（环境科学专业论文）中国火电行业氮氧化物中长期控制方案和技术经济研究.pdf

南京信息工程大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h r o u g hu s i n gt h ei n t e g r a t e dc o n t r o lm e a s u r e ss u c ha st h el a w s ，r e g u l a t i o n sa n d t h ea d m i n i s t r a t i v e ，e c o n o m i ca n dt e c h n i c a lm e t h o d s ，t h ei n d u s t r i a l i z e dc o u n t i e s h a v ea c q u a i r e do b v i o u s a c h i e v m e n t so nr e d u c i n gp o w e rp l a n tn 0 xe m i s s i o n s b a s e d o nt h es t u d yo ft h ea d v a n c e dn 0 xc o n t r o le c o n o m i cp o l i c ya n dt e c h n i c a lm e a s u r e s f r o mt h ed e v e l o p e dc o u n t r i e s ，a n dt h er e s e a r c h ，a n a l y s i sa n de v a l u a t i o no ft h en o x e m i s s i o ns t a n d a r d sa n dc o n t r o l l i n gt e c h n o l o g i e so nc h i n a sc o a l - f i r e dp o w e rp l a n t s ， t h i sp a p e rw i l lp u tf o r w a r dt h e r m a lp o w e rp l a n tn o xc o n t r o lt e c h n o l o g yp r o g r a m m e f o rc h i n a sn a t i o n a lc o n d i t i o n ，w h i c hw i l lh e l pc h i n at ob e t t e rs t r e n g t h e nt h e g o v e r n a n c eo f n 0 xc o n t r o lf o rc o a l - f i r e dp o w e rp l a n t s t h i sa r t i c l ef i r s ta n a l y s e st h ed o m e s t i ca n df o r e i g np o w e rp l a n tn o xe m i s s i o n s t a n d a r d sa n dt h ei m p l e m e n t a t i o no ft h et o t a le m i s s i o nc o n t r o lp o l i c i e s ，a n dt h e n c o m p r e h e n s i v ec o m p a r e st h e s es t a n d a r d sa n dp o l i c i e s o nt h eb a s i so ft h i sa n a l y s i s a n dt h e c o m p a r i s o n ，t h i sp a p e rg i v e sp o l i c ys u g g e s t i o n s o nn o xc o n c e n t r a t i o n c o n t r o ls t a n d a r df o rc h i n a st h e r m a lp o w e rp l a n t s s e c o n d ，t h i sa r t i c l ef o r e c a s t s c h i n a st o t a le m i s s i o no b j e c t i v eo ft h e r m a lp o w e rn o xc o n t r o lt h r o u g hs t u d y i n gt h e d e v e l o p m e n to fu s p o w e ri n d u s t r ya n di t sn o xc o n t r o lp r o c e s s ，w h i c hw i l ll a yt h e f o u n d a t i o nf o ri n s t i t u t i n gar e l i a b l ec h i n a st o t a ln o xe m i s s i o nc o n t r o lo b je c t i v ea n d c o n t