（环境科学专业论文）火电厂大气环境质量检测与NOltxgt控制技术.pdf

南京信息工程大学硕士论文 a b s t r a c t t h ei m p a c to ft h e r m a lp o w 盱p l a n t so nt h ea t m o s p h e r ei sa ni m p o r t a n t c o m p o n e n to ft h e v i r o n m e n t a li m p a c to f 也e 嘲a lp o w 盯p l a n t s ，t h e r m a lp o w e r p l a n t si nm a n y 他g i o 璐i g n o r et h ea i rp o u u t i o nc o n 仃o l ，i no r d e rt 0r e d u c ei n v e s t m e n t a n dp r o d u c t i o ne o s t s t h i sh a sab a di m p a c to na i rq u a l i t y f i r s t l y , a i rp o n u t a n t so f t l a 髓m a lp o w e rp l a n t sa 船a n a l y z e ds i m p l y ，w h i c hp u t sd u s t , s 0 2a n dn o x 鹤m a i n f a e t o 娼s 0 2c o n t r o lt e e l m o l o g yi sr e l a t i v e l ym a t u r e ，b l l tn o xc o b o lt e c h n o l o g ya t p r e s e n ts t i l lh a st h ev e r yb i gr e a r c hs p 踮e a e e o r d m gt oy u l a u a np o w e rp l a n ta c t u a l s i t u a f i o 玛t h et e e l a n i e a lm e 鹪i | r e st o r e d u c en o xi ny u l a u a np o w e rp l a n ta 陀 s p e c i f i c a l l ya n a l y z e d y t t h u a np o w e rp l a n tr e d u e 也en o xe m i s s i o nb y 也e a d o p t i o no fp m - b u r n 盯a n dm a c ts t a g e dc o m b u s t i o nt e c l m o l o g y t h ef o r e e a s t s m t sa n da c t u a l 心弧i 乜d u r i n gt h en o r m a lo p e r a t i o np e r i o da 把c o m p a r e da b o l l ct h e c o n c e n 廿a t i o no fn o xe m i s s i o n e n v i r o n m e n t a lp e r f o r m a n c eo fy u l a u a np o w e rp l a n t i sa n a l y z e d t h e 黜e n l r a t i o no fn o xe m i s s i o no fy u h u a np o 哪p l a n tm e e t s n a t i o n a le n v i r o n m e n t a ls t a n d a r d sf u l l y t h i sc a l lp r o v i d ea ne x a m p l ef o ro t h e rp l a n 协 t o 糟d u e et h ec o n c e n t r a t i o no f n o xe m i s s i o m a t m o s p h e r i ee n v i r o n m e n tq u a l i t yo f y u l a t t a np o w e rp l a n ti st e s t e d s 权s a m p l i n g 螂辨c h o s e na t t e r 出艇删吐n i l l gt h et e s t i n g o p ea n df a c t o 玛t h ea p p r o p r i a t ea i r p o u u t a n tt e s t i n ga n da n a l y s i sm e t h o d sa r eu s e dt oa n a l y z ea n ds u m m a r i z t ：t h e g a t h e r i n gs a m p l e sa n do b t a i n 衄r e s “i 协t