第9章火力发电厂环境保护

第9章火力发电厂环境保护9.1烟气污染及防治(电除尘、脱硫）9.2废水处理9.3阜阳电厂工业废水处理系统9.4灰渣处理9.5阜阳电厂除灰系统我国的火力发电厂燃料主要以煤为主，普遍采用悬浮燃烧方式。煤中的可燃成分C、H、O、N、S等元素与空气中的氧燃烧，在燃烧过程中，以碳与氢释放出的热能最高；硫释放的热能较少；氧是助燃的；氮燃烧时吸热。因此从能量的角度看，有用的元素是C和H，S虽可获得一点能量，但燃烧产物SO2与NOX一样是污染物。矿物质燃烧后以氧化物的形式（如CaO、MgO、SiO2、Fe2O3、AI2O3……）存在于灰渣中。根据物质不灭定律，一台600MW的火力发电机组每天燃煤约6000t，即每天就有比6000t多得多的煤燃烧产物需要排放。假如含硫1%，每天就有60t硫转变成SO2（约120t）排入大气中污染环境。同时从烟气中还有大量的CO2、H2O、未燃烧的过量空气及少量的灰尘带热排出，对温室效应作“贡献”。煤中的矿物质以粉煤灰、渣的形式成存。假如含矿物量为25%，则每天有1500t矿物质转变成灰渣需要排放到灰埸，在排放中需要大量的水来冲排，又形成了大量的废水。因此燃煤电厂的环境污染单从煤燃烧的角度看就有废气、废水、废渣等大量的污染物产生。概述9.1烟气污染及防治火力发电厂通过烟囱进入大气的主要污染物有粉尘、硫和氮的氧化物、碳的氧化物及碳氢氧化物等。1．烟气对环境的污染及危害粉尘被人吸入呼吸道后进入肺部，损害肺功能，引起肺病；粉尘飘浮到植物上，复盖在绿色植物叶子上，影响植物的光合作用，空气中氧气减少。尘粒本身是酸性物质（主要是硅的氧化物，还有钙、镁、铁、铝等氧化物），严重影响植物生长。硫氮氧化物对人体的主要危害是损害呼吸系统，易得急、慢性支气管炎，浓度高时，还会得肺气肿而死亡。这些气体作用到植物上与植物表面的水膜反应成酸，腐蚀植物，影响植物正常生长，甚至枯死。氮氧化合物还能破坏臭氧层，进行光化反应，形成光化烟雾，污染大气。一氧化碳能使血液凝固，危害极大。二氧化碳浓度高了也会使人感觉难受（缺氧）。大量的带热气体排入大气是全球产生温室效应的主要原因之一。温室效应是一种大规模的环境灾难，它不仅使全球气候变暖，还会使全球降水量重新分配，冰川融化，海平面上升等现象，既危害自然生态系统，又威胁人类的生活环境。2.烟气污染及防治火力发电厂控制烟气污染主要是控制尘粒和二氧化硫的排放。具体措施如下：选用低含硫量、低灰分的煤作燃料。火力发电厂的燃料可用天然气、液化气、油及煤。煤是燃料中排放污染物最多的一种燃料。但由于受条件限制，我国大多数电厂仍然用煤作燃料。在条件允许情况下选择优质煤种作燃料。对含硫量高的煤种，尽可能对煤进行净化处理。采用电除尘或布袋除尘。这样可以使烟气中的灰尘除去99.0%～99.7%。采用高烟囱排放。烟囱是锅炉系统烟气的最后通道，它既可以给锅炉以自然通风，又可将烟气中的有害物排至高空扩散稀释，以减少对地面的污染。这一措施切实可行，相对于烟气脱硫来说，成本少，见效快。国内大型火电厂的烟囱高度均在200m以上。据报导美国的烟囱也在不断升高，至1972年，其烟囱平均高度已达242m。美国米切尔电厂（2×800MW机组）烟囱高达368m，为世界上最高的烟囱之一。采用高烟囱排放来降低地面二氧化硫及尘粒浓度这一做法，在国内外均已取得实效。烟囱越高，对烟气的扩散作用越大，污染物离开人的距离就越远，污染程度越小。有文献介绍：二氧化硫在大气中的半衰期为2h，存在时间为4h～12h，最长为2d。高烟囱的作用高烟囱可以将烟气中的灰尘及二氧化硫送至高空，使大气中的有害物稀释，使污染物远离地面，改善了电厂附近地区的大气质量，这是有利的。但它把烟气中的污染物送到了高空，随风飘流，数量并未减少，且污染物在高空有时间经历一种人们很少了解的光化学反应的过程。全球很多地区出现酸雨，有人估算，酸雨约60%来自SO2，约40%来自NOX。楚天金报报导，武汉地区今年降酸雨面积较大，因附近燃煤电厂较多。