（环境科学专业论文）可控源控制技术筛选和费用估算方法.pdf

a b s t r a c t a bs t r a c t b a s e do nt h en e e d so ft h ef u t u r ed e v e l o p m e n to fo u rc o u n t r y , i ti sav e r yu r g e n t t a s kt or e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n tc o m p o s i t ec o n t r o lt e c h n o l o g i e st oc o n t r o l a t m o s p h e r i cc o m p o u n dp o l l u t i o na n de x p l o r et h er e g i o n a la t m o s p h e r ec o m b i n e d p o l l u t i o nc o n t r o ld e c i s i o ns u p p o r tp l a t f o r m c o n t r o l l a b l ep o l l u t i o ns o u r c ea n dc o n t r o l t e c h n o l o g i e sc o s te s t i m a t em e t h o di s t h ec o r eo fav a r i e t yo fs o u r c e st or e d u c e e m i s s i o n sa n dr e d u c et h ec o s to ft h ea p p r o v e dt e c h n o l o g i e s ，a sw e l la st h ea s s e s s m e n t m e t h o do fp o t e n t i a le n v i r o n m e n t a lb e n e f i t si sa ni m p o r t a n tc o m p o n e n tp a r tt h e a t m o s p h e r i cp o l l u t i o ni nt h er e g i o n a lr e g u l a t i o no fc o m p l e xd e c i s i o ns u p p o r tp l a t f o r m a c c o r d i n gt ot h ec o n t r o l l a b l ep o l l u t i o ns o u r c ed i r e c t o r y ，t h i st h e s i si n v e s t i g a t e s t h ec h a r a c t e r i s t i c so fs o m em a t u r eo rc o m m e r c i a lc o n t r o lp o l l u t i o nt e c h n o l o g i 懿a n d e s t a b l i s h e st h et e c h n o e c o n o m i cd a t a b a s e u s i n gra i n sm o d l ef o rr e f e r e n c em o d e l t h i st h e s i se s t a b l i s h e dt h ec o n t r o l t e c h n o l o g y sc o s te s t i m a t i o nf u n c t i o n s i nt h i st h e s i s ，t h ea u t h o rs t u d yf i v ek i n d so f c o n t a m i n a t i o n s ：p a r t i c u l a t em a t t e r , s 0 2 ，n o x ，v o ca n dd u s t ；i no r d e rt ov e r i f yt h e f e a s i b i l i t yo ft h ee s t i m a t i o nm e t h o d ，t h i ss t u d yc o m p a r e dt h eo u t c o m ef r o mc o s t e s t i m a t e sf u n t i o nt ot h ea c t u a lr e s u l t sa n dt h er e s u l t ss h o w e dt h a t ：u s i n gt h e l o c a l i z a t i o np a r a m e t e r s ，t h ef u n c t i o n si sr e l i a b l ea n di tc a l lb eu s e dt oe s t i m a t et h e c o