电厂是电能生产的重要组成部分。在全世界范围，火电厂的装机容量占总装机容量的70%，发电量占总发电量的80%。2009年4月份,我国电力装机容量突破8亿千瓦，截止2010年底，全国电力总装机容量突破9.62亿千瓦，其中火电装机容量达7.066亿千瓦，约占总装机容量的74.5%。2011年第三季度，我国装机容量将达到10亿千瓦。1.1主要工艺流程现代化火电厂是一个庞大而又复杂的生产电能与热能的工厂。它由下列5个系统组成：①燃料系统。②燃烧系统。③汽水系统。④电气系统。⑤程序控制系统。在上述系统中，最主要的设备是锅炉、汽轮机和发电机，它们安装在发电厂的主厂房内。主变压器和配电装置一般装放在独立的建筑物内或户外，其他辅助设备如给水系统、供水设备、水处理设备、除尘设备、燃料储运设备等，有的安装在主厂房内，有的则安装在辅助建筑中或在露天场地。火电厂基本生产过程是，燃料在锅炉中燃烧，将其热量释放出来，传给锅炉中的水，从而产生高温高压蒸汽；蒸汽通过汽轮机又将热能转化为旋转动力，以驱动发电机输出电能。1.1.1燃料系统燃料进场后，先后经过翻卸，给煤机械，皮带多段转运、破碎、筛分、犁煤等各种设备进入燃煤锅炉原煤仓，并经制粉，进入粉仓。锅炉1.1.2燃烧系统燃烧系统是由给粉、锅炉的燃烧、排粉、烟气排放系统等组成。是由皮带输送机从煤场,通过电磁铁、碎煤机然后送到煤仓间的煤斗内,再经过给煤机进入磨煤机进行磨粉，磨好的煤粉通过空气预热器来的热风，将煤粉打至粗细分离器，粗细分离器将合格的煤粉（不合格的煤粉送回磨煤机），经过排粉机送至粉仓，给粉机将煤粉打入喷燃器送到锅炉进行燃烧。热风1.1.3汽水系统火力发电厂的汽水系统是由锅炉、汽轮机、凝汽器、高低压加热器、凝结水泵和给水泵等组成，它包括汽水循环、化学水处理和冷却系统等。水在锅炉中被加热成蒸汽，经过热器进一步加热后变成过热的蒸汽，再通过主蒸汽管道进入汽轮机。高压蒸汽冲击汽轮机的转子，以额定转速旋转，将热能转化成机械能，带动发电机发电。锅炉1.1.4电气系统电气系统是由发电机、厂用电系统、升压变电站、励磁系统等组成。发电是由副励磁机（永磁机）发出高频电流，副励磁机发出的电流经过励磁盘整流，再送到主励磁机，主励磁机发出电后经过调压器以及灭磁开关经过碳刷送到发电机转子，当发电机转子通过旋转其定子线圈便感应出电流，强大的电流通过发电机出线分两路，一路送至厂用电变压器，另一路则送到高压断路器，由高压断路器送至电网。汽轮机带动发电机，将机械能转化为电能。发电机发出的电由主变压器升高电压后，又输电线送往电网。汽轮机1.1.5程序控制系统程序控制是开关量控制中最重要的一种控制方式,通常用于生产过程中主辅机的自动停止操作和局部工艺系统的控制操作.主要控制项目:输煤程控、化水程控、除灰程控、输电程控1.2总体污染状况火力发电厂造成的污染主要是二氧化碳、二氧化硫、一氧化碳、二恶英、可吸入颗粒,电厂所排除的废气中有粉尘及有毒气体,粉尘里有降尘和飘尘，而有毒气体成分主要为二氧化硫(形成酸雨的化学成分)，粉尘和气体结合就会飘落吸附在周边地区造成污染。二.污染物产生污染物种类污染物产生污染物的产生环节、量、反应浓度计算影响因素2.1、火电厂产生的污染物种类火力发电厂是将煤、天然气、重油等化石燃料的化学能转化为电能的生产企业，利用化石燃料能量的主要方式就是燃烧。燃烧化石燃料会产生很多污染物，主要有粉尘、二氧化硫、氮氧化物。除此之外，再发电过程中还会产生废水、粉煤灰渣、噪声等。2.2污染物产生的环节、量、反应、浓度计算2.2.1粉尘（1）粉尘的产生环节（2）粉尘的量2.2.2二氧化硫（1）SO2的产生环节（2）产生SO2的反应过程2.2.3氮氧化物（1）氮氧化物的产生环节（2）产生氮氧化物的反应（3）氮氧化物的产生浓度计算2.2.1粉尘2.2.1.1粉尘的产生过程•在“磨煤机”“给粉机”“煤粉进入锅炉时”及“烟气、炉渣”直到“灰场”，下图一系列过程中都会产生粉尘，且是粉尘的主产环节.