因此采用高烟囱的方法并不是根本上解决烟气污染的方法。只是将污染物送到高空而已，现在必须考虑烟气脱硫或其它措施。电除尘器600MW机组一般采用电除尘器，国外有些大电厂装有袋式除尘器。电除尘器的除尘效率可达99%，袋式除尘器可达99.7%.因此防止烟尘污染的有效方法是安装电除尘器或袋式除尘器。电除尘器是利用电晕放电，使含尘气体中的尘粒带电而通过静电作用进行分离的装置。袋式除尘器是将含尘气体通过过滤材料而使烟尘分离的装置。是一种过滤型集尘器电除尘器电极形式有平行板式及管式两种。通常阴极为放电电极，阳极为集尘电极。板式电除尘器的应用最广泛。电除尘器的电极形式平衡锤高压放电电极，阴集尘电极，阳气流a.平板式高压集尘极放电电极b.管式等离子体物质除了以气态、液态和固成三种聚集状态存在以外，还有第四种聚集状态，即等离子体。在一定的条件下，如加热、放电和辐射等，气体经电离产生大量的带电粒子（离子、电子）和中性粒子（原子、分子）所组成的体系，因其中正电荷总数等于负电荷总数，所以称为等离子体。在日常生活中遇到的等离子体，如闪电是由空气放电而形成的等离子体在发光，霓虹灯里面是氖或氩的等离子体在发光。太阳是一个灼热的等离子体，地球大气上层受太阳的辐射作用，也是由等离子体组成，该上层大气称为等电离层，远距离无线电通讯就要依靠这个电离层。等离子体的有些性质与气体类似，如密度很小，当温度很高时，它与理想气体相似。但等离子体又不同于气态物质，表现在它可以导电，且在磁场的作用下，等离子体的粒子可以作有规则的运动它们的运动可以被磁场控制。等离子体还具有很活泼的性质，易于参加各种化学反应等等。并不是任何电离气体都是等离子体，只有当电离程度大到使带电粒子密度达到所产生的空间电荷足以限制自身运动时，系统才转变成等离子体。由于等离子体的这些特性，使我们有可能为等离子体寻找新的用途。电除尘器的工作原理由图，将数万伏高压加在放电电极上，放电极与集尘极之间产生火花前引起电晕放电，空气绝缘被破坏，产生了等离子体，其中的正离子在放电极上失去电荷，负离子则粘附到确尘粒上，由于静电场的作用被捕集到集尘极上。当集尘极上的灰尘达到一定厚度时，利用振打装置使烟尘落入下部灰斗中。由上可知，电除尘器的集尘主要是利用电晕电场中尘粒荷电后移向异性电极而从气流中分离出来的原理。为此，必须在高电场的作用下，首先要使气体电离，使尘粒荷电，然后荷电尘粒移向集尘电极。根据气流流动方式不同，电除尘器可分为立式和卧式，电厂以卧式为多。在卧式电除尘器中气流水平地通过长度方向根据结构及供电要求，通常每隔一定长度（如3m）划分成单独的电场。对600MW机组，除尘效率要求很高，一般有4个单独的电场。电除尘器的结构电除尘器。由除尘器本体和供电装置两部分组成。除尘器本体包括放电电极、和集尘电极、振打机构（干式除尘器）、气流分布装置、高压绝缘装置、外壳及灰斗等部件。电除尘器有干、湿式之分，前者为干式除灰，后者为湿式除灰。电厂常用的是干除灰。放电电极。又称电晕电极或阴极，是电除尘器的主要部件，对除尘效率由直接影响。对放电电极的要求是起晕电压低，击穿电压高；放电强度强，电晕电流高；机械强度好，耐蚀性强。集尘电极。又称除尘极、阳极。其型式可分为平板式电极、箱式电极及型板式电极等。对集尘电极的主要要求是消耗金属材料少；防止二次扬尘。集尘极板所用金属在电除尘器中占有很大比重，故降低极板的金属消耗是很重要的。烟尘在静电埸的作用下，沉积于集尘极上，但在风的作用下，特别是在振打时，集尘极上的烟尘会重新扬起而返回烟气流中，即二次扬尘，从而降低除尘效率。振打装置。在集尘极上沉积的烟尘达到一定厚度时，电气条件恶化而影响除尘效率，故一般是通过振打装置将集尘极上沉积的烟尘振落到灰斗中，这一过程称为清灰。常用的振打方式是利用摇臂锤振打。每一排集尘极上设置一个摇臂锤，各排之间互相错开一定的角度安装到回转轴上。当电机带动回转轴转动时，集尘极依次受到振打，可以通过改变锤重和回转速度来调整振打强度及振打周期。