n t r o lt h e c h n o l o g y e sc o s ti nt h ep e a r lr i v e rd e l t ar e g i o n i nt h i ss t u d y , c o s te s t i m a t e sf u n c t i o n , k e yt ot h ea p p l i c a t i o no fc o n t r o l l e d s o u r c e e x a m p l e ，e s t i m a t e sf o rp a r t i c u l a t em a t t e r , s 0 2 ，n o xc o n t r o ll t l e a s u r e sc o m m o n l yu s e d i nav a r i e t yo fi n v e s t m e n tc o s t s ，o p e r a t i n gc o s t sa n dt or e d u c eu n i tc o s t s ，o nt h i sb a s i s ， ac o m p a r a t i v ea n a l y s i so fv a r i o u sc o n t r o lm e a s u r e st or e d u c et h es i z eo ft h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nc o s t s i na d d i t i o n ，t h et h e s i so ft h ev o c ，m o b i l es o u r c e s ，d u s t s o u r c e sw e r es t u d i e dt h r o u g hd a t ac o l l e c t e db yt h e d i f f e r e n tc o n t r o lm e a s u r e st o r e d u c et h eu n i tc o s to f p o l l u t i o n k e yw o r d sp e a r lr i v e rd e l t a ；c o n t r o l l a b l ep o l l m i o ns o u r c e ；e c o n o m i cd a t a b a s eo f c o n t r o l l a b l ep o l l u t i o ns o u r c et e c h n o l o g i e s ；c o s tf u n c t i o n i i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名： 年嗍珥血 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 虢功智一名：簪雌嗍支个f 第1 章绪论 1 1研究意义 1 1 1 课题背景 第1 章绪论 在我国快速的城市化进程和高速经济发展过程中，大气污染物超强度集中式 的释放造成了我国区域性复合大气污染问题。这一亟待解决的问题也成为我国城 市和区域社会经济发展的主要制约因素。为遏制我国城市群区域大气复合污染恶 化趋势，寻求科学可行的防治方略和总体解决框架，国家推出了针对重点城市群 大气复合污染综合防治的“8 6 3 ”课题研究，在“十一五”期间设立了重点城市大气 复合污染综合防治技术与集成示范重大项目。 根据国家中长期科学和技术发展规划纲要( 2 0 0 6 - - 2 0 2 0 ) 部署，结合我 国当前区域大气复合污染综合防治的需求，8 6 3 计划资源环境技术领域在“十一 五”期间启动了“重点城市群大气复合污染防治技术与集成示范”重大项目，选择 珠三角城市群作为核心研究和示范区，组织国内多家优势研究单位，与广东省有 关部门密切合作，开展城市群大气复合污染防治关键技术研究，构建科学的区域 空气质量管理协调机制和管理模式，并开展综合示范。这也是我国第一次针对区 域大气复合污染问题开展的系统科技攻关。该重大项目的实施将为我国城市群大 气污染防治和整体环境质量改善提供有力的技术支撑。 可控源及其控制技术筛选和投资费用估算方法的核心是各种污染源排放削 减的费用和削减潜力的核定技术以及环境效益的评估方法，是大气复合污染区域 调控的决策支持平台的重要组成部分。通过本选题的研究，可以针对不同污染源 类型及预期控制效果，结合珠江三角洲地区具体情况，给出污染控制的投资费用； 结合区域大气复合污染控制方案及总量分配结果中对各污染源排放削减的要求， 得出污染削减的投资额，同时给出具体的控制效果；为区域大气复合污染的环境 影响和费效分析提供支持。本课题是国家8 6 3 项目“重点城市群大气复合污染防治 技术与集成示范”的子课题“大气复合污染的区域调控和决策支持技术”的主要研 究内容之一。 珠江三角洲地区是我国改革开放的先行地区，是我国重要的经济中心区域， 在全国经济社会发展和改革开放大局中具有突出的带动作用和举足轻重的战略 地位。