（环境工程专业论文）中国火电行业氮氧化物排放量估算研究.pdf

华北电力人学硕+ 论文目录 摘要 掌握我国火电行业n o x 排放状况是控制n o x 污染的前提和基础，而由于n o x 排放量受技术条件和基础条件的限制，至今还未纳入我国环境统计范围，亦没有官 方j 下式排放数据。本文在前人研究的基础上建立了以我国火电机组实际排放水平为核 心的计算n o x 排放量的方法，在综合考虑了影响火电厂n o x 生成的煤质、燃烧方式、机 组容量等因素，确定了我国火电行业各类机组n o x 的排放水平，运用数理统计，估算出 我国2 0 0 5 年火电厂n 0 x 排放量约为6 8 5 - - 7 9 5 万吨，并以2 0 0 5 年为基准年预测2 0 1 0 年 我国火电厂n o x 排放量。本课题的研究对于现阶段j 下在进行的全国污染源普查中电力 污染源n o x 排放量普查具有现实意义，对于正在修订中的大气污染防治法、火 电厂大气污染物排放标准，制定全国烟气脱硝规划、以及对于电力行业选择污染 控制技术都具有现实意义和参考价值。 关键词：火电行业，n o x 排放量，估算，排放水平 a b s t r a c t m a s t e r yo fn o xe m i s s i o ns i t u a t i o ni s t h ek e yt oc o n t r o ln 0 xp o l l u t i o no f t h e r m a lp o w e ri n d u s t r y ，b u tb e c a u s eo fl i m i t a t i o no fb a s i cc o n d i t i o n ，t h er a n g eo f e n v i r o n m e n tc a l c u l a t i o nd o e s n tc o n t a i nn o xe m i t t i n ga m o u n ta n do f f i c i a la m o u n t i s n tb e p r o m u l g a t e d t h e c a l c u l a t i o nm e t h o do fn o xe m i t t i n ga m o u n tw a s c o n s t r u c t e db a s e do nt h er e a le m i t t i n gl e v e li nt y p a lt h e r m a lp o w e rp l a n ta f t e rt h e r e s e a r c ho fo t h e r s t h ee f f e c t so fc o a lq u a l i t y 、c o m b u s t i o ns y s t e m 、u n i tc a p a c i t yo n t h en 0 xf o r m a t i o nw e r ec o n s i d e r e dc o m p l e x l yt om a k es u r et h ev a r yn o x e m i t t i n g l e v e lu n d e rc o n d i t i o n so fd i f f e r e n tu n i ti np o w e ri n d u s t r y t h ee s t i m a t i o ns h o w st h a t i nc h i n ai n2 0 0 5 t h et o t a ln o xe m i s s i o no ft h et h e r m a lp o w e rp l a n tw a s6 8 5 7 9 5 m t ( m i l l i o nt o n ) b a s e do nt h en o xe m i s s i o no f2 0 0 5 ，f u t u r en 0 xe m i t t i n ga m o u n to f 2 010i sf o r e c a s t e d t h er e s e a r c ho ft h i sp a p e rh a sp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c et ot h ep o w e r i n d u s t r yn o xs o u r c ec e n s u so fc h i n ap o l l u t i o ns o u r c ec e n s u s ，a n da l s oh a sp r a c t i c a l s i g n i f