h er e s u l t sm e e tn a t i o n a le n v i r o n m e n t a l s t a n d a r d s a t m o s p h e r i ce n v i r o n m e n ti m p td u et oa i rp o l l u t a n ：c so fy u l m a np o w e r p l a n ti s 触e a s t e da n da n a l y 矾a n dt h er e s u l t sa l s om e e tn a t i o n a le r a v 打o n m e n t a l s t a n d a r d s t h i sp a p e rr e v o l v e st h eo p t i m i z a t i o nm 船, s l l l e $ a _ b o u ta t m o s p h e r i ce n v i r o n m e n t q u a t i t ) ro f 血e r m a lp c 哪e rp l a n ：t s n o xc o n t r o lt e e h n o l o g yi ss t u d i e di nt h et e e l m i c a l m e a , s l l r e 部p e e t t h e ”c o m b i n a t i o n ”t h o u g h to fn o xe o n 仃o lt e e l a n o l o g yi sm i d 砌c hi n e l u d 船c o m b i n a t i o ng o 她c o m b i n a t i o nm e t h o d sa n dc o m b i n a t i o n 舷 a n a l y s i s t h u s , t l l eh i g h e s te f f e c tt or 锄o v en o xi so b t a i n e db yt h em o s tl o wc o 虬 p r i e i n gs t r a t c g yo fe m i s s i o nf e ei ss t u d i e di nt h ee n v i r o n m e n tm a n a g e m e n ta s p e c t 南京信息工程大学硕士论文 t h e “t o t a lq u a n t i t yc o n t r o l “a n d ”g a m et h e o r y ”t h o u g h ti si n t r o d u c e d , a n di ti s s t u d i e dh o wt of o r m u l 疵r e a s o n a b l es t a n d a r d sf o re m i s s i o n f e e t h u s ，t h er e g r e s s i o n e q u a t i o no fe m i s s i o nf e e sp r i c i l l gm o d e li so b t a i n e d np r o v i d e sr e f e r e n c ef o rt h e g o v e r n m e n ti nm a k i n gd e c i s i o n s ，w h i c hc a ni m p r o v ei m p l e m e n t a t i o nf o r c eo ft h e g o v e r n m e n t se n v i r o n m e n t a lm a n a g c m c l rp o l i c i e s t w oa s p e c t st oc o m p l e m e n to n e m o t h e r 曲o u tt h et e c h n i c a lm o 雹s u r ea n de n v i r o n m e n tm a n a g e m e n tp r o v i d et h e e f f c c t v ei a s p i r a t i o na n di n s t r u c t i o n , i nt h ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na s p e c tf o rt h e g o v e r n m e n ta n dt h ee n t e r p r i s e i tc a l lp r o v i d ean c v y 蝴t i v et oq 坩m i z e a t m o s p h e r i ce n v i r o n m e n tq u a l i t yo f t h e r m a lp o w e rp l a n t s k e y w o r d s ：t h e r m 丑1p o w e rp l