r o l t e c h n o l o g yp r o g r a m m e t h i r d ，i n o r d e rt o p r o v i d et h et e c h n i c a l a n d e c o n o m i ci n d i c a t o r s ，t h i sp a p e rh a sa n a l y z e da n de v a l u a t e dt h el o wn o xc o m b u s t i o n t e c h n o l o g ya n df l u eg a sd e n i t r i f i c a t i o nt e c h n o l o g ya c c o r d i n gt ot h ei m p l e m e n t a t i o n o ft h et e c h n o l o g ya p p l i c a t i o ni nd o m e s t i ca n df o r e i g nc o u n t r i e sa n dt h et e c h n i c a la n d e c o n o m i ce v a l u a t i o nm e t h o d so ng a sd e n i t r i f i c a t i o nt e c h n o l o g ya p p l i e di nu n i t e d s t a t e sa n dt h ee u d u r i n gt h er e s e a r c h ，t h e a u t h o r h a sc o l l e c t e da n d a n a l y z e dt h e r e l e v a n t i n v e s t i g a t i o nd a t aa b o u tt h en o xe m i s s i o n s t a t u so ft h e r m a lp o w e rp l a n tb o i l e r s ； 南京信息工程大学硕士学位论文 n o xe m i s s i o nc o n t r o lm e a s u r e sa n dt h ei n v e s t m e n ta n do p e r a t i n gc o s t sf o rv a r i o u s n o xc o n t r o lt e c h n o l o g i e s b a s e do nt h ea c c u r a t e l yd a t aa b o u tn o xe m i s s i o n c o n c e n t r a t i o n ，t h ea p p l i c a t i o n a n dt h ee c o n o m i ci n d i c a t o r so fn o xc o n t r o l t e c h n o l o g i e s ，w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h e r m a lp o w e ri n d u s t r ya n dt h ef o r e c a s to f t o t a ln o xc o n t r o lo b je c t i v ea sw e l la sv a r i o u si n d i c a t o r s ，t h i sp a p e rw i l lp u tf o r w a r d t h et h e r m a lp o w e rp l a n tn o xc o n t r o lt e c h n o l o g yp r o g r a m m ea n dt h ei m p l e m e n t a t i o n r e s u l t si n2 015a n d2 0 2 0 ，a sw e l la st h ea n a l y s i so ft e c h n i c a la n de c o n o m i cf e a s i b i l i t y , w h i c hc a np r o v i d eg u i d a n c ed i r e c t i o nf o rs p e e d i n gu pt h er e a l i z a t i o no fn o x e m i s s i o nc o n t r o lf o rc h i n a st h e r m a lp o w e r p l a n t s k e yw o r d s ：t h e r m a lp o w e rn o x ，c o n c e n t r a t i o nc o n t r o l ，t o t a l e m i s s i o n c o n t r o l ， t e c h n i c a le c o n o m y ，c o n t r o lp r o g r a m m e 学位论文独创性声明 本人郑重声明： l 、坚持以“求实、创新 的科学精神从事研究工作。 