i c a n c et od om a c r o - p l a n n i n go fs c r ，r e v i s et h el a wo nt h ep r e v e n t i o na n d c o n t r o lo fa t m o s p h e r i cp o l l u t i o no rt h es t a n d a r ds p e c i f i e st h ea l l o w a b l ee m i s s i o n l i m i t so fa i rp o l l u t a n t sf o rt h e r m a lp o w e rp l a n t s ，a n dc h o o s et h ep o l l u t i o nc o n t r o l t e c h n o l o g i e sf o rp o w e ri n d u s t r y l i uz h i q i a n g ( e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f w a n gz h i x u a na n d z h a oy i k e yw o r d s ：t h e r m a lp o w e ri n d u s t r y ，n 0 xe m i t t i n ga m o u n t ，e s t i m a t i o n ，e m i t t i n g i e v e l 华北电力人学硕+ 论文目录 摘要 掌握我国火电行业n o x 排放状况是控制n o x 污染的前提和基础，而由于n o x 排放量受技术条件和基础条件的限制，至今还未纳入我国环境统计范围，亦没有官 方j 下式排放数据。本文在前人研究的基础上建立了以我国火电机组实际排放水平为核 心的计算n o x 排放量的方法，在综合考虑了影响火电厂n o x 生成的煤质、燃烧方式、机 组容量等因素，确定了我国火电行业各类机组n o x 的排放水平，运用数理统计，估算出 我国2 0 0 5 年火电厂n 0 x 排放量约为6 8 5 - - 7 9 5 万吨，并以2 0 0 5 年为基准年预测2 0 1 0 年 我国火电厂n o x 排放量。本课题的研究对于现阶段j 下在进行的全国污染源普查中电力 污染源n o x 排放量普查具有现实意义，对于正在修订中的大气污染防治法、火 电厂大气污染物排放标准，制定全国烟气脱硝规划、以及对于电力行业选择污染 控制技术都具有现实意义和参考价值。 关键词：火电行业，n o x 排放量，估算，排放水平 a b s t r a c t m a s t e r yo fn o xe m i s s i o ns i t u a t i o ni s t h ek e yt oc o n t r o ln 0 xp o l l u t i o no f t h e r m a lp o w e ri n d u s t r y ，b u tb e c a u s eo fl i m i t a t i o no fb a s i cc o n d i t i o n ，t h er a n g eo f e n v i r o n m e n tc a l c u l a t i o nd o e s n tc o n t a i nn o xe m i t t i n ga m o u n ta n do f f i c i a la m o u n t i s n tb e p r o m u l g a t e d t h e c a l c u l a t i o nm e t h o do fn o xe m i t t i n ga m o u n tw a s c o n s t r u c t e db a s e do nt h er e a le m i t t i n gl e v e li nt y p a lt h e r m a lp o w e rp l a n ta f t e rt h e r e s e a r c ho fo t h e r s t h ee f f e c t so fc o a lq u a l i t y 、c o m b u s t i o ns y s t e m 、u n i tc a p a c i t yo n t h en 0 xf o r m a t i o nw e r ec o n s i d e r e dc o m p l e x l yt om a k es u r et h ev a r yn o x e m i t t i n g l e v e lu n d e