a l x t , a t m o s p h e r i ce n v i r o n m e n t , t e s t i n g ，n o xc o n t r o l t e c h n o l o g y , e m i s s i o nf e e h i 学位论文独创性声明 本人郑重声明： i 、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：l 丑整 日 期：趔! ：星 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嗣 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 一 一k 作者签名：! 型竖 日期：塑z ：6 ：基 1 1 本课题研究背景 南京信息工程大学硕士论文 第一章引言 人类进入电气化时代，农业、工业以及人类的日常生活都离不开电能，电 力工业的发展是社会经济发展的基础，是国家今后3 0 年仍将重点发展的支柱产 业。火电厂是电力工业的主要组成部分。目前，中国大多数地方缺电严重，尤 其到了夏季，拉闸限电非常普遍，这在很大程度上制约了经济的发展。我国的 煤炭资源非常丰富，所以已建和在建电厂以燃煤电厂为主，同时追求机组容量 大、效率高、环保节约型。 随着火电厂的发展，火电厂对环境的影响日益突出，并且切实摆在人类眼 前。就目前整个大环境来说，人类面临的环境问题已经日趋严重。大气污染、 水污染、城市噪音、资源能源的枯竭、生物多样性的缺失、酸雨、臭氧层空洞、 水土流失、温室效应等等一系列环境问题不容我们乐观【i 】。不管是区域性环境 问题还是全球性环境问题，这都向人类的生存和生活提出了严峻的挑战，直接 威胁人类健康和生物界的安全。许多国家和社会组织已经意识到环境污染和破 坏带来的环境危机，各种保护环境的会议、协定在全球范围内被实施，各种解 决环境污染问题的研究正在逐步深入开展。在各国政府和社会组织的努力下， 环境问题已经得到一定的改善，但是这些改善仍然是局部的、缓慢的。 火电厂对环境的影响一直备受关注，现在新建电厂首先要满足环保要求， 国家环保部门正在加大力度对火电厂的环境问题进行整改。目前，我国9 5 以 上的火电厂是以燃煤为主【2 】，我国燃煤火电厂动力用煤的特点就是高灰分、高 硫分，而且几乎不经任何洗选等预处理，这就造成了火电厂污染物排放总最大 且集中。燃煤火电厂主要污染物有烟尘、s 0 2 、n o x 、灰渣、废水等，其中烟尘、 s c h 、n o ；等有害物质排入大气中，对大气造成了严重的污染，较其他方面影响 南京信息工程大学硕士论文 来说，是最迫在眉睫的。s 0 2 在低浓度下主要影响呼吸系统，浓度较高时会造 成支气管炎、哮喘病，对有呼吸系统和心脏疾病的人，将导致病情加剧，严重 者有致命危险，s 0 2 还是我国酸雨形成的最主要的酸性物质。n o ；是常见的大气 污染物质，它能刺激呼吸器官，引起急性和慢性中毒，影响和危害人体健康， 还可生成毒性更大的硝酸或硝酸盐气溶胶，是形成酸雨的主要酸性物质之一。 s c h 和n o x 还能形成无机盐的细颗粒物，加重空气中的细颗粒物污染。大气中 的烟尘等颗粒物的主要危害有：遮挡阳光，降低能见度，进而影响天气和交通， 粒径小于1 0 微米的细颗粒物可长期漂浮在大气中，易进入入的呼吸系统，其中 的有害物质会对人体组织造成伤害。酸雨腐蚀材料，破坏生态环境，使林木枯 萎死亡，使农作物减产，使水体酸化并危害水生动植物：中国环境科学研究院 和清华大学等单位的研究结果表明，酸雨污染给我国造成的损失每年超过1 1 0 0 亿元，大气污染所造成的损失每年约占我国g d p 的2 一3 之间例，制约了社 会的可持续发展。减少火电厂污染排放物对大气环境的影响已经成为火电厂治 理污染的重点；同时国家环保部门对大气污染的防治工作也将火电厂作为重大 点源进行控制和整改，现已经取得一定的成效。 为了对火电厂周围的大气环境进行有效的治理，火电厂大气环境质量检测 是个不可或缺的课题。大气中的有害物质是多种多样的，不同地区污染类型和 排放污染物种类不尽相同，应根据各地的实际情况确定需要检测的大气环境指 标，大气中常见的污染物有烟尘、二氧化硫、氮氧化物、总烃、铅、氟化物、 臭氧和苯并 a 芘等。根据火电厂的排污特点，火电厂周围的大气环境介质中存 在一些典型的污染物质，主要是烟尘、s c h 、n o 。 烟尘的检测：烟尘是大气污染物中数量最大、成分复杂、性质多样、危害 较大的一种，它本身可以是有毒物质，还可以是其他有毒有害物质在大气中的 运载体、催化剂或反应床。在某些情况下，烟尘与所吸附的气态或蒸气态物质 结合，会产生比单个组分更大的协同毒性作用。所以，对烟尘的研究是控制大 气污染的一个重要内容。大气中烟尘的检测项目有：总悬浮颗粒物的测定、可 2 南京信息工程大学硕士论文 吸入颗粒物浓度及粒度分布的测定、降尘量的测定、颗粒中化学组分的测定。 其中，颗粒物浓度的测定最常用的是重量法【4 】，原理是：使一定体积的空气进 入切割器，将大于某一粒径的微粒分离，小于这一粒径的微粒随着气流经分离器 的出口被阻留在已恒重的滤膜上。