改革开放以来，在党中央、国务院的正确领导下，珠江三角洲地区锐意改 革，率先开放，开拓进取，实现了经济社会发展的历史性跨越，为全国改革开放 和社会主义现代化建设做出了重大贡献。当前，国内外经济形势发生深刻变化， 珠江三角洲地区正处在经济结构转型和发展方式转变的关键时期，进一步的发展 北京t 业大学丁学硕十学位论文 既面临严峻挑战，也孕育着重大机遇。但是随之而来的是高密度的人口集聚和高 强度的经济活动对珠江三角洲的区域大气环境所造成的巨大压力，超过了该区域 生态环境的承受能力，导致该区域生态环境明显退化，环境质量急剧下降。尤其 是大气环境的恶化已经对整个区域产生了显著的影响，引起了广泛的关注。近年 来，珠江三角洲地区已变成以大型城市为中心、以发达的高速公路网连接中小城 市的城市群区域。经济的持续高速发展，导致能源消耗及机动车数量增长，污染 物排放也相应呈现出增加趋势，大量污染源集中在城市群和城乡复合带，污染物 通过大气转化和在城市间输送而形成了典型的大气复合污染。大气污染的范围 已不再局限于单个城市或单个工业区周围，城市间大气污染的相互影响和叠加日 渐突出，在珠三角、长三角、京津冀等城市群地区尤其明显。基于我国国情和未 来发展的需要，研发城市群大气复合污染综合防治技术，探索区域大气环境管理 的科学模式与合理机制，任务十分迫切【l 】。 1 1 2 研究意义 珠江三角洲地区由广东省9 个城市组成，包括广州、深圳、珠海、佛山、肇 庆、江门、惠州、东莞和中山。以2 0 0 4 年计，珠江三角洲的经济总量约占全国 的1 1 0 左右。2 0 世纪8 0 年代以来，珠江三角洲在中国的经济发展中呈现了勃勃 生机，在政治、经济、社会和文化等各个方面发生前所未有的变化，己成为中国 经济最为发达和成熟、最具影响力的地区之一。 珠江三角洲地区地区为平原，地势平坦开阔，临近祖国的南海和广阔的太平 洋，中部多为低矮丘陵，而西、北、东三面为崇山峻岭包围，地势普遍较高。独 特的覆合型三角洲构造为形成一个统一的珠江三角洲空气盆地提供了非常有利 的地理条件。经济快速发展和城市化加剧使得珠江三角洲城市空气污染问题迅速 发展【1 1 。 珠江三角洲地区以二氧化硫、氮氧化物、可吸入颗粒物为特征的传统煤烟型 污染非常严重，而臭氧和颗粒物细粒子等二次污染问题又接踵而至，且污染态势 更加严峻、危害更大。后者已经成为珠江三角洲地区面临的主要环境问题【2 】，成 为制约我国城市群区域社会经济可持续发展、构建和谐社会的瓶颈问题。对于近 年来珠江三角洲地区高居不减的灰霾天气，大气复合污染是其内因，而大气复合 污染不但影响大气能见度，导致看不见蓝天，也会对人体健康和生态系统产生影 响。数据显示，同肺癌高度相关的吸烟率逐年下降，但肺癌死亡率却逐年增加【3 1 ， 所以专家推断空气质量恶化同肺癌死亡率之间有一定的关系。钟南山院士表示， 医院住院率跟二氧化硫和降尘的浓度水平、有雾的天数成正比，可见灰霾天气对 人体的影响很大【3 】。紫外线是自然界杀灭细菌、病毒等的主要武器，而灰霾天 气会导致近地层紫外线的减弱，易使空气中的传染性病菌的活性增强。灰霾天气 第1 覃绪论 也会使日照减少，从而影响植物的光合作用，导致农作物产量下降。另外，灰霾 还会沉降到植物叶面，直接阻滞了植物的呼吸和光合作用，对生态系统影响很大 【4 】 o 近年来，珠江三角洲地区已变成以大型城市为中心、以发达的高速公路网 连接中小城市的城市群区域。经济的持续高速发展，导致能源消耗及机动车数量 增长，污染物排放也相应呈现增加趋势，大量污染源集中在城市群和城乡复合带， 污染物通过大气转化和在城市间输送而形成了典型的大气复合污染。珠江三角洲 地区以二氧化硫、氮氧化物、可吸入颗粒物为特征的传统煤烟型污染依然严重， 臭氧和颗粒物细粒子等二次污染又接踵而至，且污染态势更加严峻、危害更大， 已经成为珠江三角洲地区面i 临的主要环境问题。对于近年来珠江三角洲地区高居 不减的灰霾天气和光化学污染，大气复合污染是其内因，而大气复合污染不但影 响大气能见度，也会对人体健康和生态系统产生影响【5 6 1 。决策者一方面希望尽 快弄清这样一个复杂问题的成因和特征，但同时更迫切地需要一套行之有效的管 理机制，特别是急需一个强大的决策支持工具。但是，到目前为止，在国际范围 内尚没有成熟的管理机制可借鉴。为此，通过对珠江三角洲地区大气复合污染的 区域调控和决策支持技术研究，研究和开发一套完善的区域性控制体系，建立针 对珠江三角洲大气污染区域调控决策支持平台，促进区域大气质量动态控制目标 的制定和协同控制战略的实施，有效改善重点城市群大气环境质量，开发重污染 过程预警及突发事件预报预警决策技术，实现突发事件过程中污染物浓度分布的 实时预报和可视化信息发布机制，不仅是我国现有城市群地区持续和和谐发展所 急需，也为我国未来城市化健康发展提供重要的技术储备。 费用效益分析是指通过权衡效益与费用来评价项目可行性的一种分析方法。 可控源及其控制技术筛选和投资费用估算方法的核心是各种污染源排放削减的 费用和削减潜力的核定技术以及环境效益的评估方法，是大气复合污染区域调控 的决策支持平台的重要组成部分。