rc o n d i t i o n so fd i f f e r e n tu n i ti np o w e ri n d u s t r y t h ee s t i m a t i o ns h o w st h a t i nc h i n ai n2 0 0 5 t h et o t a ln o xe m i s s i o no ft h et h e r m a lp o w e rp l a n tw a s6 8 5 7 9 5 m t ( m i l l i o nt o n ) b a s e do nt h en o xe m i s s i o no f2 0 0 5 ，f u t u r en 0 xe m i t t i n ga m o u n to f 2 010i sf o r e c a s t e d t h er e s e a r c ho ft h i sp a p e rh a sp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c et ot h ep o w e r i n d u s t r yn o xs o u r c ec e n s u so fc h i n ap o l l u t i o ns o u r c ec e n s u s ，a n da l s oh a sp r a c t i c a l s i g n i f i c a n c et od om a c r o - p l a n n i n go fs c r ，r e v i s et h el a wo nt h ep r e v e n t i o na n d c o n t r o lo fa t m o s p h e r i cp o l l u t i o no rt h es t a n d a r ds p e c i f i e st h ea l l o w a b l ee m i s s i o n l i m i t so fa i rp o l l u t a n t sf o rt h e r m a lp o w e rp l a n t s ，a n dc h o o s et h ep o l l u t i o nc o n t r o l t e c h n o l o g i e sf o rp o w e ri n d u s t r y l i uz h i q i a n g ( e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f w a n gz h i x u a na n d z h a oy i k e yw o r d s ：t h e r m a lp o w e ri n d u s t r y ，n 0 xe m i t t i n ga m o u n t ，e s t i m a t i o n ，e m i t t i n g i e v e l 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文中国火电行业氮氧化物排放量 估算研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期| 白j ，在导师指导下进行的研 究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大 学或其他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 所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 学日期：绁 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文：学校可允许学位论文被查阅或借阅； 学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同 方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 f 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日期： 导师签名： 日 华北电力人学硕十论文 1 1 课题研究背景与意义 1 1 1 课题背景 第一章绪论帚一早三百 t 匕 我国能源资源以煤炭为主，在今后相当长的时间内以煤炭为主的能源结构不会 改变，而燃煤排放的s 0 2 和n o x 是造成我国大气环境污染和酸雨影响的主要原因， 同时我国成为继欧洲和北美之后的第三大酸南区，酸雨面积已约占国土面积的三分 之一。