2 、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究 成果。 3 、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的。 4 、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构 已经发表或撰写过的研究成果。 5 、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示 了谢意。 作者签名：数趟 日 期：洹密6 ：至 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京信息工程大学有关保留、使用学位论文的规 定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文 的电子版和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允 许论文进入学校图书馆被查阅：有权将学位论文的内容编入有关数据 库进行检索；有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论 文在解密后适用本规定。 作者签名：黧型 日 期： 幽8 = 厶 南京信息工程大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 选题的背景及意义 我国是煤炭大国，长期以来能源消耗以煤炭为主。预计在今后5 0 年内，我国以煤炭为 主的能源结构不会发生显著变化。煤在燃烧过程中生成大量的s 0 2 和n o x 等大气污染物， 形成酸雨污染，目前中国已继欧洲和北美之后成为世界第三大酸雨区，从而给我国经济的 可持续发展造成严重的环境压力。随着公众环保意识的增强和国家环保标准的日益严格， 脱硫技术已经在火电机组上得到了较为广泛的应用，但n o x 排放量却逐年增加。根据燃煤 电厂目前的排放情况，如果只控制s c h 的排放，而不采取有效的烟气脱硝技术控制n o x 的排放，n o x 排放总量将会超过s 0 2 ，成为电力行业的第一大酸性气体污染排放物。因此， n o x 控制必将成为继粉尘和s 0 2 以后的燃煤电站环保治理的重点。 早在上个世纪4 0 年代和5 0 年代，英国和美国就先后有了关于n o x 的危害性的报导， 之后在德国等工业发达国家也出现了相关的报道，6 0 年代氮氧化物被国际社会确认为大气 的主要污染物之一。 回顾控制n o x 排放的发展过程，大多数国家最初都把注意力较多地集中在减少汽车尾 气中的n o x ，但最近十几年情况已经有很大变化，对火电厂排放的n o x 控制问题越来越 受到重视，尤其是作为排放大户的大型火力发电厂，更是成为关注的焦点。火电厂燃煤锅 炉排放的n o x 主要以难于处理的n o 存在，控制相对困难。2 0 世纪7 0 年代国外就开始了 燃烧过程中n o x 的生成与控制研究，并且制订了严格的n o x 排放法规。 在减少火力发电厂n o x 的排放方面，工业发达国家通过采用法律法规的、行政的、 经济的和技术的综合治理措施，取得了十分明显的成果。德国和日本是世界上起步最早、 动作最快的两个国家，美国作为世界头号经济大国，近年来也有很多大的动作。研究国外 发达国家先进的n o x 控制经济政策和技术措施，在对我国燃煤电厂n o x 排放水平及控制 技术进行系统调研、综合分析和评价的基础上，借鉴发达国家的经验，提出适合我国国情 的火电厂n o x 控制技术方案，有利于我国更好的加强对燃煤电厂n o x 的治理。 1 2 国内外研究现状 为了控制n o x 排放，绝大多数工业发达国家和地区都颁布了明确的法律和制定了较严 南京信息工程大学硕士学位论文 格的n o x 排放标准，根据有关法律条文制定的排放标准对n o x 减排起到了直接的推动作 用由于认识到电站锅炉排放的氮氧化物在排放总量中所占的份额很大，因此各国的法规无 一例外的将控制电站锅炉的n o x 排放作为最重要的组成部分i l l 。 在美国，电力工业是最大的n o x 排放源之一。为了控制n o x 排放，美国1 9 7 0 年颁布 了清洁空气法，随后在1 9 9 0 年又颁布了清洁空气法修正案，对美国减少n o x 排放 起到了宏观的指导作用。在此基础上，为了进一步防止n o x 作为主要成分或者前驱物引发 的酸雨污染、地面臭氧污染以及细颗粒物污染，美国环保署相继发布了1 9 9 5 年的酸雨n o x 减排计划、1 9 9 9 年的臭氧运输委员会n o x 预算计划、2 0 0 4 年的n o x 州实施计划和n o x 配额交易计划以及2 0 0 5 年的清洁空气州际法规。这些措施的实施，使得美国的火电n o x 排放量持续减少，其火电n o x 排放量在1 9 9 6 年和2 0 0 3 年获得了大幅度的削减旺11 3 。 2 0 世纪4 0 年代，欧洲出现光化学烟雾污染，到6 0 年代又开始出现大范围的酸雨问题， 欧盟由此开始了对n o x 污染的治理。