通过本课题的研究，可以针对不同污染源类型 及预期控制效果，结合珠江三角洲地区具体情况，给出污染控制的投资费用；结 合区域大气复合污染控制方案及总量分配结果中对各污染源排放削减的要求，得 出污染削减的投资额，同时给出具体的控制效果；为区域大气复合污染的环境影 响和费效分析提供支持。 1 2 国内外研究现状 1 2 1国外现状 在区域大气污染控制方面，欧洲和美国做了大量卓有成效的工作。例如，“长 距离越界空气污染”的日内瓦公约( c l r l 认p ) 以法律的手段规定了各国联合控 北京t 业大学丁学硕十学位论文 制大气污染的目标、原则和义务，为解决欧洲的长距离跨界污染奠定了基础，也 积累了丰富的实践经验，对我国丌展城市群区域大气复合污染综合防治具有很强 的借鉴作用【6 】。c l r t a p 最为成功的案例是欧洲的酸沉降控制，经过多年的努力， 虽然没有实现消除硫沉降超临界负荷的最终目标，但欧洲超临界负荷的区域已显 著减少，s 0 2 控制总体上取得了预期的效果。在此基础上，c l r t a p 不但把控 制目标扩展到包括s 0 2 、n o x 、v o c s 、p o p s 、0 3 和n h 3 在内的主要大气污染物， 而且将公约覆盖的区域从欧洲扩展到了北美，并正在半球尺度上推动北半球的大 气污染联合控制。 目前，国际上比较成功的大气管理决策支持平台是r a i n s ( r e g i o n a l a c i d i f i c a t i o ni n f o r m a t i o na n ds i m u l a t i o n ) 模型，它是由i i a s a ( 国际应用系统分 析研究所，c l r t a p 所属综合评价模拟工作组所在地) 开发的。 r a i n s e u r o p e 模型用来综合评估欧洲国家和大气管理决策的支持平台，涵 盖了多种污染物，如颗粒物、s 0 2 、n o x 、0 3 、h g 和v o c 等，同时考虑了多种 环境效应，如土壤和水体的酸化、富营养化以及人体健康影响等。r a i n s 模型 包含三个主要模块，分别为污染物排放与控制费用、扩散沉降和环境影响。通过 将三个模块进行不同的组合，可以分别进行控制方案分析和控制方案优化。可以 说，r a i n s 模型集成了有关国家在排放源识别、费用效益分析、空气质量模拟、 临界负荷( 临界水平) 区划以及多目标决策等方面技术发展的重要成果，体现了 目前大气污染控制决策支持技术的最高水平【7 1 0 】( 该模型流程图如下图1 1 ) 。 1 9 9 2 年r a i n s e u r o p e 的开发和使用经验被应用到r a i n s a s 认一期项 目的开发中。r a i n 卜a s 队主要是针对亚洲酸雨危害共同组织开发实施的项目， 污染物只涵盖了s 0 2 ，所以对于亚洲国家来讲，r a i n 沣a s 队模型的应用有一定 的局限性。r a i n s _ a s 队第二期开发项目于1 9 9 9 年末完成，二期较一期项目无 论是在数据，还是在软件上都得到了很大程度的改进【7 1 1 1 。 为了提高大气管理决策支持平台的准确性，i i a s a 在r a i n s 模型的基础上开 发的g a i n s ( g r e e n h o u s eg a sa n da i r p o l l u t i o ni n t e r a c t i o n sa n ds y n e r g i e s ) 在线模 型考虑到了温室气体的协同作用，该模型目前正处于完善阶段，于2 0 0 8 年底投 入使用。其中g a i n s c h i n a & e a s ta s i a 模型将会涵盖多种污染物，如颗粒物， s 0 2 ，n o x ，0 3 ，h g 和v o c 等，从而弥补了r a i n s a s i a 的不足【1 2 】。 此外，美国也正在研制大气决策评价系统( a s a p ) ，但目前尚处于研发阶 段。 - 4 第1 幸绪论 污染物控制技术 及控制成本 图1 - 1r a i n s 模型框架图 f i g 1 - 1t h ef r a m e w o r ko f r a i n s 在污染物控制技术费效分析方面，以脱硝技术为例：美国环保局对低n o x 燃烧技术的控制成本做了分析；由相关数据可得：采用低氮燃烧技术，尤其是多 种控制技术组合对减少n o x 具有明显效果，n o x 的脱除效率对燃煤机组来说可 达到6 0 ，对燃油、燃气来说可达到8 0 ，但是相对来说成本较高；美国环保 署对烟气脱硝技术同样进行了经济技术分析，并提出了对已建燃煤锅炉s c r 改 造进行经济分析的经验公式。其主要从投资费用和运行维护费用两方面进行经 济估算，适用于脱硝率在8 0 一9 5 、机组容量在lo o m 、0 8 5 0 m w 、未脱硝前 n o x 含量在18 5m g m 3 3 0 7 5 m g m 3 之间的机组；欧盟在大型火电发电厂最佳可行 技术文件中，基于运用商的信息及过去5 年的市场价格，通过公式估算了选择性 催化还原装置的投资成本【1 3 】。 