粉尘2.2.1.2粉尘的量•火电厂的煤尘一般是含有10%以下游离二氧化硅的粉尘（国家规定最高容许排放质量浓度为10mg/m3），尘粒分散度高，直径小于5μm的占73%。锅炉尘一般是含有10%～40%游离SiO2的粉尘（国家规定最高容许排放质量浓度为2mg/m3），尘粒分散度高，直径小于5μm的占73%。除尘器、干灰输送系统及粉煤灰等综合利用作业场所的粉尘，也是含有10%～40%游离SiO2的粉尘，粒径一般在15μm以下，5μm以下的占有相当份额。脱硫装置制粉系统的粉尘一般是含10%以下游离SiO2的粉尘。其主要成分为CaO、CaCO3或其他脱硫剂（脱硫剂的品位一般要求纯度为90%或95%）。脱硫装置石膏处理或废渣处理系统的粉尘一般是含10%以下游离SiO2的粉尘，其主要成分为CaSO4.H2O或其他脱硫废渣。2.2.2SO22.2.2.1SO2的产生环节•SO2的产生主要在锅炉内，如下图：so22.2.2.2产生SO2的反应•煤中很大一部分硫份是以细的黄铁矿（FeS2）晶体的形式存在的，也有一部分硫是以有机硫形式存在。在燃料燃烧时，无论是有机硫还是无机硫，大部分都转化为SO2，还有少量SO3：•燃烧•S+O2SO2•燃烧•S+O2SO32.2.3氮氧化物2.2.3.1氮氧化物的产生环节•如下图：2.2.3.2氮氧化物的产生过程•N2+O2=2NO•NO+½O2=NO22.3.3氮氧化物的产生浓度计算2.3影响污染物产生的因素•1、煤质•煤质包括挥发份、灰分、水分、全硫、发热量、煤灰的熔融特性、煤的可磨性系数等。•2、O2的浓度•氧气浓度的大小直接影响燃烧的程度，及二氧化硫、氮氧化物的生成量及形式。•3、温度•燃烧系统、汽水系统中对温度的要求较高，若温度过低或过高会导致污染物产生的量及形式的不同。三.火电行业污染物治理污染物治理原则与现状so2治理技术污染物治理氮氧化物治理技术粉尘治理技术（煤尘治理）3.1我国火电行业污染物治理原则及现状3.1.1.我国火电厂大气污染治理原则：脱硫&脱硝&脱碳。火电大气污染物治理应在“巩固脱硫，加强脱氮，开展脱碳”原则上全面进行。3.1.2.现状：脱硫——运行稳定脱氮——“十二五重点”脱碳——“十二五”逐步开展外加脱汞外加细颗粒物（PM2.5）控制3.2so2控制技术燃烧前:选煤、煤气化、液化、水煤浆技术脱硫技术燃烧中:低污染燃烧、型煤、流化床燃烧技术燃烧后:烟气脱硫技术3.2.1.石灰石—石膏湿法烟气脱硫原理：采用廉价易得的石灰石或石灰作为脱硫吸收剂，石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌制成吸收浆液。当采用石灰作为吸收剂时，石灰粉经消化处后加水搅拌制成吸收浆液。在吸收塔内，吸收浆液与烟气接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应被吸收脱除，最终产物为石膏。脱硫后的烟气依次经过除雾器除去雾滴，加热器加热升温后，由增压风机经烟囱排放，脱硫渣石膏可以综合利用。3.2.2.旋转喷雾半干法烟气脱硫原理：以石灰为脱硫吸收剂，石灰经消化并加水制成消石灰乳，消石灰乳由泵打入位于吸收塔内的雾化装置，在吸收塔内，被雾化成细小液滴的吸收剂与烟气混合接触，与烟气中的二氧化硫发生化学反应生成CaSO3，烟气中的二氧化硫被消除。3.2.3.海水烟气脱硫原理：利用海水的碱度达到脱除烟气中的二氧化硫的一种脱硫方法。烟气经除尘器除尘后，由增压风机送入气—气换热器中的热侧降温，然后送入吸收塔。在脱硫吸收塔内，与来自循环冷却系统的大量海水接触，烟气中的二氧化硫被吸收反应脱除。脱除二氧化硫后的烟气经换热器升温，由烟道排出。3.2.4.