据19 8 5 年以来华南酸雨研究、中挪酸雨综合监测项目有关课题在四川、 贵州、福建、辽宁、山东和浙江等地所作的s 0 4 2 。、n 0 3 监测值可知，2 0 世纪8 0 年代 中国大部分地区降水中p ( s o f l ) p ( n 0 3 ) 为1 0 左右，表明s 0 4 2 。占有绝对优势：但9 0 年 代该比值有所降低，特别是在一些煤炭使用量和比例相对较低的地区，降水中 f f ( 5 0 4 2 。) p ( n 0 3 ) 在5 以下；而最近的监测结果表明，部分地区降水中p ( s 0 4 2 ) p ( n 0 3 ) 进一步降低，甚至达到3 以下或更低。从以上数据可以看出近年来s 0 2 排放控制体 现出一定效果，但在有效控制s 0 2 排放的同时并没有有效地控带j n o x 的排放，导致 酸雨性降水由硫酸型向硫酸和硝酸复合型转变，硝酸的影响和贡献逐渐突出。因此， 防治大气污染，不但要控制s 0 2 ，还必须同时控制n o x 。 我固电力生产以火电为主，根据中国政府提出的全面建设小康社会的奋斗目 标，随着经济发展和社会进步，中国电力需求将大幅度增长。预计到2 0 1 0 年，全国 总装机容量将超过9 亿千瓦左右，其中火电装机约7 亿千瓦。2 0 2 0 年，全国装机预计 达到1 3 亿千瓦，其中火电达9 亿千瓦，因此，今后2 0 年煤电在中国的电力结构中仍 占主导地位，同时伴随煤炭消耗量的增加排放的s 0 2 $ 口n o x 也将大幅度增加。截至 2 0 0 6 年底，全国火电装机容量达到4 8 亿千瓦，仅2 0 0 6 年火电行业消耗煤炭1 3 1 亿吨， 火电s 0 2 排放就达1 3 5 0 力吨，占全国s 0 2 排放总量的5 2 【2 】，因此控制燃煤电厂污染 物是解决我国大气污染的关键。从我国国内的实际情况看，由于火电厂大气污染 物排放标准( g b l 3 2 2 3 ) 的实施和烟气脱硫装置的大规模投运，特别是十届全国人 大代表大会第四次会议批准的中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年 规划纲要中要求到2 0 1 0 年，全国s 0 2 排放总量比2 0 0 5 年减少l o 这一经济社会发展 的约束型指标的提出，全国s 0 2 排放量在“十一五”期间中后期将基本上呈逐年下降 的趋势。 1 1 2 课题意义 初步估计，燃煤n o x 洲( n 占全国n o x 排放量的三分之二左右【”，ns 0 2 的排放 l 华北电力人学硕十论文 控制相比较，作为煤炭主要消耗行业的燃煤电厂对n o x 的排放控制从法规上讲并未 要求进行大规模烟气脱硝，只要求火电机组采用低n o x 燃烧方式控制排放。根据新 时期的发展与环境形势和任务的变化，尤其在“十二五”期间，采用烟气脱硝控制 火电n o x 的排放势必成为下一阶段我国环境保护工作的重点之一。 由于火电厂锅炉的n 0 x 排放特性复杂，受煤种、锅炉、设计结构、操作参数等 多种因素影响，很难采用简单的公式进行估算，往往需采用实炉测试方法加以确定， 并由试验结果摸索降低n o x 的方法，但现场实炉测试工作量大，测试工况有限，各 参数对锅炉n o x 排放特性都有影响，且互相叠加，导致数据分析困难，而无法根据 测试结果获得估算公式和具体的计算模型，不能将试验结果进一步推广。又由于锅 炉燃用煤种和操作参数干变力- 化，不可能保证在试验工况下运行，从而无法根据试 验工况预测其他操作工况下的n o x 排放特性，不利于大型燃煤锅炉通过燃烧调整降 低n o x 排放。 由于n o x 排放量受技术条件和基础条件的限制，至今还未纳入我国坏境统计范 围，亦没有官方正式排放数据。而掌握全国环境污染源的n o x 排放尤其是电力排放 状况是制定n o x 控制战略和修订排放标准的重要基础，因此当务之急是要尽早建立 我国火电行业n o x 排放清单，并在此基础上预测未来火电行业n o x 排放量，为n o x 的排放控制提供数据依据。 本课题不仅对于现阶段f 在进行的全国污染源普查中电力污染源n o x 排放量普 查具有现实意义，对于正在修订中的大气污染防治法、火电厂大气污染物排放 标准、制定全国烟气脱硝规划，以及对于电力行业选择污染控制技术都具有现实 意义和参考价值。 1 2 国内外研究动态 清华大学郝吉明、罔贺中等【弘8 j 采用“自下而上”的逐级汇总的方法，对我国n o x 的排放状况进行了分析预测。