北京t 业大学下学硕十学位论文 1 2 2 国内现状 到目前为止，国内的相关学者或研究机构对污染物分类的合理分类进行了大 量研究，针对各研究内容的具体特点，形成了不同的污染源分类体系。如按照几 何形状分类可分为：点源、面源、线源；按照成因可分为：人为源和自然源；为 了研究的方便，清华大学在“区域大气污染源识别与动态源清单技术及应用”课 题中最新的污染源的分类模式，按照三级或四级分类体系，首先将污染源分为固 定燃烧源、工业工艺源、移动源、溶剂使用源等五类源；其中固定燃烧源按照应 用部门进行二级分类，三级和四级分别按照燃料种类进行；工业工艺源二级、三 级分类分别按照行业范围、产品类型进行分类；交通移动源则按照应用领域、应 用功能、燃料及车型进行分类；溶剂使用源按照应用领域、溶剂种类、使用范围 进行分类；油气开采加工储运按照溶剂种类、生产流通过程、实用技术进行分类。 可控源的筛选及控制技术的筛选是在污染源分类的基础上进行的，虽然到目 前为止，国内尚无系统的可控源筛选体系，但是在对污染物控制措施的研究过程 中，已将单个或多个可控源及可控源控制技术筛选出来。如：秦钟等人对燃煤烟 气脱硫脱硝技术进行了详细说明【l 卅；胡满银，赵毅等人对目前已经商业化的除尘 技术进行了阐述【l 习；董健勋、李辰飞等对探讨了燃煤电厂多种污染物控制技术现 状及发展情况【1 6 j ；郝吉明、马广大等人在大气污染控制工程对目前国内外已 经商业化或技术较为成熟的污染物控制技术进行了详细阐述【1 7 】；董健勋等对燃煤 电厂多种污染物控制技术现状及发展进行了详解【1 8 】；赵鹏高对我国燃煤电厂烟气 脱硫技术与设备国产化情况进行了分析【1 9 1 ；在相关研究的基础上，进行统计总结， 对可控源进行体系化，即可建立可控源名录及可控源控制技术经济数据库。 国内对于污染物控制费效分析方面做了相关的研究，如：王小明等人对烟气 脱硫工艺中的脱硫工艺技术进行了评估 2 0 l ；宋文对延期脱硫装置的技术经济型进 行了分析研究【2 i 】；官维竹，李鹤鸣等人对3 0 0 m w 烟气脱硫工程的经济效益进行 了分析【2 2 】；黄闽等对江苏省内脱硫电厂环境经济性进行了研列2 3 】；燕丽、杨金 田等对火电机组湿法石灰石石膏烟气脱硫成本与综合效益进行了评估【2 4 1 ；陈裕 兴利用模糊综合评价法对燃煤电厂烟气脱硫方案进行了评估 2 5 1 但是以上研究基 本上是在大量的统计数据基础上，针对某一企业的单一污染物的各项费用的统计 得到，该方法能够保证计算结果的准确性，但是由于其工作量较大，计算过程繁 琐，不能用于对整个区域大的区域的污染控制费用的估算上，具有一定的局限性， 并缺乏系统性。 6 - 第1 章绪论 1 3本论文研究目的、内容和思路 1 3 1 研究目标 在污染源调查、分类的基础上，编制可控污染源名录，建立可控源污染控制 技术经济数据库，其中包含各类排放源不同控制技术的投资和运行费用，并建立 投资费用模型。为区域大气复合污染的环境影响和费效分析及调控与决策支持平 台的构建与集成，提供技术支持。 1 3 2 研究内容 ( 1 ) 可控污染源控制技术调查和筛选 调查具有相对较成熟污染控制技术的污染源并进行分类，编制可控污染源名 录。对每类可控源可行的污染控制技术进行系统调查，调查各不同控制技术的具 体特点，编制可控源现行污染控制技术清单，并进行筛选和评价。 ( 2 ) 建立可控源控制技术经济数据库 对各类排放源不同控制技术进行系统的调查，包括统计每个已建或拟建控制 设施的具体情况，包括所采用的技术和设施，建设及开始运行时间，预计运行年 限，控制设施运转情况，投资及运行费用，将其输入数据库，建立可控源控制技 术经济数据库。 ( 3 ) 控制技术费用估算方法研究 对污染源控制技术及控制费用调查结果进行统计分析，确定可控源控制费用 估算方法，建立控制费用模型。 1 3 3 技术路线 论文研究思路如图1 - 2 所示： 北京工业大学工学硕士学位论文 图1 - 2 论文研究思路 f i g 1 2s t u d yf r a m e w o r ko fd i s s e r t a 第2 章可控源筛选及控制技术经济数据库 第2 章可控源筛选及控制技术经济数据库 2 1 可控源及控制技术筛选方法 2 1 1 污染源分类方法 大气污染源分类体系有很多种，一般按照空间位置将污染源划分为工业固定 源、无组织源，工业固定源是指所处地理位置固定不变，通过烟囱或排气筒排放 大气污染物的排放源，可分为点源和面源；无组织源指不经过排放的无规划污染 物排放源，包括居民面源。 本文为了使研究更加全面的涵盖各类污染源，借鉴了清华大学“区域大气污 染源识别与动态源清单技术及应用”课题中最新的污染源的分类模式，按照四级 分类体系，首先将污染源分为固定燃烧源、工业工艺源、移动源、溶剂使用源等 五类源；其中固定燃烧源按照应用部门进行二级分类，三级和四级分别按照燃料 种类进行；工业工艺源二级、三级分类分别按照行业范围、产品类型进行分类； 交通移动源则按照应用领域、应用功能、燃料及车型进行分类；溶剂使用源按照 应用领域、溶剂种类、使用范围进行分类；油气开采加工储运按照溶剂种类、生 产流通过程、实用技术进行分类；针对本研究具体特点，污染源分类如表2 1 。 