1 9 8 4 年6 月2 8 日发布的8 4 3 6 0 e e c 导则制定了减 少或防止燃烧燃料装置对空气产生污染的有关程序和措施，并建议对于新建装置采取必要 的排放限值，随后欧盟相继发布了大型燃烧企业大气污染物排放限值8 8 6 0 9 e e c 指令和 2 0 01 8 0 e c 指令，对成员国的大型燃烧设备( 额定供热量超过5 0 m w ) 产生的n o x 排放 进行了统一限定。1 9 9 9 年签署的控制酸沉降，富营养化和臭氧协议制定了各签署国到 2 0 1 0 年的n o x 排放限制目标。欧盟还于1 9 9 7 年通过了一项酸雨防治战略，旨在同时解决 欧盟范围内的酸沉降、富营养化以及近地面臭氧( 0 3 ) 问题。欧盟n o x 的控制以减少环境 损害为目标，不仅要求各排放源达到相应的排放标准，还根据二次污染的削减目标制定区 域n o x 的排放总量，并将总量分配到各地区，从而达到有效减少二次污染的目的h 1 5 11 6 1 。 日本从2 0 世纪6 0 年代进入了能源高消费时代，大气污染从单一的燃煤污染物污染向 多种污染物的协同污染转化，并成为一些城市的社会问题。日本控制大气污染的历程与我 国相似，即第一阶段控制烟尘，第二阶段控制二氧化硫，第三阶段控制氮氧化物。1 9 6 2 年 日本制定了第一部大气污染控制法规烟煤排放控制，之后又经过多次修订，在1 9 7 0 年 修改的大气污染控制法中建立了罚款制度，1 9 9 5 年重新修订的日本大气污染控制法 使得其总量控制制度得到了长足的发展 11 8 1 。 2 南京信息工程大学硕士学位论文 我国目前对n o x 排放采取的主要是命令控制型手段，如大气污染控制法、火电厂 大气污染物的排放标准( g b l 3 2 2 3 2 0 0 3 ) 等，与日本、美国等现行的火电n o x 排放标准 相比，我国现行的n o x 排放标准较为宽松。我国目前的火电n o x 控制政策以单个污染源 的排放浓度限制为目标，由于还没有进行总量控制，即使所有排放源的n o x 排放都达标， 排放源数量的增加仍会导致绝对排放量的增加，随着火电装机容量的快速增加，n o x 的绝 对排放量仍会呈上升趋势，对环境造成的损害也将加剧。因此，制定科学、合理的中长期 总量控制计划，提出明确的火电n o x 总体控制目标，是对我国火电n o x 进行有效宏观控 制的重要前提。 在火电n o x 污染的控制技术研究方面，早在上世纪7 0 年代，发达国家如日本、原西 德、美国、原苏联和加拿大等就开始致力于燃料n o x 的生成机理、低n o x 燃烧器的开发、 炉内同时脱硫脱硝技术以及炉后烟气脱硫脱硝技术等的研究。到目前为止，已开发出多种 商业化的低n o x 燃烧技术和烟气脱硝技术。美国环保署( e p a ) 、能源署( d o e ) 总结了 德国、日本等国家的选择性催化还原技术( s c r ) 以及选择性非催化还原技术( s n c r ) 的 应用经验，并根据本国的排放水平、煤质特点、锅炉类型等情况，详细分析了s c r 、s n c r 的过程原理、设计参数、运行性能及费用分析、典型实例等，为烟气脱硝技术进行经济评 价奠定了基础。针对大型火力发电厂的污染物减排问题，欧盟制定了大型火力发电厂最佳 可行性技术( b a t ) 参考文件，作为行业发展的指导性技术文件。文件明确指出，通常情 况下燃煤和褐煤的火力发电厂削减n o x 的最佳可行性技术( b a t ) 为一级措施( 低n o x 燃烧技术) 和二级措施( 烟气脱硝技术) ，并给出相应的经济分析1 1 2 1 。 上世纪9 0 年代，国外发达国家如美国、日本、德国等在n o x 治理方面取得了很大进 步，我国学者也开始借鉴国外的经验，探讨我国的n o x 治理措施。我国从上世纪8 0 年代 中后期，随着引进的一批大容量火电机组制造技术的同时，引进了低n o x 燃烧技术，并在 燃用烟煤、贫煤的3 0 0 m w 6 0 0 m w 的机组上应用，均取得不错的n o x 减排效果。在国家 政策和标准的推动下，我国低n o x 燃烧技术的研发和推广应用得到了迅速发展，国内有关 单位研发的多种低n o x 燃烧技术获得了一系列拥有自主知识产权的专利。随着我国n o x 排放标准的日趋严格，在实施低n o x 燃烧技术后，n o x 浓度仍未达到排放标准要求或者 3 南京信息工程大学硕士学位论文 处于n o x 环境容量敏感地区的火电机组需要增设烟气脱硝装置。目前，我国在火电机组上 投运和在建的烟气脱硝技术，主要是选择性催化还原法( s c r 法) ，少数采用选择性非催 化还原法( s n c r 法) ，这与当前国际上的烟气脱硝技术潮流是一致的。但是我国对脱硝技 术进行经济评价的研究尚处于探索期，到目前为止还未形成完整的得到权威部门认可的烟 气脱硝经济评价规则。随着脱硝技术的国产化，将进一步完善烟气脱硝技术评价方案，进 而形成统一的技术经济评价指标体系，使我国烟气脱硝装置的投资更加合理。 