该方法以部门分析法为基础，首先对各经济部门的终 端能源需求进行情景预测与分析，根据终端能源需求预测结果并结合相关部门发展 规划，对能源加工与转换部门( 包括火力发电、供热、炼焦等) 的能源需求进行分 析，最终预测出未来能源需求总量及构成情况；其次采用部门燃料消耗的排放因子 来估算n o x 3 徘放总量，进而得到各个经济部门n 0 x 排放量相加即得到各个省区n o x 排放量，最后汇总得到全国n o x 排放总量。研究结果表明，2 0 0 0 年我国n 0 x 排放总 量为1 1 1 2 力吨，电力行业排放占4 3 1 ，排放量为4 7 9 3 万吨。 n a s a ( t h en a t i o n a la e r o n a u t i c sa n ds p a c ea d m i n i s t r a t i o n ) 支持的项目 t r a c e p ( t r a n s p o r ta n dc h e m i c a le v o l u t i o no v e rt h ep a c i f i c ) 和n s f ( t h en a t i o n a l s c i e n c ef o u n d a t i o n ) 以及n o a a ( t h en a t i o n a lo c e a n i ca n da t m o s p h e r i ca d m i n i s t r a t i o n ) 华北电力人学硕十论文 支持的a c e a s i a ( a s i a np a c i f i cr e g i o n a la e r o s o l h a r a c t e r i z a t i o ne x p e r i m e n t ) 项目 p i 】的实施过程中，提出了一组2 0 0 0 年亚洲空气污染物排放清单，用来支持大气模 拟和观测分析。t r a c e p a c e a s i a 项目研究的区域东西方向为巴基斯坦到同本， 南北方向俄同印度尼西亚到蒙古。中国的污染物排放在研究区域起主导作用，因此， 该项目的工作重点是估算中国的污染物排放量，最终的排放清单以网格化的形式给 出，t r a c e p 项目给出我国全国2 0 0 0 年的n o x 总排放量为1 1 3 5 力吨，电力行业排放 占3 8 8 ，排放量为4 4 0 7 力- 吨。 国内外学者【协18 1 在对我m n o x 3 啡放状况的研究时，基本上是选取了国外7 0 年代 中期以前燃烧排放未加控制的燃煤n o x 排放因子来计算我国燃煤( 包括火电行业) n o x 的排放状况，如果同时考虑我国煤种繁杂，煤质差等特点而进行n o x 排放因子 的研究，那么数据将更加准确。由于n o x 的排放情况比较复杂，所以要对我国火电 行业的燃煤n o x 排放因子及排放状况进行广泛的统计来分析和计算。 1 3 课题研究内容 1 ) 在对n o x 形成机理进行分析的基础上，系统地收集和研究国内夕 - n o x 污染控 制技术动念，评价火电厂不同工况条件下n o x 的排放水平，提出主要存在的问题并 对主要原因进行分析。 2 ) 综合考虑火电机组特点、煤质特点、技术水平，建立了火电行业n o x 的排放 清单。十届全国人大四次会议通过的中华人民共和国国民经济和社会发展第十一 个五年规划纲要提出了“十一五 期间单位国内生产总值能耗降低2 0 左右，主 要污染物排放总量减少1 0 的约束性指标，这两项指标以2 0 0 5 年能耗指标、排放量 为基准，本论文将2 0 0 5 年火电行业n o x j g 放量作为研究基准年。 分析影响燃煤锅炉n o x 排放的因素。 对比影响燃煤锅炉n o x 排放的因素，确立合适的n o x 排放量计算方法，建 立2 0 0 5 年( 基准年) 火电行业n o x 排放清单。 分析我国火电燃煤n o x 控制现状。 3 ) 预测未来我国火电n o x 的排放状况，在以上研究的基础上提出我国控带1 n o x 的对策建议。 1 4 课题的创新点 由于n o x l 匕s 0 2 生成机理复杂的多，受到炉型、装机容量、燃烧工况、燃料等 多种因素的影响，并且空气中的n 2 参与了n 0 x 的形成，因此对n o x 的排放不能简单 地根据物料平衡进行计算，到目前为止，n o x 还未纳入我国环境统计的范围。由于 存在以上问题，使得对n o x 丰f 放状况的计算和未来n o x 排放趋势的预测存在一定的 华北电力人! 学硕十论文 困难。 本课题不是直接采用已有的n 0 x 排放因子，而是通过对中国火电行业n o x 排放 特点进行研究，将我国火电机组( 常规煤粉机组为主) 按影n l ；j n o x 生成的主要因素 ( 客观存在的影响因素，即非运行可调因素，如煤种、燃烧方式、机组单机容量等； 运行可调因素如过量空气系数、煤粉细度、配风比例等) 通过排列组合分为若干类j 通过大量的调查以及已有研究的基础上，运用数理统计相关知识，确定不同类别的 火电机组n o x 的平均排放水平，作为各类机组的代表值，再根据我国火电行业的实 际情况( 如各类机组的机组台数、烟气量、利用小时数等) 估算出电力行业n o x 排 放量。