根据采样前后滤膜的重量差及采样体积，计 算出颗粒物浓度，以m g m 3 表示( 标准状况下) 。 二氧化硫的检测：大气中的含硫污染物主要有h 2 s 、s c h 、s 0 3 、c s 2 、h 2 s 0 4 和各种硫酸盐。他们主要来源于煤和石油燃料的燃烧、含硫矿石的冶炼、硫酸 等化工产品生产排放的废气。作为大气污染的主要指标之一，二氧化硫在各种 大气污染物中分布最广、影响最大，因此，在硫氧化物的检测中常常以二氧化 硫为代表。测定二氧化硫的方法主要有四氯汞钾溶液吸收一盐酸副玫瑰苯胺分 光光度法( g b 8 9 7 0 一8 8 ) ，甲醛缓冲溶液吸收一盐酸副玫瑰苯胺分光光度法 ( g b 厂r 1 5 2 6 2 9 4 ) 、钍试剂分光光度法、紫外荧光法、电导法、库仑滴定法、 火焰光度法、定电位电解法( 砌仃5 7 2 0 0 0 ) 。甲醛缓冲溶液一副玫瑰苯胺分 光光度法测定二氧化硫 f l ：二氧化硫被甲醛缓冲溶液吸收后，生成稳定的羟甲 基磺酸加成化合物。在样品溶液中加入氢氧化钠使加成化合物分解，释放出二 氧化硫与副玫瑰苯胺、甲醛作用，生成紫红色化合物，用分光光度计在5 7 7 n m 处测定。 氮氧化物的检测：氮氧化物主要来源于石化燃料高温燃烧和硝酸、化肥等 生产排放的废气，以及汽车排气。氮氧化物包括n o 、n 0 2 、n 2 0 、n 2 0 3 、n 2 0 4 、 n 2 0 5 等，这些氧化物中占主要成分的是一氧化氮和二氧化氮。大气中氮氧化物 的测定可分为化学法和仪器法两类。化学法中最常用的是s a l t z m a n 法( g b t 1 5 4 3 5 - - 9 5 ) 、酸性高锰酸钾溶液氧化法、三氧化铬一石英砂氧化法。其中s a l t z n m n 法仅适于测二氧化氮的含量，酸性高锰酸钾溶液氧化法和三氧化铬一石英砂氧 化法可以检测大气中氮氧化物总量。仪器法有化学光化法和库仑原电池法等。 s a l t z m _ a n 法测定二氧化氮的基本原理( 6 j ：空气中的二氧化氮与吸收液中的对氨基 苯磺酸进行重氮化反应，再与n - ( 卜萘基) 乙二胺盐酸盐作用，生成粉红色偶 南京信息工程大学硬士论文 氮染料，于波长5 4 0 5 4 5 眦之间用分光光度计测定其吸光度。 火电厂所产生烟气中的n o 。的排放量不断增长，对环境造成了严峻的压力， 控制火电厂n o ；的排放越来越受到人们的重视。国家环境保护总局和国家质量 监督检验检疫总局于2 0 0 3 年1 2 月3 0 日联合发布了火电厂大气污染物排放标 准( g b l 3 2 2 3 2 0 0 3 ) ，针对n o 。排放现状，分3 个时段规定了火电厂n o x 最 高允许排放浓度限值【7 l 。目前，世界发达国家对n o x 的产生机理和控制技术的 研究，已经取得相当大的成果，并在工程上进行了成熟的应用。我国对n o x 减 排的研究也有了很大的进展，国家也通过引进和自主研究相结合，在不少电厂 中进行降低n o ；排放的实践。 火电厂是污染大户，火电厂对大气环境的污染又是火电厂污染的主要部分 和重点关注方面，所以重点对火电厂大气环境质量进行检测，并对大气环境受 到的影响进行预测，使其更加系统化、专业化和成熟化，这对我国火电行业的 污染治理有着重要的指导意义。 1 2 本课题研究意义 对大气环境质量进行检测和影响预测是环境科学体系中一项最基础的研究 工作，对开展区域环境治理，进行区域环境规划、搞好环境管理、制定环境保 护对策都具有重要的指导意义1 8 】。从功能上看，这是一种辅助和改善各种社会 经济、环境等决策过程的强有力的工具；其目标是分析人类拟议行动对各种潜 在的和显著的环境影响的后果，以确定行动方案的可行性，制定减轻和消除任 何不利影响的对策；为决簧者收集和处理信息，促使决策者考虑行动的环境后 果；使得全球的、国家的、区域的发展和项目的开发建立在与环境协调和可持 续发展的基础之上例。大气环境质量已经在全球范围内得到重视，大气环境质 量的好坏与人类生存、生活息息相关，并直接影响社会的向前发展。作为研究 对象的火电厂，历来与大气污染关联密切，必须有科学的程序和方法体系去指 导对火电厂大气环境质量进行检测和影响预测。然而，由于目前国内火电厂干 4 南京信息工程大学硕士论文 差万别，新老不一，对火电厂大气环境质量进行检测和影响预测也只是在局部 地区小范围内开展，在这一领域尚未形成系统化和普遍实用化的科学体系。 我国在对火电厂大气环境质量进行检测，并对大气环境受到的影响进行预 测只处于初级阶段，其重要性并没有得到广泛的认同，实践中开展的行动也只 是局部现象，基本属于政策性强制行为，缺少市场需求的刺激，同时也缺少真 正与环境设计相结合的做法。针对火电厂的排污特性，实现零排污是不可能的， 但是可以衡量火电厂的排污状况，从而指导对火电厂的污染防治工作。国家环 保部门已经加大对火电厂污染的检查力度，并大量关停小机组以减轻环境污染。 大气污染是火电厂的主要污染【l o l ，对火电厂大气环境质量进行检测，并对大气 环境受到的影响进行预测，从而让政府和公众了解火电厂对大气环境的影响实 际状况，从而决定是否建造、是否关停和如何增加环保投资。