1 3 主要研究内容 本论文分析整理了国内火电厂锅炉n o x 排放现状、控制n o x 排放的措施以及各种技术的 投资和运行费用的调研资料，在准确掌握现役机组的n o x 排放浓度、n o x 控制技术的应用状 况以及n o x 控制技术的经济指标的基础上，结合火电行业的发展，针对不同时段建设的火电 机组，以及对应不同煤种、不同机组容量、适用的n o x 控制技术，根据火电n o x 浓度控制及 总量控制目标，提出火电行业目标年2 0 1 5 年和2 0 2 0 年的n o x 控制方案和实施效果，并对控制 方案进行技术经济分析。 主要内容：1 ) 火电发展与n o x 排放：统计我国火电发展历程，以及历年火电n o x 排放 量，调研和分析我国火电机组n o x 排放浓度情况。2 ) 火电n o x 控制路线：从浓度控制和总 量控制两个角度，详细分析国内外火电厂n o x 排放标准及总量控制政策的实施情况，并对各 项标准、政策进行综合分析比较，对我国火电厂n o x 的浓度控制标准提出建议；在分析美国 电力工业的发展及其n o x 控制历程的基础上，提出我国火电n o x 总量控制目标。3 ) 火电n o x 污染控制技术分析：根据国内外火电n o x 控制技术应用现状，对低n o x 燃烧技术和烟气脱硝 技术进行技术评价；根据美国、欧盟的烟气脱硝技术经济评价方法，对我国的烟气脱硝技术 进行经济分析，为制定火电n o x 控制方案提供技术和经济指标。4 ) 提出火电n o x 控制方案： 在广泛调研收集及分析评价相关资料的基础上，预测2 0 1 5 年及2 0 2 0 年火电n o x 排放量，根据 火电n o x 浓度控制及总量控制目标，结合相应的控制措施，提出2 0 1 5 年及2 0 2 0 年火电n o x 空 制方案和实施效果，并对控制方案进行技术经济分析。 4 南京信息工程大学硕士学位论文 第二章火电发展与n o x 捧放 2 1 我国电力工业及火电发展 截止2 0 0 7 年底，全国发电装机容量达到7 1 3 2 9 万k w ，同比增长1 4 3 6 ，其中，火 电装机容量达到5 5 4 4 2 万k w ，约占总容量的7 77 3 ，同比增长1 45 9 * o 。从电力生产情况 看，全国仝口径发电量达到3 2 5 5 9 亿k w h ，同比增长1 4 4 4 ，其中，火电发电量2 6 9 8 0 亿k w h ，约占全部发电量8 2 8 6 ，同比增长1 3 8 2 t 1 3 | 。 我国1 9 9 0 年至2 0 0 7 年的火电装机容量与火电发电量的变化状况见图2 1 。 6 0 0 0 0 5 0 0 0 0 4 0 0 0 0 3 0 0 0 0 2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 i 十火电发电量( 亿千瓦时) 一火电装机容量( 万千瓦) f 图2 1我国火电装机容量与火电发电量的历年变化 从图2 1 中可以看出，我国电力工业发展迅速，火电装机容量量1 9 9 0 年达到1 亿k w ， 2 0 0 3 年达到3 亿k w ，2 0 0 7 年已经超过5 亿k w 。火电发电量1 9 9 9 年达到1 0 0 4 7 亿k w h ， 2 0 0 7 年已经接近3 0 0 0 0 亿k v 。 我国火电厂建设采取了发展高参数、大容量机组，改造和关停小火电机组的战略措施。 截止到2 0 0 7 年的统计，全国有华能玉环电厂、华电邹县电厂、国电泰州电厂共七台百万千 瓦超超临界机组相继投入运行，关停小火电1 4 3 8 万k w 。据2 0 0 6 年底的统计，全国1 0 万 千瓦及以上火电机组有1 3 9 3 台，装机容量已达到3 5 8 7 4 8 万k w ，占全国火电厂装机容量 的7 4 1 1 ，其中3 0 万千瓦及以上火电机组6 3 5 台，装机容量为2 4 4 4 1 万k w ，占全国火 s 南京信息工程大学硕士学位论文 电厂装机容量的5 0 4 4 ，分别比2 0 0 2 年增加1 0 2 和1 2 0 8 ，全国百万千瓦以上规模的 电厂1 7 1 座，装机容量达到2 5 6 6 0 万k w ，占全国总装机容量的4 1 2 5 ，成为电力供应的 主力 1 4 1 02 0 0 2 - 2 0 0 6 年全国l o 万千瓦及以上火电装机容量分布见表2 1 。 表2 12 0 0 2 2 0 0 6 年全国1 0 万千瓦及以上火电装机容量分布 年份 2 0 0 22 0 0 32 0 0 42 0 0 5 2 0 0 6 台数 8 5 59 3 l1 0 2 61 1 7 41 3 9 3 l o 万千 瓦及以 装机容量( 万k w )1 9 0 7 6 12 0 8 8 1 8 2 3 6 1 8 4 2 7 7 9 8 93 5 8 7 4 8 上 占火电总装机容量的比重( )7 1 8 47 2 0 6 7 2 6 97 2 3 7 7 4 1 l 台数5 1 95 5 46 1 27 0 88 8 0 2 0 万千 瓦及以 装机容量( 万k w ) 1 5 2 0 1 51 6 4 1 2 01 8 6 4 4 02 2 1 2 3 02 9 5 4 2 0 上 占火电总装机容量的比重( ) 5 7 3 45 6 6 45 7 3 85 7 5 96 1 0 3 台数 3 1 4 3 4 2 3 9 44 8 06 3 5 3 0 万千 瓦及以 装机容量( 万k w )1 1 0 7 1 5 1 2 1 1 8 01 4 2 1 8 01 7 4 9 1 02 4 4 4 1 o 上 占火电总装机容量的比重( ) 4 1 6 94 1 8 24 3 7 64 5 5 35 0 4 4 2 2 我国火电n o x 排放情况 我国火电厂在n o x 排放控制方面起步相对较晚，国家标准火电厂大气污染物排放标 准g b l 3 2 2 3 1 9 9 6 于1 9 9 7 年1 月才对新建大型燃煤电厂n o x 排放提出限值要求，该标准 于2 0 0 3 年进行了修订。