表2 - 1 污染源分类列表 t l b l e 2 1p o l l u t i o ns o u r c e sc l a s s i f i e a t i o n 一级分类二级分类三级分类 四级分类 固定燃烧源燃原煤电厂 燃型煤电厂 燃煤电厂 燃洗煤电厂 燃焦炭电厂 热电厂柴油 燃油 汽油 其他燃料油 液化石油气 燃气 天然气 燃原煤 燃型煤 燃固体燃料 燃洗煤 燃焦炭 民用源柴油 燃液体燃料汽油 其他燃料油 液化石油气 燃气体燃料 天然气 北京工业大学t 学硕 学位论文 一级分类二级分类三级分类 p q 级分类 燃原煤电厂 燃型煤电j 燃固体燃料 燃洗煤电， 燃焦炭电厂 工业源 柴油 燃液体燃料汽油 其他燃料油 液化石油气 燃气体燃料 天然气 烧结 炼铁 钢铁行业 炼钢 铸造 冶炼铝 有色行业氧化销 其他有色行业 工业工艺源砖瓦 石灰 建材行业 玻璃 水泥 炼焦 化肥 化工行业 碳素 有机化工 重型汽油载客车 轻型汽油载客车 重型柴油载客车 轻型柴油载客车 道路交通源重型汽油载货车 轻型汽油载货车 重型柴油载货车 移动源 轻型柴油载货车 其他燃科车 铁路运输 内河运输 非道路交通 航空运输 农业运输 建筑机械 溶剂使用源工业溶剂工业涂料 工业清洗脱脂 胶粘剂使用 制药业 1 0 第2 章可控源筛选及控制技术经济数据库 一级分类二级分类三级分类四级分类 印刷业 木材防腐 植物油提炼 其他 织物干洗 汽车维修护理 民用溶剂 洗涤护理用品 化学农药使用 开采 提炼加工 原油 运输 储存 运输 汽油储存 销售 运输 柴油储存 油气开采加工储运销售 运输 煤油储存 销售 运输 其他成品油储存 销售 开采 天然气管道运输 中转站 北京t 业大学t 学硕十学位沦文 2 1 2 可控源筛选方法 从表2 1 看出，污染源分类体系庞大，目前，针对大多数对于可造成环境影 响的污染源如：固定燃烧源、工业工艺源、移动源等的控制技术也越来越多的被 研发出来。但是很多技术目前还存在缺陷，如投入成本高、污染物消减效率较低、 设备运行不稳定等缺点，尚需进一步完善。本论文筛选出目前已经商业化、技术 稳定、处理效率较高的控制技术的可控源进行分析。根据研究的需要将固定燃烧 源四级及交通移动源分类分别进行了调整；由于非道路移动源缺少数据来源，本 研究中暂不作讨论；对于油气开采加工储运源，其污染物主要是v o c 的排放， 同样缺少相关数据，暂未将其列为可控源；可控源分类名录如表2 2 。 表2 2 可控源分类名录 t a b l e 2 2c o n t r o l l a b l ep o l l u t i o ns o u r c e sc l a s s i f i c a t i o n 一级分类二级分类三级分类四级分类 吲定燃烧源燃褐煤、烟煤电厂 无烟煤电厂 燃煤电厂 燃洗煤电厂 燃焦炭电厂 热电厂柴油 燃油汽油 其他燃料油 液化石油气 燃气 天然气 燃褐煤、烟煤 无烟煤 燃固体燃料 燃洗煤 燃焦炭 民用源 柴油 燃液体燃料汽油 其他燃料油 液化石油气 燃气体燃料 天然气 工业源 燃褐煤、烟煤 无烟煤 燃固体燃料 燃洗煤 燃焦炭 柴油 燃液体燃料汽油 其他燃料油 第2 章可控源筛选及控制技术经济数据库 。 液化石油气 燃气体燃料 天然气 烧结 炼铁 钢铁行业 炼钢 铸造 冶炼铝 有色行业氧化铝 其他有色行业 工业工艺源砖瓦 石灰 建材行业 玻璃 水泥 炼焦 化肥 化工行业 碳素 有机化工 重型汽油载客车 轻型汽油载客车 重型柴油载客车 轻型柴油载客车 移动源道路交通源重型汽油载货车 轻型汽油载货车 重型柴油载货车 轻型柴油载货车 其他燃料车 工业涂料 工业溶剂 工业清洗脱脂 胶粘剂使用 制药业 印刷业 溶剂使用源 木材防腐 植物油提炼 其他 织物干洗 民用溶剂 汽车维修护理 1 3 北京t 业大学t 学硕十学何论文 2 1 3 可控源控制技术筛选 为了改善日益恶化的环境问题，针对各种污染物的控制技术被逐步的研发出 来，经过改进，很多技术已日益完善并逐渐的商业化；本课题从众多的控制技术 中筛选出目前较为成熟、控制效果良好的控制技术进行了汇总，见下表2 3 。 表2 3 ( a ) 可控源控制技术汇总 主要 可控源分类可控源控制技术控制措施 污染物 化学脱硫 燃烧前脱硫围硫 药剂固硫 炉内喷钙 燃烧过程脱硫 其他脱硫荆 s 0 2 循环流化床烟气脱硫技术 石灰石石膏法 烟气脱硫 喷雾干燥法 燃 炉内喷钙一尾部增湿活化烟气脱硫技术 固固 海水脱硫法 定体 燃燃 电子束法 烧料 简易湿法 源锅 炉 洗煤 选煤 燃烧前脱硝技术 混煤 水煤浆 n o x选择性催化还原法 低氮燃烧和选择性催化还原联合 燃烧中脱硝和烟 气脱硝技术 低氮燃烧和1 f 选择性催化还原联合 非选择性催化还原 选择性催化还原和1 f 选择性催化还原 布袋除尘器 静电除尘器 颗粒物 机械除尘器( 预级) 旋风除尘器 第2 章可控源筛选及控制技术经济数据库 表2 3 ( b ) 可控源控制技术汇总 可控污染染物控制措 可控源分类污染物控制技术 源物施 循环流化床烟气脱硫技术 石灰石石膏法 喷雾干燥法 s 0 2烟气脱硫 炉内喷钙尾部增湿活化烟气脱硫技术 固 燃 海水脱硫法 定 气 电子束法 燃 和选择性催化还原法 烧 油 