所以在国内广泛 开展对火电厂大气环境质量进行检测，并对大气环境受到的影响进行预测既迫 切又有现实意义。 我国电力工业正处于高速发展时期，火电机组装机容量逐年增加，为了保 护环境，降低火电厂n o x 污染迫在眉睫。一级脱氮技术成本低，但脱除效果一 般 5 0 ，不能满足日益提高的环保要求；二级脱氮技术可以达到8 0 以上的 脱除效果，但成本很贵。目前，就我们国家的经济发展现状而言，经济实力有 限；因此，研究如何在火电厂中将几种脱氮技术进行有机组合，分析其组合脱 氮能力，进行对比，从而以最低成本获得最高的n o x 脱除效果，这是一种效果 较好、成本较低、适于我国国情的有竞争力的技术路线，脱除n o ，效果也同样 能够符合国家环保要求。 本课题对火电厂大气环境质量进行检测，并对大气环境受到的影响进行预 测，目的是从方法的角度研究具有学科综合化特征和主观客观相结合的技术体 系，探索具有相对普适性的应用技术，同时将对火电厂大气环境质量进行检测， 并对大气环境受到的影响进行预测引入电力行业的建设项目，从而建设绿色环 保型火力发电厂，为社会经济、环境的可持续发展服务。火电厂n 0 ；污染目前 5 南京信息工程大学硕士论文 越来越突出，本课题在对火电厂大气环境质量进行检测的同时，去研究了减少 n o x 排放的各种控制技术的脱氮特点和能力，并将这些技术进行有机组合，研 究其组合脱氮特点和能力，进行比较研究，从而决定如何根据成本实际状况和 环保实际要求选择适合不同电厂的n o x 减排技术。 1 3 本课题研究的内容、方法、成果及创新 对火电厂大气环境质量迸行检测，并对大气环境受到的影响进行预测已经 成为说明火电项目在建设和运行期间对周围大气环境造成的影响的一种实用技 术。本课题选择以玉环电厂为研究平台，针对玉环电厂的污染实际情况，对玉 环电厂大气环境质量进行了检测，在此基础上还专门研究玉环电厂排污对周围 大气环境的影响；并联系到目前n o ；污染日趋严重的实际情况，研究如何进行 有效的脱除n o 。，从而达到脱氮成本和脱氮能力上的最佳组合效果；最后从环 境管理角度，专门研究了如何对排污收费进行定价，从而指导在火电行业中进 行合理的排污收费，促进火电厂本身进行大气污染治理。 本课题具体研究方法是：对火电厂大气环境质量进行检测，主要是在玉环 电厂周围以玉环电厂厂区所在地为圆心，圆心角为1 2 0 0 ，半径为6 k m 的一 个扇面，约3 8 k m 2 陆域面积，设了六个采样点，在大气环境中采集样品；然后 在实验室进行s 0 2 、n o x 、p m l o 、t s p 的含量分析、测定、计算得出污染物浓度 值；并通过预测模型得出玉环电厂排放的主要的污染物露s 0 2 、n 仅、p m i o 对周围大气环境的浓度贡献大小；重点分析了玉环电厂降低n o ；排放的技术方 法；最后有针对性地提出火电厂大气环境质量的具体优化措施，在技术治理措 施方面重点研究n o 。的控制技术，在环境管理角度重点研究排污收费定价策略。 本研究的创新之处： i 在于n o 。控制技术的“组合”思想，可以根据锅炉的不同脱n o 。指标，在 技术经济对比的基础上，分别采用炉内与尾部烟气技术的不同组合，以最低成 本满足脱n o ；要求，从而获得最佳的解决方案。 6 南京信息工程大学硕士论文 2 在于排污收费定价策略研究方面，引入总量控制 和“博弈论”的思想。理 论联系实际，从而在环境管理方面，为政府决策和企业凑策提供具有实际意义 的有效的启发和指导。 7 南京信息工程大学硕士论文 第二章火电厂大气环境影响分析 2 1 火电厂大气污染物分析 在火电厂电力生产过程中，向大气排放的污染物多达1 0 0 余种，其中主要 大气污染物质为烟尘、s 0 2 和n o 。【1 1 1 。 2 i i 烟尘 烟尘是一种气体溶胶物质，它是以一些固体小颗粒或液体分散漂浮在气体 之中。生产过程中排放的烟尘，粒径大于1 0 微米时，因本身的重力作用，能迅 速沉降至地面，故称为“落尘”：当粒径小于1 0 微米时，因能长期飘游在空中 而做布朗运动，故称为“飘尘”。火电厂锅炉产生的烟气主要是灰分，其颗粒十 分细小，在废水中里悬浮状态，而煤中灰分所含的矿物杂质主要是碳酸盐、黏 土矿物质及微量的稀土元素等，在燃烧过程中经过高温分解和氧化作用后产生 的一般呈固态。虽然火电厂产生的烟尘污染都来自煤中矿物质燃烧产生的灰分， 但灰分并不是全部都转化为烟尘，而且灰分的组成和质量与煤中的矿物质也并 不完全相同，实际上还会受到燃烧温度的影响。 火电厂燃烧系统产生的飘尘的化学组成比较复杂，其中有镍、镉、铬、铅、 钒、砷等的有毒化合物，特别是致癌物质苯并哟芘、苯芘蒽等，通过呼吸道或 皮肤进入人体，引起肺癌或皮肤癌。飘尘的危害程度与尘粒的大小及性质密切 相关。在各种飘尘中，粒径在o 5 0 0 微米的飘尘对人体的危害最大。粒径大于 5 微米的飘尘能被鼻毛与呼吸道黏液挡住而排出，粒径小于o 5 微米的飘尘能被 黏附在呼吸道表面而随痰排出，只有粒径在0 5 - 5 0 微米的飘尘能直接深入肺 部，在肺泡内沉积，并可能进入血液输往全身，在身体各个部位积累产生症状。 