新修订的火电厂大气污染物排放标准( g b l 3 2 2 3 2 0 0 3 ) 对火电 厂n o x 排放提出了更高的要求。 据查阅相关资料，目前我国尚无火电厂n o x 排放量的权威发布数据。对中国火电厂 n o x 排放量的分析，最早见于2 0 0 4 年1 0 月清华大学环境科学与工程系编著的国家中长 期氮氧化物控制方案。该报告中采用部门燃料消耗排放因子法，估算了中国n o x 的排放 总量，还给出了2 0 0 2 年中国n o x 排放总量在各个经济部门的排放清单，其中：火力发电 厂排放的n o x 总量为5 0 5 4 万t ，约占全国n o x 排放总量的3 6 1 1 5 1 。之后，一些专业人 士亦曾对火电厂n o x 排放量作出一些分析和预测。在此基础上，考虑火电行业近几年的发 6 南京信息工程大学硕士学位论文 展以及n o x 控制技术在火电行业的应用情况，汇总了我国火电行业近几年n o x 排放量和 耗煤量的发展趋势，见图2 2 。 2 0 0 0 年2 0 0 1 年2 0 0 2 年2 0 0 3 年2 0 0 4 年2 0 0 5 年2 0 0 6 年 2 0 0 7 年 匡亟夏画噩囊匝垂王三巫亟夏匾二互亟噍口 图2 2我国火电n o x 排放量和火电耗煤量 从图2 2 可以看出，我国火电厂氮氧化物排放量随着火电行业的发展总体上呈不断增 长的趋势。2 0 0 0 - - - 2 0 0 7 年五年问，火电厂装机容量增长了1 3 3 4 ，煤耗量增长了1 4 8 3 ， 而我国火电n o x 排放量增长了8 6 3 。相对于我国火电装机容量和煤耗量而言，n o x 排 放量的增加速率明显小于我国火电总装机容量和煤耗量的增艮率。其主要原因是高效率大 容量机组增速较大，单位发电量的煤耗有所降低：其次，这些机组大多采用了低n o x 燃烧 技术，使单位发电量的n o x 排放水平呈下降趋势；另外，在役机组的低n o x 燃烧技术改 造和烟气脱硝装置的建成并投入运行，对降低n o x 排放水平也起到一定作用1 1 6 1 0 2 0 0 7 年，我国单位发电量的n o x 排放水平为3 3 9 克k w h ，与美国1 9 8 5 年的单位发 电量n o x 排放水平相当，高于美国、日本、英国、德国等发达国家1 9 9 9 年的单位发电量 n o x 排放水平，见图2 3 。 7 0 0 0 0 0 0 0 0 0 柏 加 加 南京信息工程大学硕士学位论文 4 3 5 3 2 5 2 1 5 1 o 5 0 ) i l | 圃 一 一 c o c 力 前 v ) i i 圃 ，、 一 c o 艚 v 皿 料 一 c o 泖 书r 皿 * 一 t o 前 v 猫 圃 ，、 一 q r l 摘 v 燃 圊 o 艚 v 藩 圃 _ 书f 口单位火电发电量n 0 x 水平( g k w h ) 图2 3 部分国家单位火电发电量的n o x 排放状况比较 藩 囫 一 c o 书f v 廿 圃 o o _ 捕 v 2 3 火电机组n o x 捧放浓度情况 本次研究得到了环境保护部的大力支持，通过采取现场调研与表格问卷相结合的方式， 对国内火电厂锅炉的n o x 排放现状和控制情况进行了大范围的调研，旨在准确掌握现役机 组的n o x 排放浓度及n o x 控制技术的应用状况，藉此为制定合适的n o x 排放浓度标准及 总量控制目标奠定可靠基础。 2 3 1 调研对象 本次调研总共调查了2 7 0 多台现役锅炉，见表2 2 。在机组类型、容量、燃料种类、 地域、时段等方面具有广泛的代表性： 机组类型包括了国内的各种典型炉型，见图2 4 ，包括：切圆燃烧、墙式燃烧、下冲 火焰燃烧、燃油及燃气锅炉。其中，切圆燃烧与墙式燃烧锅炉的比例分别约占5 7 与2 4 。 机组容量包括了现役机组的各个等级，见图2 5 ，包括：- - 2 5 0 m w 、3 0 0 m w 、6 0 0 m w 及1 0 0 0 m w 。其中，3 0 0 m w 机组占5 7 ，6 0 0 m w 占2 1 ，2 0 0 m w 占2 1 。 燃料类型涵盖了火电厂锅炉所燃用的各种燃料，见图2 - 6 ，包括：无烟煤、贫煤、烟 煤、褐煤、重油及天然气。其中，烟煤占5 5 ，贫煤占2 1 ，无烟煤占1 1 。 被调研机组包括多个时段，见图2 7 ，包括：1 9 9 0 年前、1 9 9 0 , - - 2 0 0 3 年、2 0 0 3 年至今。 受 南京信息工程大学硕士学位论文 其中2 0 0 3 年后新建机组占2 4 ，1 9 9 0 - - - 2 0 0 3 年的机组占3 8 ，2 0 0 3 年前投运时间不详的 机组占3 l 。 