除摇臂振打外还有振动器振打、电磁振打等。气流分布装置。电除尘器中气流分布的均匀程度对除尘效率有很大影响。设置气流分布装置有助于提高气流分布的均匀程度。常用的气流分布板为圆孔形，也可采用方孔形、百叶形等其它形式的气分布板。圆孔形气流分布上的圆孔径不宜太小，以防烟尘堵塞孔眼。如果一块分布板还不能达到气流分布均匀的目的，则可设置2~3块气流分布板。外壳和灰斗。除尘器外壳对保证除尘器正常运行起着重要作用。处理高温烟气外壳要用保温材料如玻璃棉等予以适当保温，防止在外壳附近的烟气温度降至露点温度以下而形成结露。除尘器外壳应保证严密以减小漏风，如漏风，将使进入除尘器的风量增加，增大风机负荷，由此造成电场内风速提高，又会使除尘效率降低。由于烟气温度高，冷空气漏入会使局部烟气温度冷却至露点以下，使除尘器内部构件被腐蚀。灰斗的设计要考虑到烟尘的物理特性及足够的容量，要特别注意灰的流动性；灰斗壁要有足够的坡度，灰斗中还可加设搅拌装置，以保证所收集的灰能顺利地从排灰器排出；同时灰斗要注意保温，以防灰斗中由于烟气中的水汽凝结，而使灰粒结块、架桥、甚至堵塞而影响排灰。电除尘器的供电装置。电除尘器的除尘效率及其工作的稳定性，在很大程度上取决于供电装置。它主要包括升压变压器、整流器和控制装置三部分；此外还有经整流的高压直流电压电缆，将直流电输入到电除尘器中。升压变压器的作用是将电网的的交流电压变为电除尘所要求的高压，其电压高达60~70kV，有时甚至高达70~200kV以上。整流器的作用是将高压交流电转变为高压直流电。在电除尘器中，当施加于电极的电场强度达到最高值时，除尘效率也最高。如果在理想的条件下，除尘器电极系统各个点上的击穿电压应相同，从而有可能使工作电压稳定地接近于击穿电压下运行。但实际上，击穿电压在一个相当大的范围内波动。因此，电除尘器运行的工作电压也应随之调节，使其尽可能接近于击穿电压，而又不至于被击穿。在电除尘器中，电压调节已实现自动化。自动调压有不同方式，如按给定的电流电压、按除尘器中的电弧击穿、按电晕放电功率最高值、按给定的火花电频率、按平均最高电压等调节。有时在一个控制系统中，可同时采用数种不同的方式进行调节。电除尘器的评价指标一般有压力损失和集尘率来表示，同时也应综合考虑其设备费用、运行费用、处理烟气量、占地面积、使用寿命等因素。在电除尘器内输送烟气所具有的机械能量由于接触除尘器内壁的磨擦、折流、合流、扩散情况时发生涡流作用时而变成热能。这些因素的作用导至压力损失，此值越小，动力消耗就越少，因而就相当于降低了运行费用。压力损失除尘器进出口的压差表示除尘器的压力损失。各类除尘器的阻力有低、中、高之分。电除尘器属于低阻除尘器，其压力损失一般小于500Pa；而高阻除尘器的压力损失可高达2000~20000Pa。电除尘器动力消耗少，运行费用低，这是它的主要伏点之际一。除尘效率除尘效率是指含尘烟气通过除尘器时所捕集下来的灰量占进入除尘器的总灰量的百分率。η=(c0－c)×100%/c0(式中c0、c分别表示电除尘器进、出口烟气中烟尘的平均浓度，g/m3；η是除尘率。)电除尘器是高效除尘器。除尘率达95%以上。电除尘器的优缺点除尘效率高。对于600MW的机组要求电除尘效率越高越好。电除尘效率是根据国家有关排放标准及工艺要求来确定的。因此不同等级的锅炉要求电除尘效率是不同的。要求过高的除尘效率，设备的造价会大幅度提高，故经济上并不合算。阻力小，能耗低。电除尘器比其它除尘器（如离心离集尘器、洗涤集尘器等）的压力损失小，是一种低阻除尘器。通常为200~300Pa。适用于处理大烟气量。对于600MW的机组烟气的处理量相当大，约为200万m2/h，1台机组需要配置4台断面为240m2的电除尘器才能满足要求。除尘尘粒的范围较广。对于小于0.1μm的微尘仍有较高的除尘效率。适合处理高温烟气。一般可在350~400℃的高温下工作。自动控程度高。自动控制高使得工作人员可在远距离操作。安全可靠。缺点是：一次性投资大，所用