8 2 1 2s 0 2 南京信息工程大学硕士论文 s 0 2 是无色不燃的有毒气体，有强烈的辛辣、窒息性气味，遇水会形成具 有定腐蚀作用的亚硫酸，若与空气中的n 0 2 发生光化学氧化反应，会迅速转 化为s 0 3 ，进而与水汽结合形成腐蚀性和刺激性较强的硫酸。火电厂锅炉产生 的s 0 2 污染主要来自煤粉中硫的燃烧。煤粉中所含的硫分为可燃硫和不可燃硫 两大类。可燃硫一般包括有机硫、硫化物硫以及元素硫，这类硫在煤质分析中 称为硫分，在燃烧过程中生成s 0 2 或s ( h ；不可燃硫则主要为硫酸盐硫，这类 硫在煤质分析中被归于灰分中，因为它不会燃烧生成s 0 2 或s 0 3 ，而产生灰分。 可燃硫在燃烧过程中也不会全都转化为s ( h 或s 0 3 ，原因在于煤中一般含有一 定量的c i c 0 3 ，它受热分解后形成的氧化钙和二氧化碳气体能将s 0 2 或s 0 3 固 化到灰分中。 大气中存在的s 0 2 、s 0 3 和h 2 s 0 4 ( 气) 等一般称为硫的氧化物，它们对人 类及动植物都是极为有害的。s 0 2 的危害大致可分为两个方面：其一是当s 0 2 转化为s 0 3 ，与水汽、烟尘等结合形成硫酸雾剂硫酸盐后，对人体的危害很大， 不仅可引起咽喉水肿与声带痉挛而导致窒息，而且能导致支气管炎、肺炎和呼 吸道麻痹，甚至引起肺硬化而致死；其二是当大气中的硫的氧化物形成酸雨后 会对工农业产生不良影响，酸雨会腐蚀金属材料、设备、建筑设施等，因而增 加了维修费用，缩短了使用寿命，提高了成本，酸雨还能使土壤日趋酸化、贫 瘠，从而影响植物的生长，造成农业减产，使森林枯萎，增加水体的酸度，不 利于水生动植物的生长。 2 1 3n o x n o 。包括氧化二氮、一氧化氮、二氧化氮、五氧化二氮等。通常所说的n q 主要是一氧化氮、二氧化氮。在n o 。中，一氧化氮约占9 0 以上，二氧化氮占5 - - 1 0 ，产生机理一般分为三种【1 2 1 ：( 1 ) 热力型n 0 “( 2 ) 快速型n o x ；( 3 ) 燃料 9 南京信息工程大学硕士论文 型n o x 。n o 。生成的最大特点就是与煤的燃烧方式及燃烧工况有关，即与燃烧温 度、风煤比、传热及煤、空气和燃烧产物的混合程度有关。 一氧化氮和二氧化氮均为有毒气体。与一氧化碳类似，一氧化氮与血液中 的血红蛋白的亲和力较高，可结合生成亚硝酸基血红蛋白或亚硝酸基铁血红蛋 白。因而会使血液输氧能力降低，引起缺氧症状。若发生高浓度一氧化氮急性 中毒，则会迅速产生肺水肿，甚至窒息导致死亡。而二氧化氮除了与碳氢化合 物反应生成光化学烟雾外，还有致癌危害。二氧化氮还能与空气中的水汽或水 滴及硫氧化物、氧等发生反应产生硝酸，从而对人体、植物和金属造成损害。 2 2 火电厂大气环境影响预测模型的选用研究 大气污染物的输送和扩散模式是大气环境影响预测技术的核心，直接决定 了环境空气质量预测结果的正确性和可靠性【1 3 】。火电厂作为典型的污染“点源” 1 4 1 ，本课题着重讨论了由统计理论得到的高斯模型及应用于火电厂实际情况的 修正模型，包括烟团轨迹模型和日、年平均浓度扩散模型。 2 2 1 预测模型的选用标准 在实际的大气环境影响预测技术中，为了使大气环境影响预测达到一定的 准确度和可信度，必须针对研究对象选用合适的模型。火电厂是典型的污染“点 源”，针对火电厂周围大气环境影响的实际情况，本课题所选用的预测模型必须 满足如下三个标准。 空间分辨率高。一般的火电厂对大气的环境影响评价估算属于小尺度扩 散问题，尤其是厂址离市中心很近的火电厂，需要比较准确的确定电厂周围几 千米范围内叠加的浓度分布，对于需要评价的风景游览区、名胜古迹点更需要 准确预测其对环境空气质量的影响。 能够模拟海陆交界特殊风温场中发生的大气污染物扩散过程，包括： 1 0 南京信息工程大学硕士论文 i 沿岸地区包括海陆风在内的特殊流场中的大气扩散过程： 陆上内边界层中发生的熏烟扩散过程； 小风及上部逆温层部分反射的影响。 计算效率高。欧美等发达国家的环境保护法规定，要求逐时计算一个完 整年的空气污染物小时平均浓度，在此基础上计算空气质量标准所规定的平均 ( 时间) 浓度。因此，要求满足法规应用所需的模型具有十分高的计算效率。 我国虽无逐时计算全年小时平均浓度的要求，但是为了进行比较全面的评价， 必须考虑足够多的气象条件组合，计算每一种污染物在每一组合条件下的浓度 分布。显然，在评价长册平均浓度时，则需要求取每一种条件下的浓度，并按 频率叠加。因此，在我国的大气环境影响评价中也需要完成十分巨大的计算工 作量，所选用的预测模型必须具有很高的计算效率。 2 2 2 大气扩散模型 2 2 z 1 点源扩散的高斯模型 无边界的大气中点源的扩散 在无边界的大气中，令= 2 e 三= 2 e t ，西= 2 e y t ，z - - 2 丘，则得式 ( 2 - - 1 ) 。 锄加赢0 唧h 号+ 绷c 2 叫 对于瞬间排出的一个烟团，将沿三维方向扩散，在空间任一点、任一时刻的污 染物浓度可用式( 2 - - 2 ) 表示： 协= 丽q e x p 一 1 x - - l d r x t ) 2 + 可y 2 + 专 c 2 在无风的条件下，“，= o ，则式( 2 - - 2 ) 可以写成： c c 南y ，厶。