表2 - 2 调研机组统计( 单位：组) 机组类型 机组容量( m w ) 无烟煤贫煤烟煤褐煤油天然气合计 2 0 0l68 31 8 3 0 0l1 52 54 i 切圆燃烧 6 0 0l1 5 l1 7 1 0 0 01l 2 0 0l45 3 0 041 41 8 墙式燃烧 6 0 02l6ll o 1 0 0 00 2 0 0ll w 火焰 3 0 01 0ll l 燃烧6 0 0ll 1 0 0 0 o 重油炉 三1 5 055 燃气轮机 3 0 0 7 7 合计 1 52 87 55571 3 5 注：同一电厂的、同一时期的、相同容量的2 台以上机组称为“一组”。 口兰2 5 0 m w 口3 0 0 姗 口6 0 0 m w 口1 0 0 0 m w 图2 - 4 各类机组所占调研机组比例图2 5 不同容量机组所占比例 9 南京信息工程大学硕士学位论文 目无烟擤 口贫煤 口烟煤 口褐煤 一重油 口天然勺 图2 - 6 各种燃料对应的机组所占比例图2 7 各时段机组统计比例 2 3 2n o x 捧放浓度状况 调研的火电厂锅炉具体n o x 排放浓度如下： ( 1 ) 切圆燃烧锅炉 调研的7 7 组切圆燃烧锅炉，满负荷下的n o x 排放浓度在2 5 0 1 4 5 0 m g n m 3 之间，其 中燃用无烟煤的切圆燃烧锅炉较少，其n o x 排放浓度较高，约l1 0 0 1 4 5 0 m g n m 3 ；燃用贫 煤的切圆燃烧锅炉n o x 排放浓度为7 0 0 1 2 0 0 m g n m 3 ，个别超过1 4 0 0 m g , r n m 3 ，平均值约 8 5 0 m g , n m 3 ，早期投运的2 0 0 m w 及3 0 0 m w 等级锅炉的n o x 排放浓度基本超过 8 0 0 m g n m 3 ，新建3 0 0 m w 机组的n o x 排放浓度为6 0 0 8 0 0 1 1 1 洲m 3 ，超过目前法规规定的 新建锅炉n o x 排放限值4 5 0 m g n m 3 ：燃用烟煤的切圆燃烧锅炉n o x 排放浓度为 2 0 0 8 0 0 m g n m 3 ，平均值约5 5 0 m g n m 3 ，随机组容量的增加，n o x 排放浓度呈降低趋势， 早期投运的2 0 0 m w 等级锅炉的n o x 扫v 放浓度为6 0 0 8 0 0 m g n m 3 ，2 0 0 3 年前投运的3 0 0 m w 及6 0 0 m w 等级的n o x 排放为4 0 0 娟5 0 m g n m 3 ，2 0 0 3 年后投运机组主要以6 0 0 m w 等级为 主，n 0 x 排放浓度为2 0 0 3 5 0 m g n m 3 ：燃用褐煤的切圆燃烧锅炉炉膛容积较大，n o x 排- 放 浓度相对较低，基本低于4 0 0 m g n m 3 ，机组容量对n o x 排放浓度影响较小。 ( 2 ) 墙式燃烧锅炉 调研的墙式燃烧锅炉n o x 排放浓度变化范围为2 0 0 1 4 0 0 m g n m 3 ，其中燃用无烟煤的 墙式锅炉，主要是东方锅炉厂新近设计制造的6 0 0 m w 机组，n o x 排放浓度保证值为 6 5 0 m g n m 3 ，实际排放值为6 0 0 , - , 1 0 0 0 m g n m 3 ；燃用贫煤的3 0 0 m w 等级的墙式锅炉多数没 1 0 南京信息工程大学硕士学位论文 有采用低n o x 燃烧技术，n o x 排放浓度较高，为1 0 0 0 1 4 0 0 m g n m 3 ；燃用烟煤的墙式燃 烧锅炉n o x 排放浓度差别很大，早期没有采用低n o x 燃烧技术的锅炉n o x 排放浓度超过 8 0 0 m g n m 3 ，甚至达到1 2 0 0 m g n m 3 ，采用早期低n o x 燃烧技术的锅炉，日常生产采用锅 炉效率较高的模式运行，n o x 排放浓度约4 0 0 - - 6 0 0 m g n m 3 ，新建6 0 0 m w 锅炉基本采用了 先进的低n o x 燃烧技术，n o x 排放浓度为3 0 0 - 4 5 0 m g n m 3 ；燃用褐煤的墙式锅炉极少， 其n o i x 排放浓度低于4 0 0 m g n m 3 。 ( 3 ) 下冲火焰锅炉 下冲火焰锅炉的燃烧集中在下炉膛，一、二次风混合较早，热负荷相对较高，煤粉停 留时间较长，有利于提高无烟煤的燃烬，但富氧强化燃烧导致n o x 排放很高。下冲火焰锅 炉主要燃用无烟煤，其n o x 排放浓度为1 0 0 0 - 1 4 0 0 m g n m 3 ，多数此类型锅炉采用了煤粉 浓缩或空气分级技术，但由于各分级风均集中在下炉膛且分级程度有限，很难形成真正的 低n o x 燃烧。限于运行需要，部分带有低n o x 燃烧措施的锅炉基本放弃了低n o x 燃烧模 式，导致n o x 排放浓度甚至高达2 0 0 0 m g n m 3 ；燃用烟煤的下冲火焰炉国内只有两家电厂， 采用下冲火焰炉液态排渣方式，由于采用了低n o x 燃烧器与深度的空气分级技术，n o x 排放浓度只有4 0 0 , - 6 0 0 m g n m 3 。 各种燃煤机组所排放的n o x 浓度，见表2 3 。 