低氮燃烧和选择性催化还原联合 源 锅 n o x烟气脱硝低氮燃烧和非选择性催化还原联合 炉 非选择性催化还原 选择性催化还原和1 e 选择性催化还原 颗粒物除尘技术布袋除尘器 表2 3 ( c ) 可控源控制技术汇总 可控源分类可控源主要污染物控制措施 循环流化床烟气脱硫技术 石灰石石膏法 喷雾干燥法 s 0 2 炉内喷钙尾部增湿活化烟气脱硫技术 海水脱硫法 电子束法 钢铁、建材厂、 选择性催化还原法 工业工艺源 低氮燃烧和选择性催化还原联合 焦化 n o x低氮燃烧和非选择性催化还原联合 非选择性催化还原 选择性催化还原和非选择性催化还原 布袋除尘器 电除尘器( 三电厂) t s p 、p m 湿式除尘器 旋风除尘器 1 5 北京工业大学工学硕士学位论文 表2 3 ( d ) 可控源控制技术汇总 t a b l e 2 3 ( d ) c o n t r o lt e c h n i q u eo ft h ec o n t r o l l a b l es o u r c e s 可控源分类可控源主要污染物控制措施 循环流化床烟气脱硫技术 石灰石石膏法 喷雾干燥法 s 0 2 炉内喷钙- 尾部增湿活化烟气脱硫技术 海水脱硫法 电子束法 选择性催化还原法 低氮燃烧和选择性催化还原联合 n o x 低氮燃烧和非选择性催化还原联合 t 、i p t 艺源化= 厂 非选择性催化还原 选择性催化还原和1 f 选择性催化还原 布袋除尘器 静电除尘器 颗粒物 湿式除尘器 机械除尘器( 预级) 焚烧法 吸收法 v o c 吸附法 冷凝法 电晕法 表2 3 ( f ) 可控源控制技术汇总 t a b l e 2 3 ( f ) c o n t r o lt e c h n i q u eo ft h ec o n t r o l l a b l es o b r c 可控源分类可控源主要污染物控制措施 焚烧法 吸收法 溶剂使用源炼油等工艺过程 v o c 吸附法 冷凝法 电晕法 1 6 第3 章可控源控制技术经济参数 表2 3 ( g ) 可控源控制技术汇总 t a b l e 2 3 () c o n t r o lt e c h n io ft h ec o n t r o l l a b l es o u r c e s 移动源分类可控源污染物控制技术 汽油轿车 欧1 欧2 欧3 欧4 轻型汽油车 欧1 欧2 欧3 欧4 中型汽油车欧1 欧2 欧3 欧4 摩托车9 3 国标 台湾3 重型汽油车相当于欧1 相当于欧2 相当于欧3 相当于欧4 重柴油机 欧1 欧2 欧3 欧4 t s p 、s 0 2 、 v o c 、n o x 闭环电控喷射+ 冷启动三效催化转化器 优化闭环电控系统和催化转化器+ 多级 三效催化转化器 稀薄燃烧+ 稀薄条件下还原催化转化器+ 氧化型催化转化器，混合动力车辆 发动机维修 电控喷射+ 三效催化转化器 废气再循环+ 氧化型催化转化器 闭环多点喷射+ 三效催化转化器 优化闭环电控系统和催化转化器+ 多级 催化转化器 稀薄燃烧+ 稀薄条件下还原催化转化器+ 氧化性催化转化器 发动机维修保养+ 增压中冷+ 废气再循环 电控喷射+ 增压中冷+ 废气再循环+ 氧化 型催化转化器 电控高压共轨+ 增压中冷+ 废气再循环+ 氧化催化转化器 电控高压共轨+ 增压中冷+ 废气再循环+ 排气后处理技术( 氧化、c r t 、s c r ) 1 7 北京t 业大学t 学硕十学位论文 2 2 建立可控源控制技术经济数据库 2 2 1 除尘技术经济指标 本研究通过向己建或拟建的企业、除尘设备销售厂商进行调研，并对每类重 点可控源的控制技术进行系统调查，统计每种控制设施的具体情况，包括所采用 的技术和设施，污染控制效率，大小尺寸，设备价格，压力损失，耗电功率、烟 气处理量等与控制成本函数直接相关的指标。将其输入数据库，建立可控源控制 技术经济数据库( 见附录) 。 从含尘气体中分离并捕集粉尘、炭粒、雾滴的装置。按分离，捕集的作用原 理，可分为机械除尘器、洗涤除尘器、袋式除尘器，静电除尘器【l5 1 。以下对上述 除尘器的特征进行说明。 机械除尘器：利用重力、惯性力，离心力等机械力将尘粒从气体中分离出来 的装置。这种除尘器的工作原理是：含尘气体通过管道的扩大部分( 重力沉降室) ， 流速大大降低，较大尘粒即在重力作用下沉降下来。为避免气流旋涡将已沉降尘 粒带起，常在沉降室加挡板。 重力除尘器：通过沉降室的气流速度不得大于3 米秒，压力损失一般为1 0 - 2 0 毫米水柱，能捕集粒径大于5 0 微米的尘粒。重力除尘器有干式和湿式之分， 干式除尘效率为4 0 - - 6 0 ，湿式除尘效率为6 0 - - 8 0 。重力除尘器适用于含尘 气体预净化。为提高除尘效率，可降低沉降室高度或设置多层沉降室。 惯性力除尘器：含尘气流冲击在挡板或滤层上，气流急转，尘粒即在惯性力 作用下与气流分离。有碰撞型和回转型两类。惯性力除尘器适用于捕集粒径1 0 微米以上的尘粒，因易堵塞，对黏结性和纤维性粉尘不适用。 离心力除尘器：它是利用气流在旋涡运动中产生的离心力以清除气流中尘粒 的设备。最常用的是旋风除尘器。