= 了i 雾f ：! ；：i ： 一圭( 毒+ 号+ 毒 c 2 一s ， 式中，q 为污染源的源强 2 0 ；对照g b l 3 2 2 3 - - 2 0 0 3 规定，玉环电厂属于第3 时 段项目，所以通过表3 一l 可知，玉环电厂n o x 的排放限值为4 5 0 m 孚m 3 。 3 2n o 。生成机理、特点及主要控制技术 3 2 1n o 。生成机理 在n o 。中，一氧化氮约占9 0 * * 以上，二氧化氮占5 - - 1 0 ，产生机理一般 分为如下三种： ( 1 ) 热力型n o i ，燃烧时，空气中氮在高温下氧化产生，其中的生成过程是 一个不分支连锁反应。其生成机理可用捷里多维奇( z e l a o v i c h ) 反应式表示，即 0 2 删o p n ，洲2 - 卜o + n ，堋旧 在高温下总生成式为 n 2 + 0 2 2 n 0 ，n o + 0 5 0 2 n 0 2 随着反应温度t 的升高，其反应速率按指数规律增加。当t 1 5 0 0 时, n o 的 生成量很少，而当d 1 5 0 0 时，t 每增加1 0 0 ，反应速率增大6 7 倍。 、 ( 2 ) 快速型n 0 ；，快速型n o x 是1 9 7 1 年f 髓i m o r e j 蓖过实验发现的。在碳氢化合 物燃料燃烧在燃料过浓时，在反应区附近会快速生成n o 。，由于燃料挥发物中 碳氢化合物高温分解生成的c h 自由基可以和空气中氮气反应生成h c n 和n ，再 进一步与氧气作用以极快的速度生成n 0 。，其形成时间只需要6 0 m s ，所生成的 n o x 与炉膛压力的0 5 次方成正比，与温度的关系不大。 ( 3 ) 燃料型n o x ，指燃料中含氮化合物，在燃烧过程中进行热分解，继而进一步 氧化而生成n o 。由于燃料中氮的热分解温度低于煤粉燃烧温度，在6 0 0 - - 8 0 0 ( 2 时就会生成燃料型n o x 。在生成燃料型n o x 过程中，首先是含有氮的有机化合物 南京信息工程大学硕士论文 热裂解产生n ，c n ，h c n 等中间产物基团，然后再氧化成n 魄。由于煤的燃烧 过程由挥发份燃烧和焦炭燃烧两个阶段组成，故燃料型n o 。的形成也由气相氮 的氧化和焦炭中剩余氮的氧化两部分组成。 3 2 2n o x 生成特点 在这3 种途径中，快速型n o 。所占的比例不到5 ，在温度低于1 3 0 0 时，几乎 没有热力型n o ；。对常规燃煤锅炉而言，n o 。主要通过燃料型生成途径而产生。 由n 0 。的生成机理可以看出，n o 。的生成及破坏与以下因素有关： ( 1 ) 煤的燃烧方式、燃烧工况，其生成量依赖于燃烧温度水平； ( 2 ) 煤种特性，如煤的含氮量，挥发份含量等； ( 3 ) 炉膛内反应区烟气的气氛，即烟气内氧气，氮气，n o 和c h i 的含量； ( 4 ) 燃料及燃烧产物在火焰高温区和炉膛内的停留时间。 3 2 3n o ；主要控制技术 目前，主要有两种方式可以降低火电厂的n o 。排放量，种是控制燃烧过 程中n 0 ，的生成，另一种就是在烟道尾部加装脱硝装置，把烟气中的n 0 ，转变成 为无害的n 2 或有用的肥料嘲。玉环电厂在送风机构架上方预留了安装脱硝装置 的位置，基础桩已考虑脱硝装置s c r 的承重，一旦需要就可以安装。 3 3 玉环电厂低n o x 燃烧技术分析、预测结果及实证分析 n o x 的生成机理表明嗍，燃烧时只要能避开n 以生成量最大时的过量空气 系数( 一般为1 2 一1 2 5 ) ，就可以大幅度减少n o ；的生成量，尤其是当过量空 气系数低于1 0 时，效果更为明显。因此，使燃料在缺氧状态下燃烧对控制热力 型n o x 和燃料型n o x 都有明显的效果。玉环电厂采用日本三菱重工的p m ( p o l l u t i m i n i m u m ) 型燃烧器和m a c t ( m i t s u b i s h ia d v a n c e dc o m b u s t i o n 2 1 南京信息工程大学硕士论文 t c c b n o l o g y ) 分级燃烧技术，降低炉内n o 。的生成。 3 。3 1p m 型燃烧器的结构及燃烧特点 p m 型燃烧器是三菱低n o x 燃烧系统的重要组成部分。p m 型燃烧器的结构如 图3 1 示。它是利用含粉气流在弯曲管道内流动时，煤粉受离心力作用向弯管的 外侧集聚，把浓度较高的含粉气流从弯管出口的一端引出：靠弯管内侧则为稀 相含粉气流，从弯管出口的另一端引出。这样就可以借结构简单的惯性型煤粉 浓缩装置把气粉混合物分成浓，淡二股气流输入炉膛。 a u xa i r f u e lr i c hf l a m ef c o n c l f u e il e a nf l a m e w e a k m i t s u b i s h ip mb u r n e r s i d ev i e w p u l v e r i z e dc o a l s e p a r a t o r 图3 - 1p m 型浓淡燃烧器结构衙图 这种结构可以使炉膛内的火炬形成富氧和低氧两种状态的燃烧。