循环流化床锅炉脱硫工艺原理：燃料和作为吸收剂的石灰石粉送入燃烧室中部送入，气流使燃料颗粒、石灰石粉和灰一起在循环流化床强烈扰动并充满燃烧室，石灰石粉在燃烧室内裂解成氧化钙，氧化钙和二氧化硫结合成亚硫酸钙，锅炉燃烧室温度控制在850℃左右，以实现反应最佳。3.2.5.炉内喷钙加尾部增湿活化脱硫工艺原理：在炉内喷钙脱硫工艺的基础上在锅炉尾部增设了增湿段，以提高脱硫效率。该工艺多以石灰石粉为吸收剂，石灰石粉由气力喷入炉膛850-1150℃温度区，石灰石受热分解为氧化钙和二氧化碳，氧化钙与烟气中的二氧化硫反应生成亚硫酸钙。3.2.6.电子束烟气脱硫工艺一种物理方法和化学方法相结合的高新技术。本工艺的流程是由排烟预除尘、烟气冷却、氨的冲入、电子束照射和副产品捕集工序组成。(a)2000年农业1.5%工业30.9%建筑业0.7%交通运输21.3%居民生活1.7%火力发电35.8%其他转换5.3%服务业2.7%(b)2010年，中方案农业1.2%工业21.3%建筑业0.7%交通运输25.9%其他转换6.1%服务业1.4%居民生活1.5%火力发电42.0%(c)2020年，中方案农业1.1%交通运输29.4%火力发电42.6%服务业1.7%工业17.0%建筑业0.8%其他转换6.1%居民生活1.3%(d)2030年，中方案农业0.9%工业13.8%建筑业0.8%交通运输31.6%服务业1.8%火力发电43.3%其他转换6.5%居民生活1.2%未来二十年各部门对NOX排放贡献率3.3NOX控制技术SCR（选择性催化还原法）SCNR（选择性非催化还原法）干法脱硝电子束法固体吸收/再生法SNRB联合控制工艺烟气脱硝技术酸吸收法碱吸收法湿法脱硝尿素溶液吸收法液相络合吸收法3.3.1.SCR（选择性催化还原法）原理：利用NH3做还原剂，在300~400℃温度范围和一定的催化剂（铁、钒、铬、铜、钴或钼等金属氧化物）作用下，使烟气中的NOX还原为无害的N2和H2O。主反应机理：8NH3+6NO2→7N2+12H2O4NH3+6NO→5N2+6H2O3.3.2.SCNR（选择性非催化还原法）原理：在锅炉炉堂内喷射气态氨或氨水或尿素溶液等还原剂使之与烟气中的氮氧化物反应，氮氧化物被转化为氮气和水。主反应:氨气或氨水作还原剂时----4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O尿素作还原剂时----CO(NH2)2+44NO+O2→4N2+4H2O+4CO23.3.3.电子束法原理：A）自由基生成：燃煤烟气中的NOx用电子束照射时,电子束能量大部分被其吸收,生成大量的反应活性极强的各种自由基(N自由基)。B）NOx的氧化：排烟中的NOx被经电子束照射后而生成的N自由基被O原子氧化生成硝酸(HNO3)。C）硝铵的生成：硝酸，与预先喷入的气态氨(NH3)起中和反应，生成硝铵(NH4NO3)的粉状微粒。3.3.4.尿素溶液吸收法原理：先用氧化剂将难溶的NO氧化成易于吸收的NO2，再用尿素溶液吸收剂吸收3.3.5各种脱硝技术的比较方法原理技术特点SCNR利用NH3或尿素做还原剂将NOX还原为无害的N2和H2O效率较高，操作费用较低，技术以工业化。操作温度较难控制，氨气泄露可造成二次污染SCR在特定催化剂作用下，用氨或其它还原剂选择性的将NOX还原为无害的N2和H2O脱除率稿，被认为是最好的烟气脱硝技术。投资和操作费用较大，也存在氨泄漏问题。电子束法用电子束照射烟气生成N自由基及O自由基，这些强氧化集团氧化NOX生成硝酸，与加入的氨气反应生成硝酸铵盐技术能耗高，有待实际进一步检验湿法脱硝先用氧化剂将难溶的NO氧化成易于吸收的NO2，再用液体吸收剂吸收脱除率较高，但要消耗大量的吸收剂与氧化剂，吸收产物会造成二次污染3.4粉尘治理技术煤尘治理技术烟尘治理技术粉