旋风除尘器工作时气流从上部沿切线方向进入 除尘器，在其中作旋转运动，尘粒在离心力的作用下被抛向除尘器圆筒部分的内 壁上降落到集尘室。 多管式旋风除尘器( 简称多管除尘器) 是由若干个单管旋风除尘器组合起来 的。可将若干个直径较小的旋风除尘器并联起来，也可将旋风除尘器串联起来， 前级用直径较大的旋风除尘器，后级用直径小的。并联多管除尘器可制成立式， 卧式和倾斜式等多种结构。中国定型生产的多管除尘器，简体直径有1 5 0 和2 5 0 毫米两种，有9 管、1 2 管和1 6 管等规格。 喷淋洗涤除尘器利用水洗涤含尘气体使气体净化的装置。有下列各种类型： 重力喷淋除尘器又称喷雾塔或洗涤塔。含尘气体通过喷淋液的液滴空间时，因 尘粒和液滴之间碰撞、拦截和凝聚等作用，较大尘粒因重力沉降下来，与洗涤液 起从塔底排走。为保证塔内气流均匀，常用多孔分布板或填料床。 第3 章可控源控制技术经济参数 自激喷雾除尘器：依靠气流自身的动能，冲击液体表面而激起水滴和水花的 除尘器。如冲击水浴式除尘器，含尘气流从喷口高速喷入，冲击水面后改变方向， 大颗粒粉尘便被水捕获。气流继续通过水层流动，激起大量水花、泡沫和雾滴， 尘粒又被捕获。 文丘里除尘器：由文氏管凝聚器和除雾器组成。凝聚器由收缩管，喉管和扩 散管组成。含尘气体进入收缩管后，流速增大，进入喉管时，流速达到最大值。 洗涤液从收缩管或喉管加入时，气液两相间相对流速很大，液滴在高速气流下雾 化，气体湿度达到饱和，尘粒被水湿润。尘粒与液滴或尘粒与尘粒之间发生激烈 碰撞和凝聚。在扩散管中，气流速度减小，压力回升，以尘粒为凝结核的凝聚作 用加快，凝聚成粒径较大的含尘液滴，而易于被捕集。 袋式除尘器：属于过滤除尘器。它是含尘气流通过过滤材料，将粉尘分离， 捕集的装置。含尘气体从下部引入圆筒型滤袋，在穿过滤布的空隙时，尘粒因惯 性，接触和扩散等作用而被拦截下来。若尘粒和滤料带有异性电荷，则尘粒吸附 于滤料上，可以提高除尘效率，但清灰较困难：若带有同性电荷，则降低除尘效 率，但清灰较容易。 静电除尘器：1 9 0 6 年e g 科特雷尔首先研制成功，因此也称科特雷尔静电除 尘器。它是利用强电场使气体发生电离，气体中的粉尘也带有电荷，并在电场作 用下与气体分离。除尘器的电极形式有平板式和管式两种，通常负极称放电极， 正极称集尘极( 或沉降极) 。 通过对目前已商业化的除尘器进行调查，得到以下除尘器的经济技术参数， 并根据其特点，为企业选择除尘器提供了参考。对收集到的数据进行分析，得到 以下结论，如下表2 5 。 表2 5 常见除尘技术经济参数对比 t a b l e 2 5c o m p a r i s o no ft e c h n i c a la n a l y s i sf o r t h ec o m m o nt e c h n o l o g i e s 压力损失粒径范围设备费 优点缺点 类别型式阻力p a效率 ( m m h 2 0 ) ( u m )( 比值) 结构简 重力 5 0 1 5 04 0 6 0l o 2 0 5 01 o 单，造价效率较低 低 机械 惯性i o o 5 0 05 0 7 03 0 7 0 5 | 除尘 旋风 4 0 0 1 3 0 05 0 9 25 0 7 5 32 5 5 0 | | 旋风 喷淋 结构简单耗水多，占 洗涤 l o o 3 0 07 5 9 5 5 01 o 2 4阻力小地面积大， 操作方便效率较低 气体量 湿式除 文丘里 5 0 0 0 9 0 9 8 3 0 0 8 0 00 1 l o o1 5 1 6 大，效率 | 尘器2 0 0 0 0 不会降低 北京t 业大学t 学硕十学位论文 压力损失粒径范围 设备费 优点 缺点 类别型式阻力p a效率 ( m m h ，o )( u m ) ( 比值) 自激8 0 0 2 0 0 08 5 9 8l o o 1 5 0 l 3 o 6 0 水膜 5 0 0 1 5 0 08 5 9 9 9|3 0 6 0效率高装置复杂 装置简对处理气 过滤 袋式 单、效率体不具有 8 0 0 2 0 0 0 8 5 9 9 1 0 0 2 0 0 o 12 5 8 高、同收冷却作 式除干粉尘能用、占地 尘器直接利用面积较丈 颗粒 8 0 0 2 0 0 08 5 9 9|ll 层 静电 干式 1 0 0 2 0 08 5 9 9l o 5 0o 0 5 5 06 2 5设备庞 i 除尘 能量消耗 大、投资i i 器 湿式1 2 5 5 0 09 0 9 8l o 5 0o 0 5 5 0 | 较少 较高 2 2 2 脱硫技术经济指标 我国s 0 2 排放量9 0 来自煤炭燃烧，因此控制大气污染物最紧迫的任务就是 燃煤s 0 2 的控制。从2 0 世纪6 0 年代开始，世界各国开发控制的s 0 2 技术不下 2 0 0 多种，但能商业应用的不到1 0 。目前控制s 0 2 污染的技术可分为三类，即 燃烧前控制技术、燃烧中控制技术和燃烧后控制技术【2 6 1 。 燃烧前控制技术也称首端控制技术，是控制污染的先决条件。对于燃烧前硫 的控制技术包含物理的、化学的、生物方法，以及多种技术联合使用的综合工艺、 煤炭转化脱硫等。 燃烧中控制技术主要指清洁燃烧技术，一般指型煤固硫技术