环境管理_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,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：燃料系统。燃烧系统。汽水系统。电气系统。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10 mg/m3），尘粒分散度高 ，直径小于5 m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2 mg/m3），尘粒分散度高，直径小于5 m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15 m以下，5 m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。,2.2.2 SO2 2.2.2.1 SO2的产生环节,SO2的产生主要在锅炉内，如下图：,so2,2.2.2.2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+O2 SO2 燃烧 S+O2 SO3,2.2.3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 + O2 = NO2,2.3.3 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,3.2 so2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。,未来二十年各部门对NOX排放贡献率,3.3 NOX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300400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 + 12H2O 4NH3 + 6NO 5N2 + 6H2O,3.3.2.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+O24N2+6H2O 尿素作还原剂时-CO(NH2)2+44NO+O2 4N2+4H2O+4CO2,3.3.3.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,3.4粉尘治理技术,煤尘治理技术 烟尘治理技术 粉尘治理技术 锅炉尘治理技术 废渣处理系统粉尘治理,3.4.1煤尘治理 3.4.1.1.输煤系统流程及煤尘产生环节,火电厂的燃料进厂后，先后经过翻卸，给煤机械，皮带多段转运、破碎、筛分、犁煤等各种备煤设备进入燃煤锅炉原煤仓。该输煤系统中的翻车机房、皮带走廊、煤场、斗轮机装卸煤等是几个扬尘部位。,3.4.1.2. 煤尘产生原因及治理,3.4.1.2.1翻车机房的粉尘 3.4.1.2.1.1 翻车机房产生粉尘的原因 翻车机瞬间卸煤量大，落差大，煤尘产生较为集中，而且翻车机外形尺寸大，考虑到检修、运行等诸多因素，无法也不允许将其完全封闭，故负压除尘系统应用非常困难。原有喷淋设备为左右各有一排喷嘴的配置系统，对粉尘抑制效果较差。翻车机是发电厂粉尘污染严重、治理难度比较大的重点场所。 3.4.1.2.1.2 翻车机房粉尘治理措施 （1）在翻车机本体顶部按一定间隔安装两排交错布置的喷嘴，随翻车机一起旋转，作为动态跟踪抑尘。该喷嘴待翻车机开始翻转即喷，直至车厢旋转到一定角度后自动停止。,（2）在翻车机左右两侧、出入口两端按一定间隔各安装上下两排交错布置的喷嘴，抑制卸煤时升腾而上的煤尘。该喷嘴待车厢旋转到一定角度，开始向煤仓卸煤时喷，卸煤结束且待翻车机回转过到一定角度后时即停。,3.4.1.2.2破碎机的粉尘 3.4.1.2.2.1破碎机产生粉尘的原因 （）原煤经破碎，颗粒变小，是粉尘产生的内因。 （）碎煤机转子鼓风效应产生的诱导。 （）落煤管落差大产生的诱导。 （）给料机出口（碎煤机进口）不严密，给碎煤机产生 诱导风提供了外因。 （）尾部滚筒积煤产生的粉尘。 （）皮带抖动大产生的粉尘。 （）尾部缓冲托辊选型不好产生的喷粉。 （）导料槽及挡帘密封不合理。,主要原因,3.4.1.2.2.2破碎机粉尘的治理,（1）缓冲煤斗留有一定的封底煤，防止给料机和缓冲煤斗之间 互相窜风。 （2）给料机料槽密封帆布应定期检查，发现有破损应及时更。 （3）给料机料槽出口和碎煤机进口结合处用帆布或胶布进行全面密封 （4）给料机观察孔门做成密封型门。 （5）碎煤机进出落煤管及其法兰结合面进行全面修补和封堵。 （6）将原导料槽平盖板拆除，改换成圆弧拱形盖板，增大导料 槽容积，缓解导料槽正压，减少导料槽顶部积尘。,3.4.1.2.3皮带走廊粉尘 3.4.12.3.1皮带机产生粉尘的原因 皮带走廊产生粉尘的关键点有皮带头部落煤、皮带抖动、尾部落煤管这几个主要部位，原有喷淋设备并没有对皮带头部落煤和皮带抖动产生的粉尘采取措施只是在尾部落煤管简单的加装几个喷嘴进行单一的喷淋，没有考虑到落煤时尾部落煤管由于落差大所产生的粉尘流，它能冲破水雾形成粉尘外溢。 3.4.1.2.3.2皮带机粉尘治理措施 针对落煤管加装挡尘帘和抑尘喷嘴，挡尘帘能隔断粉尘流，再加装喷嘴就能对尾部落煤管粉尘进行有效抑制了。皮带头部落煤加装喷雾喷嘴,皮带过长中间加装润湿喷嘴，回程皮带加装清洗喷嘴。,3.4.1.2.4斗轮机的粉尘 3.4.1.2.4.1斗轮机产生粉尘的原因 目前，常规斗轮机一般不设置喷淋，在斗轮机堆煤或者取煤工作中煤粉飞扬。有的电厂对其进行了改造，加装了喷嘴，但由于水箱体积太小，频繁加水操作复杂，极大的限制了喷嘴的数量。因此在斗轮机工作中，不能对起尘点进行覆盖，抑尘效果不太明显。 3.4.1.242斗轮机粉尘治理措施 斗轮机粉尘治理采用供水卷盘，摆脱了水箱供水的限制，喷嘴数量不再受限。按照有效抑制所有起尘点设计，喷嘴布置如图3所示，供水盘管的采用实现了动态加立体的喷淋，使现场工作环境得到了明显的改善。,3.4.1.2.5煤场的粉尘治理 3.4.1.2.5.1煤场产生粉尘的原因 储煤场的粉尘主要是由于刮风而引起的扬尘和斗轮机装卸煤引起的扬尘。 3.4.1.2.5.2煤场粉尘治理措施 普遍采用的抑尘方法有以下几种，一是全封闭室内采用喷淋除尘，但造价最高。二是采用挡风墙，缺点是造价高，夏天不能防止煤自燃。三是喷枪除尘，价格低，效果明显，还能防止煤自燃，缺点就是风比较大的时候覆盖面受影响，如果采用挡风墙加喷枪降尘效果会最佳。,4.2烟尘治理技术,（1）重力沉降室,（2）旋风除尘器,（3）布袋除尘器,（5）湿式除尘器,（6）各种除尘器性能比较,（4）电除尘器,4.2.1重力沉降室,原理：其机理为含尘气流进入沉降室后，由于扩大了流动截面积而使得气流速度大大降低，使较重颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降。,4.2.2旋风除尘器,原理：机理是使含尘气流作旋转运动，借助于离心力降尘粒从气流中分离并捕集于器壁，再借助重力作用使尘粒落入灰斗。,4.2.3布袋除尘器,原理：含尘烟气通过过滤材料，尘粒被过滤下来，过滤材料捕集粗粒粉尘主要靠惯性碰撞作用，捕集细粒粉尘主要靠扩散和筛分作用，滤料的粉尘层也有一定的过滤作用。,4.2.4静电除尘,原理:利用高压电场使烟气发生电离，气流中的粉尘荷电在电场作用下与气流分离。负极由不同断面形状的金属导线制成，叫放电电极。正极由不同几何形状的金属板制成，叫集尘电极。,4.2.5湿式除尘器,原理：使含尘气体与液体（一般为水）密切接触，利用水滴 和颗粒的惯性碰撞及其他作用捕集颗粒或使颗粒增大的装置。,4.2.6各种除尘设备实用性能比较,四、我国火电行业政策法规及排放标准,主要目标 到2015年，主要污染物排放总量显著减少；城乡饮用水水源地环境安全得到有效保障，水质大幅提高；重金属污染得到有效控制，持久性有机污染物、危险化学品、危险废物等污染防治成效明显；城镇环境基础设施建设和运行水平得到提升；生态环境恶化趋势得到扭转；核与辐射安全监管能力明显增强，核与辐射安全水平进一步提高；环境监管体系得到健全。,4.1国家环境保护“十二五”规划（国务院）,4.2关于火电企业脱硫设施旁路烟道挡板实施铅封的通知(环办201091号),一、对火电企业脱硫设施旁路烟道挡板实施铅封，是切实加强火电企业脱硫设施运行监管，提高脱硫设施运行效率的重要措施。各级环保部门和有关火电企业要充分认识该项工作的重要意义，精心组织，周密部署，切实推进该项工作。要鼓励火电企业逐步拆除已建脱硫设施的旁路烟道，烟气排放连续监测系统采样点逐步统一安装在烟囱符合监测要求的高度位置。对暂时保留旁路烟道的，所有旁路挡板必须实行铅封。 二、根据工作要求，省厅将统一设计制作旁路挡板的封签，实行统一编号。各市、州环保部门具体负责旁路挡板现场铅封工作，确保旁路挡板的封签位置符合相关安装要求，并认真做好记录。,三、旁路挡板铅封后，各火电企业不得擅自启封旁路挡板铅封。遇试验、检修等情况确需开启的，须向所在地市、州级环保部门办理书面审批手续；遇设施紧急情况须自行开启的，须在24小时内向所在地市、州级环保部门报告。维护检修工作结束或紧急情况消除后，各企业应立即关闭旁路挡板门，并向所在地市、州级环保部门提出申请重新进行铅封。各市、州环保部门应对旁路挡板门每次开