占主体的 浓相煤粉浓度高，所需着火热量少，利于着火和稳燃，由淡相补充后期所需的 空气，利于煤粉的燃尽，同时浓淡燃烧均偏离了n o ；生成量高的化学当量燃烧 区，大大降低了n o x 生成量。与传统的切向燃烧器相比，n o 。生成量可显著降低， 原理如图3 2 示。另外，p m 型燃烧器由于将每层煤粉喷嘴分成上下两组，增加 了燃烧器区域高度，降低了燃烧器区域壁面热负荷，有利于防止高热负荷区结 一心汲捌凇戮甲 薅 焦。 n 、 h o 崔 南京信息工程大学硕士论文 f 翱0 x ( p i ) 火焰 3 q 7 - - 8 次风煤粉比 图3 - 2 燃烧器n o i 生成量示意图 在新老锅炉上应用p m 型燃烧器的大量经验表明，应用这种燃烧器就能获得 相对低的n o x 排放浓度。在燃烧天然气时为4 0 一s 0 m g m 3 ，燃油时为1 5 0 - - 2 0 0 m g m 3 ，燃烧优质煤时为2 0 0 一4 0 0 玎1 9 ，m 3 。 3 3 2m a c t 分级燃烧过程分析 在炉膛里通过分级送风，控制燃烧过程中n o x 的生成是三菱低n o 。燃烧系 统的另一组成部分。p m 型燃烧器沿高度方向布置，一次风燃烧器自下而上共六 层，分别为a 、b 、c 、d 、e 和f 层，一、二次风间隔布置。在a b 、c d 、e f 二次风喷口内配有轻油枪。在一次风燃烧器上部有o f a 风，在o f a 风上方有 独立的2 层a a 风( 附加风) ，a a 风中心距上排燃烧器中心距离为7 2 0 6 m ， 可以保证火焰的充满度和煤粉有足够的停留时间。在p m 型主燃烧器上方一定 高度增设2 层a a 风喷嘴，可以达到分级燃烧的目的，这样整个炉膛沿高度方向 南京信息工程大学硕士论文 分成3 个燃烧区域，即下部为主燃烧区，中部为还原区，上部为燃尽区跚，这 种m j 蛇t 分级燃烧技术可使n o 。生成量减少2 5 0 a 。 在炉膛主燃烧区燃料是缺氧燃烧，炉膛过量空气系数a 为0 8 5 。但在燃烧器 喷口附近，由于燃烧还没有完全展开，需要的氧量较少，因此在燃烧器喷口附 近的区域内是氧化性气氛，这时燃料中的氮被氧化后生成n o x ，炉膛中间的主燃 烧区空气置仅为燃烧理论空气置的0 8 5 ，因此该燃烧过程是一个还原过程，部分 n o 。被还原成为n h 3 、h c n 。主燃烧区的化学反应过程如下： n 斗0 2 n o ，c n h 0 + 0 2 一c 0 2 + 壬b o 在燃烧器上部，通过o f a 喷嘴加入部分空气，使进入炉膛空气量达到理论 燃烧空气量的水平，形成一个还原脱n o 。区，此还原区的化学反应过程如下： c n h m + ( ) 2 - * c o + h 2 + c h = ，n o 吒。h m 心m 川也+ c 擅k 在o f a 喷口上方，是从风喷口，通过从风喷口喷入炉膛的风量为总风量 的1 5 。在此燃尽区内的化学反应过程如下： c n h m + 0 2 - - - c 0 2 + h 2 0 ，0 2 + c 眦王2 _ c 0 2 。卜h 2 0 ，n h i + q _ n o + n 2 3 3 3 玉环电厂n o 。排放量预测 通过上述燃烧过程，可以实现先进的低n o x 燃烧，与p m 型燃烧器组合， 可以显著降低n o 。的排放置。玉环电厂n o x 的排放浓度( 以0 2 = 6 计) 如表 3 - 3 示。 表3 - 3 不同负荷下n o 。的排放浓度( m g m 3 ) 注：( ) b m c r ：锅炉最大连续运行工况 b r l ：锅炉额定工况 南京信息工程大学硕士论文 通过表3 可以发现，玉环电厂的n o 。排放浓度与负荷有关，低负荷时较高， 高负荷对较低，但是龌小于4 5 0 m g m 3 ，符合国家环保要求。 3 3 4 玉环电厂运行期间实测n o ；排放浓度与负荷的关系 玉环电厂运行期间，在锅炉烟道出口处采集烟气，进行n o ；排放浓度测定， 在不同负荷下所测定的n o 。排放浓度是不同的，根据实际测定结果，绘制n o x 排放浓度与负荷的关系曲线，如图3 - 3 所示。 n 0 x 排放浓度m 印耐 1 0 0 09 0 08 0 07 0 06 0 0 5 0 0 锅炉负荷( m 町 图3 3 玉环电厂实测n o , 排放浓度与负荷关系 由图3 3 可知，玉环电厂的n 0 。排放浓度与负荷有关，低负荷时较高，高 负荷时较低；与预测结果相比，实际n o 。排放浓度在对应负荷下均较预测值低， o 0 o 0 0 o o o 姗 m m 兰! m m m 啪 o o o 0 0 0 o 0 o 0 孔 ；! 号 镐 驼 铀 拍 勰 砌 秘 完全符合国家环保要求。 南京信息工程大学硕士论文 3 4 玉环电厂超超临界机组环境保护性能评价 国民经济的发展，对电力的需求越来越迫切，电力工业朝着高效率、低能耗、 环保型方向发展，已经成为国家宏观调控的重要方向。加快建设和发展超超临 界火电机组是解决电力短缺、能源利用率低和环境污染严重的最现实有效的途 径。玉环电厂率先在我国引进超超临界发电技术，并逐步国