燃煤污染物的生成與減排

燃煤污染物的生成與減排徐明厚華中科技大學(xué)煤熄滅國家重點實驗室姚洪1987年華中工學(xué)院動力系本科1994年華中理工大學(xué)煤熄滅碩士研討生、博士研討生(中退)1998-2005日本博士、博士后、助教(期間：2001.9澳大利亞Newcastle大學(xué);2002.9美國Pittsburgh大學(xué);2004.5/2005.6美國Arizona大學(xué);2004.8美國Chicago大學(xué))2005.9煤熄滅教授2005.10-11加拿大Alberta大學(xué)研討方向:煤熄滅與氣化/生物質(zhì)熄滅與氣化/渣滓處置與熄滅/重金屬污染控制/顆粒物…..燃煤排放物NOx；SOx；粉塵有毒痕量元素可吸入顆粒物〔PM10〕CO2報告內(nèi)容2可吸入顆粒物PM103二氧化碳CO24減排非常規(guī)污染物的假設(shè)干新方法1重金屬/Hg燃煤重金屬的污染特點及危害重金屬不會因熄滅而消除煤熄滅析出的重金屬形狀、價態(tài)多變,毒性差別大會產(chǎn)生劇毒金屬化合物許多重金屬有劇烈的三致作用,不易生物降解產(chǎn)生毒性效應(yīng)的濃度低重金屬排放規(guī)范〔GB16297-1996〕農(nóng)用粉煤灰中污染物控制規(guī)范GB8173-87煤中重金屬的普通含量范圍＊＊燃煤痕量元素的排放與控制，鄭楚光，徐明厚等著，2002煤熄滅后重金屬的去向極易揮發(fā)型,如Hg,As等重金屬隨煙氣進入大氣,經(jīng)過干/濕沉降進入地面,危害陸生生態(tài)系統(tǒng)易揮發(fā)型,如Cr,Cd,Pb,Zn,Cu等重金屬熄滅過程中從煤中析出,當煙氣冷卻時凝結(jié),富集在顆粒上,最終滯留在飛灰中不易揮發(fā)的親巖元素,如Al、Si等普通滯留在底灰中Hg0VaporElectronStaticPrecipitator(ESP)33.3%(Solid)SO2Scrubber