表2 - 3 现有各种燃煤机组所排放的n o x 浓度单位：m g n m 3 机组类型机组容量( m w ) 无烟煤贫煤烟煤褐煤 2 0 05 7 0 1 4 5 08 0 0 - 1 2 0 06 0 0 - 8 0 04 1 0 3 0 05 0 0 1 3 3 06 0 0 8 0 04 0 0 6 5 0 4 0 0 切圆燃烧 6 0 03 0 0 - 4 5 0 4 0 0 1 0 0 03 0 0 4 0 0 要3 0 05 5 0 1 4 0 0 1 0 0 0 - 1 3 0 05 0 0 - - 9 0 0 5 0 0 m w ：2 0 0 液体： 5 0 5 0 0 m w ：4 5 0 5 0 0 m w ：4 0 0 气体： 5 0 5 0 0 m w ：3 0 0 5 0 0 m w ：2 0 0 注：“偏远地区”除外，普通固态燃料为6 5 0 m g m 3 ，v o lc o m p s 3 0 0 m w 固体燃料 生物质4 0 03 0 02 0 0 ( 0 2 含量6 ) 普通 4 0 02 0 0 1 1 )2 0 0 液态燃料( 0 2 含量为3 ) 4 0 0 2 0 0 2 0 0 气态燃料 天然气 1 5 01 0 0 ( 0 2 含量为3 ) 其他气体 2 0 0 2 0 0 液态燃料、气态燃料( 非天然气) 1 2 0 燃气轮机 天然气 5 0 注：1 ) 偏远地区除外，其值为3 0 0 m g m 3 欧盟还制定了大型火电发电厂最佳可行技术文件，文件总结了降低n o x 排放的最佳可 行技术及各种燃料的相关排放水平1 1 2 1 , 具体见下表3 4 。 1 4 南京信息工程大学硕士学位论文 表3 - 4 降低n o x 排放的最佳可行技术及相关排放水平单位：m r d m 3 容量 与n o x 排放水平相关的最佳可行技术 燃烧技术达到相应水平的最佳可行技术 ( m w ) 新的电厂现有的电厂燃料 层燃2 0 0 3 0 02 0 0 3 0 0煤和褐煤p m 和威s n c r p c9 0 - 3 0 09 0 3 0 0 煤结合p m 和s n c r 或s c r 5 0 - 1 0 0 c f b c 和p f b c 2 0 0 3 0 0 2 0 0 - 3 0 0 煤和褐煤 p m 组合 p c 2 0 0 4 5 0 2 0 0 - 4 5 0 褐煤 p m 组合与s c r 或联合技术结 p c 9 0 2 0 0 9 0 2 0 0 煤 合使用 1 0 m _ 3 0 0 p c1 0 0 2 0 0l o o 2 0 0 褐煤 p m 组合 b f b c ，c f b c 1 0 0 2 0 01 0 0 - 2 0 0 煤和褐煤p m 组合与s n c r 结合使用 和p f b c p m 组合与s c r 或联合技术结 p c9 0 - 1 5 09 0 2 0 0 煤 合使用 3 0 0 p c5 0 - 2 0 05 0 - 2 0 0褐煤p m 组合 b f b c ，c f b c 5 0 - 1 5 0 5 0 - 2 0 0 煤和褐煤p m 组合 和p f b c 注：p c 煤粉燃烧 b f b c 一鼓泡流化床燃烧c f b c 一循环流化床燃烧p f b c - - j j 1 压流化床燃烧 p n l 一减少n o x 的主要措施 s c l 卜选择性催化还原法s n c i 卜选择性非催化还原法 从上表可以看出，对于燃烧褐煤的新建及现有电厂，仅采取减少n o x 的主要措施即低 n o x 燃烧技术，最低可使n o x 排放浓度降到5 0m g f m 3 对于燃煤的新建及现有电厂，大 多采用低n o x 燃烧技术与s c r 或s n c r 相结合的方式降低n o x 排放浓度，基本可使n o x 排放浓度控制在3 0 0m g m 3 以下。 ( 3 ) 日本火电n o x 浓度控制标准 日本是最早制定化石燃料锅炉氮氧化物排放标准的国家。1 9 7 3 年日本出台了n o x 允 许排放量的第一部法律，对燃油和燃气锅炉分别规定了最高排放限值；1 9 7 4 年补充规定了 燃煤锅炉的n o x 最高排放浓度；1 9 7 7 年又对燃用各种燃料的大型锅炉重新确定了n o x ：最 高排放浓度；1 9 8 3 年和1 9 8 7 年先后两次修订化石燃料锅炉的排放限值。根据设备建成时 间的不同，燃用固体燃料锅炉氮氧化物的具体排放标准如表3 5 所示7 1 他1 。 1 5 南京信息工程大学硕士学位论文 表3 5日本燃用固体燃料锅炉n o x 的排放标准( 单位：m g m 3 ) 烟气量 设备建成时间 ( 万m 3 h )1 9 7 3 8 91 9 7 3 8 9 1 9 7 5 1 2 1 0 一1 9 7 7 6 1 8 1 9 7 9 9 1 0 1 9 8 3 9 1 0 -1 9 8 7 4 1 刖1 9 7 5 1 2 91 9 7 7 6 1 719 7 9 8 91 9 8 3 9 91 9 8 7 3 3l 至今 7 08 2 06 1 56 1 56 1 56 1 56 1 54 1 0 5 0 - 7 08 2 06 1 56 1 56 1 56 1 5 6 1 55 1 3