36.0%(Liquid)Smokestack30.6%(Gas)Pulverizedcoalflame0.1%(Solid)Coal〔Service：Yokoyama,T.etal.:CRIEPIRep.,No.ET91002(1991)〕PartitionratioofHg1.Elementalmercury(Hg0)→VolatileandInsolublematters2.Biatomicmercury(Hg2+)→HgCl2,HgO,HgSO4,etc.Solublematters3.Organicmercury→HightoxicmattersHg2+Vapor汞在熄滅中的轉(zhuǎn)化汞在環(huán)境中的轉(zhuǎn)化與影響汞的危害對人體的主要影響對中樞神經(jīng)系統(tǒng)呵斥損害，其接觸方式有呼吸吸入，皮膚吸附，食物攝入等人體汞中毒普通來自于食用受汞污染的魚類和其它生物對生態(tài)環(huán)境的主要影響汞排放到大氣、水體、土壤中，在環(huán)境中循環(huán)，經(jīng)過食物鏈引起生物圈中汞的蓄積，對人類及野生動植物呵斥很大危害砷中毒直接損傷人的內(nèi)臟，最終導(dǎo)致癌變砷中毒初步研討結(jié)果熄滅后絕大部分汞存在于煙氣和飛灰中，少部分存在于底灰中反響機理〔反響動力學(xué)〕在參與石灰石之后，汞排放會降低*＊浙江大學(xué)熱能工程研討所報告內(nèi)容2可吸入顆粒物PM103二氧化碳CO24減排非常規(guī)污染物的假設(shè)干新方法1重金屬/HgTSP： 總懸浮顆粒物,小于100μmPM10： 空氣動力學(xué)直徑小于10μm的顆粒物IP： 可吸入顆粒物〔漂塵〕,PM10PM2.5： 空氣動力學(xué)直徑小于2.5μm的顆粒物，又稱可入肺顆粒物幾個定義TSP(TotalSuspendedParticulate)PM(ParticulateMatter)IP(InhalabeParticulate)ElectrostaticPrecipitator燃煤電站是最重要的工業(yè)污染源之一大量細顆粒排入大氣ESP對粗顆粒的除塵效率可高達99%以上，但對PM10的捕獲率不高我國燃煤鍋爐顆粒物排放量大約是電廠所用煤粉量的1.2%－1.5%電站煤炭年耗費量/億噸3.95.417.0發(fā)電用煤量中國環(huán)境科學(xué)研討院北京1997夏季PM10未知源12％海鹽2％建筑資料4％汽車尾氣41％塵土21％煤飛灰21％北京1997冬春季PM10未知源14％海鹽1％建筑資料4％汽車尾氣32％塵土13％煤飛灰36％上海1999年平均PM2.5同濟大學(xué)未知源13％重油熄滅3％煤飛灰21％汽車尾氣18％二次顆粒物16％塵土29％源解析83%SO2優(yōu)5%12%春季可吸入顆粒物優(yōu)SO2NO2可吸入顆粒物55%12%2%31%冬季顆粒物對城市空氣質(zhì)量的影響北京市區(qū)全年能見度低于4km的天數(shù)顆粒物對大氣能見度的影響研討結(jié)論1燃煤的奉獻率對TSP為33%；對PM10為35%；對PM2.5為35%不同粒徑占TSP的比例(數(shù)量)PM10占TSP的82%；PM2.5占TSP的63%富集特性顆粒物中Ba、P、As、Cd、Pb等有害物質(zhì)70%-80%富集在PM10和PM2.5的顆粒物中1中國環(huán)境科學(xué)研討院微細顆粒的危害：大顆粒(PM2.5-10)搜集于鼻、咽、氣管，不可入肺小顆粒〔PM2.5〕可入肺富集有毒重金屬對多個城市的調(diào)查闡明PM2.5與神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)病率有直接相關(guān)性Dockeryetal(1993),NEnglJMed:329(24),1753.微細顆粒對人體的危害PM10呈類似的雙峰分布，峰值分別在0.1和4.3μm附近。PM10的粒徑分布研討結(jié)論11華中科技大學(xué)煤熄滅國家重點實驗室PM10排放濃度變化〔1400℃〕PM10排放濃度變化〔<63μm〕研討結(jié)論1煤粉粒徑越小，生成的PM10也越多隨著溫度的升高，PM10排放濃度添加一樣溫度下，隨氧氣含量提高，PM10排放濃度明顯添加1華中科技大學(xué)煤熄滅國家重點實驗室無機元素化合物在PM中多呈雙峰分布，Si、Al是超微米顆粒物的主要組成元素，而亞微米顆粒物多由堿金屬、堿土金屬的硫酸鹽構(gòu)成。這是由不同的構(gòu)成機理決議的。

研討結(jié)論--無機元素在顆粒物中的分布11華中科技大學(xué)煤熄滅國家重點實驗室除塵器入口PM10的峰值分別在0.1和3.95μm左右，而除塵器出口PM10的峰值分別在0.1和2.36μm左右300MW機組除塵器入口顆粒物質(zhì)量粒徑分布研討結(jié)論1300MW機組除塵器出口顆粒物質(zhì)量粒徑分布1華中科技大學(xué)煤熄滅國家重點實驗室不同粒徑PM10的除塵效率緣由：粒徑大于1μm的粗顆粒來說，主要是慣性力作用，對于粒徑小于0.1μm或更小的細顆粒，那么是由布朗運動起決議性作用，而粒徑為0.1－1μm左右的顆粒為兩種作用的過渡區(qū)研討結(jié)論11華中科技大學(xué)煤熄滅國家重點實驗室鍋爐B和鍋爐C煙氣量分別為30萬m3/h和15萬m3/h，兩種除塵器出口處顆粒物排放總量分別為67.66kg/h和50.07kg/h，顆粒物排放量相當宏大。因此，改造目前現(xiàn)有的低效率除塵設(shè)備、開發(fā)和運用先進除塵設(shè)備燃煤電廠大量顆粒物排放顯得尤為重要，這也是控制目前我國大氣顆粒物污染的有效途徑之一。其它16.55％難熔性氧化物19.58％堿金屬氧化物43.25％SO320.62％其它2.40％難熔性氧化物83.58％堿金屬氧化物6.51％SO37.51％亞微米顆粒粗顆粒結(jié)論：亞微米顆粒物中主要為堿金屬、硫酸鹽；粗顆粒物中難熔氧化物占據(jù)主導(dǎo)位置研討結(jié)論—300MW鍋爐亞微米顆粒和粗顆粒的化學(xué)組成11華中科技大學(xué)煤熄滅國家重點實驗室典型的小雨、中雨和大雨過程對中等尺度氣溶膠的濕去除效果均不理想,但都可以有效地濕去除大尺度氣溶膠(>2μm)和小尺度氣溶膠(<0.01μm)3種降雨類型對大尺度氣溶膠的濕去除效果均依次好于小尺度氣溶膠和中等尺度氣溶膠對于任何尺度的氣溶膠,雨強的添加將有利于它的濕沉降研討結(jié)論—雨強對氣溶膠濕去除的影響分析11華中科技大學(xué)煤熄滅國家重點實驗室在降雨量一定的情況下，對于對數(shù)正態(tài)雨滴尺度譜的(人工噴淋)降雨過程，雨滴幾何平均尺度越小，或者雨滴幾何規(guī)范偏向越小，越有利于小尺度和中等尺度氣溶膠的濕沉降，而略微不利于大尺度氣溶膠的濕沉降啟發(fā)：對于人工噴淋安裝，在噴水量一定的情況下，經(jīng)過調(diào)整噴淋設(shè)備，使得水滴越小和越均勻，將有利于提高可吸入顆粒物的脫除效率1華中科技大學(xué)煤熄滅國家重點實驗室研討結(jié)論—雨滴譜對氣溶膠濕沉降的影響分析1熄滅煙氣中可吸入顆粒物源的脫除技術(shù)光、熱、電、聲、化學(xué)吸附、過濾等技術(shù)的改良與組合大氣中可吸入顆粒物的去除技術(shù)室內(nèi)可吸入顆粒物的去除技術(shù)改良熄滅過程控制可吸入顆粒物的構(gòu)成可吸入顆粒物控制技術(shù)的能夠方向報告內(nèi)容2可吸入顆粒物PM103二氧化碳CO24減排非常規(guī)污染物的假設(shè)干新方法1重金屬/Hg國家CO2

排放(Mtc)1990199720102020美國1345148017871979中國62082214572091前蘇聯(lián)1034646728875日本274297331354全世界58366175814610,009Source:EnergyInformationAdministration/InternationalEnergyOutlook2000世界CO2排放情況海平面上升與陸地淹沒氣候帶的挪動颶風的加劇植被的遷徙與物種滅絕洋流的變化與厄爾尼諾雨型的改動；近50年的氣候變暖主要由人類運用化石燃料排放的大量CO2等溫室氣體的增溫效應(yīng)呵斥的。全球變暖的影響〔a〕自然要素〔太陽活動、火山噴發(fā)等〕的影響〔b〕人類活動產(chǎn)生的氣體和微粒的影響地球溫升和溫室氣體地球外表氣溫變化地球氣候變化能否堪憂？工業(yè)革命以前，CO2含量極為穩(wěn)定。工業(yè)革命到1959年，大氣中的CO2濃度從大約280ppm添加到316ppm，添加了13%。僅在34年就添加到357ppm，又添加了13%，與前兩個世紀上升的幅度一樣大。人類活動對大氣中CO2變化的影響與能源有關(guān)的CO2排放的變化化石燃料熄滅CO2排放21世紀溫室效應(yīng)年總量煤石油天然氣MtcMtc%Mtc%Mtc%199062051482.99815.881.29199680162581.413817.2111.37199782266180.414818121.4620051,18693278.621318403.3720101,4571,11576.527719654.46中國化石能源CO2排放情況1996年我國的CO2排放量分布Mt/年O2/CO2熄滅方式CO2的深海處置

挪動船只釋放液態(tài)二氧化碳管道釋放二氧化碳NH3+H2O+CO2NH4HCO314+312+3279每kgN吸收12/14=0.9kgC植物施肥后,因光協(xié)作用每kgN促使草本植物增長50kg、木本植物增長150kg，相當于每kgN又固定了1.7~5kgC用NH3吸收CO2生成化肥NH4HCO3報告內(nèi)容2可吸入顆粒物PM103二氧化碳CO24減排非常規(guī)污染物的假設(shè)干新方法1重金屬/Hg近幾年來已開發(fā)出多種燃煤發(fā)電技術(shù)，其中CFBC、PFBC－CC和IGCC在國際上得到廣泛關(guān)注和重點研討及示范超臨界機組技術(shù)是當今世界上一項既成熟又在開展中的火電技術(shù)超超臨界機組在本世紀將具有寬廣的開展前景，配合常規(guī)煙氣脫硫脫硝技術(shù)的進一步完善，仍將會組合出高效、干凈的燃煤發(fā)電方式超臨界機組是高效干凈煤技術(shù)不同發(fā)電方式的技術(shù)經(jīng)濟比較*亞臨界/超臨界超臨界機組是成熟、先進的技術(shù)，在機組的可靠性、可用率、熱機動性、機組壽命等方面曾經(jīng)可以和亞臨界機組媲美；超超臨界機組曾經(jīng)有了商業(yè)運轉(zhuǎn)閱歷。開展超臨界機組的優(yōu)勢 4800MW 俄羅斯的蘇爾古特第二電廠 天然氣 4400MW 日本的鹿島 油 4320MW 波蘭的巴爾哈托夫 褐煤 4110MW 加拿大的楠蒂柯克 煤 3000MW 分布在獨聯(lián)體(9)、南非(6)、日本(5)、美國(5)等1300MW 9臺 美國1200MW 1臺 俄羅斯1150MW 1臺 美國1000MW 29臺 主要在日本和美國800MW 20余臺 主要在美國和獨聯(lián)體高參數(shù)大容量機組的開展趨勢世界上單機容量最大的機組世界上大型火電廠開發(fā)運用耐高溫性能良好的鋼材超臨界汽水兩相的流動特性超臨界鍋爐的熄滅技術(shù)監(jiān)測、診斷和自動化技術(shù)超臨界參數(shù)的輔機設(shè)備開展超臨界機組面臨的技術(shù)問題

燃料的順應(yīng)性興隆國家的煤種較為固定切圓熄滅的優(yōu)勢W型爐膛的金屬耗量大熄滅方式的相應(yīng)變化爐內(nèi)溫度程度升高，熱負荷分布不均和偏向出口煙溫偏向熄滅器與爐膛的布置平安性結(jié)渣與高溫腐蝕管束應(yīng)力差超臨界鍋爐機組熄滅關(guān)鍵技術(shù)鍋爐熄滅在線檢測和優(yōu)化控制基于缺點診斷的電站設(shè)備形狀檢修火電廠綜合自動化系統(tǒng)超臨界鍋爐機組熄滅關(guān)鍵技術(shù)

美國聯(lián)邦能源技術(shù)中心與工業(yè)界一同正在開展一種先進的發(fā)電系統(tǒng)—LowEmissionBoilerSystem基于長期運用的粉煤熄滅技術(shù)上，但較之現(xiàn)有的燃煤電站具有更高的熱效率、更好的環(huán)境效應(yīng)和較低的發(fā)電本錢美國低排放鍋爐系統(tǒng)方案—LEBSEmissions

About1/12SO2,1/5NOx,and1/3oftheparticulatematterrequiredbytheNewSourcePerformanceStandards(NSPS).Efficiency 42to47

percenttotalstation,net,basedonfuelHHVCostofElectricity Produceelectricityatcostsequaltoorlessthanthoseofamodern-daycoalplantLEBS特點Includesasupercriticalsteamcycle,a