并在2 0 0 5 年电力n o x 估算量的基础上根据电力工业的发展合理预测2 0 1 0 年我 国火电n o x 的排放量。 华北电力人学硕十论文 第二章我国火电广n o x 控制法规技术 2 1 火电厂n o x 控制法规、政策、标准 2 1 1 法规与政策 ( 1 ) 2 0 0 0 年4 月2 9 同修订通过，自2 0 0 0 年9 月1 闩起施行的中华人民共 和国大气污染防治法( 以下简称大气法) 第三十条明确提出：“企业应当对燃料燃 烧过程中产生的氮氧化物采取控制措施。” ( 2 ) 国务院关于落实科学发展观加强环境保护的决定( 国发( 2 0 0 5 ) 3 9 号) 中明确指出：制订燃煤电厂氮氧化物治理规划，丌展试点示范。 ( 3 ) 国务院关于印发国家环境保护“十一五”规划的通知( 国发( 2 0 0 7 ) 3 7 号) 中指出：重点控制高架源的二氧化硫和氮氧化物排放。新( 扩) 建燃煤电厂 除国家规定的特低硫煤坑口电厂外，必须同步建设脱硫设施并预留脱硝场地。 2 1 2 火电厂污染物排放标准 现行标准火电厂大气污染物排放标准( g b l 3 2 2 3 2 0 0 3 ) ，按燃烧挥发份不 同分三个时段对火电厂n o x 最高允许排放浓度提出了排放限值要求。同时规定第3 时段火力发电锅炉需预留烟气脱除n o x 装置空间。液态排渣煤粉炉执行v l o 的n o x 排放浓度限值。火力发电锅炉及燃气轮机组n o x 最高允许排放浓度执行表 2 1 。 表2 1 火力发电锅炉及燃气轮机组n o x 最高允许排放浓度( m g m 3 ) 时段 第l 时段第2 时段第3 时段 实施时间2 0 0 5 年1 月l 口2 0 0 5 年1 月l 口2 0 0 4 年1 月l 口 燃v 。 2 0 4 5 0 燃油锅炉6 5 04 0 02 0 0 燃油 1 5 0 燃气轮机组 燃气8 0 注：a 1 9 9 6 年1 2 月3 l 口j ，j 建成投产或通过建设项日环境影响报告书审批的新建、扩建、改建 火电厂建设项日，执行第1 时段控制要求。 b 1 9 9 7 巾1 月1 口起至2 0 0 3 印1 2 月3 l 口6 订通过建设项日环境影响报告书审批的新建、 扩建、改建火电厂建设项日，执行第2 时段排放控制要求。 华北电力人学硕十论文 c 2 0 0 4 年1 月l 口起，通过建设项口环境影响报告书审批的新建、扩建、改建或电厂建设 项日( 含在第2 时段中通过环境影响报告书审批的新建、扩建、改建或电厂建设项日，自批准 之口起满5 年，在2 0 0 3 年1 2 月3 l 口前尚未丌t 建设的火电厂建设项f i ) ，执行第3 时段排放 控制要求。 根据我国法律规定，省级地方政府可以制定严于国家排放标准的排放限值。如 北京市2 0 0 2 年颁布了北京市锅炉污染物综合排放标准( d b l l l3 9 - 2 0 0 2 ) ，根据 要求，火电厂燃煤锅炉自2 0 0 5 年11 月l 同起，n 0 x 的排放限值为2 5 0 m g m 。2 0 0 7 年北京市重新修改颁布了北京市锅炉污染物综合排放标准( d b l1 1 3 9 - 2 0 0 7 ) ， 标准要求，火电厂燃煤锅炉自2 0 0 8 年8 月1 同起，n 0 x 的t 4 放限值为1 0 0 m g m 。，大 大严于国家排放标准。 2 1 3 排污收费规定和排放监测 大气法第十四条规定，国家实行按照向大气排放污染物的种类和数量征收 排污费的制度，根据加强大气污染防治的要求和国家的经济、技术条件合理制定排 污费的征收标准。根据大气法，国务院于2 0 0 3 年颁布了新的排污费征收使用 管理条例。根据国务院条例，国家计委会同财政部、国家坏保总局、国家经贸委 2 0 0 3 年联合颁布了排污费征收标准管理办法并随文配套了排污费征收标准及 计算方法( 简称“计算方法”) 。同时，财政部、国家环境保护总局联合颁布了排 污费资金收缴使用管理办法。新的排污收费制度自2 0 0 4 年7 月1 同起施行。从大 气法到“计算方法”，排污费的征收在国家层面上就有四个层次，而真f 落实，体 现在最后一个层次上。 根据“计算方法”，废气排污费按排污者排放污染物的种类、数量以污染当量计 算征收，每一污染当量征收标准为0 6 元。其中，s 0 2 排污费，第一年每一污染当 量征收标准为o 2 元，第二年( 2 0 0 4 年7 月l 同起) 每一污染当量征收标准为0 4 元， 第三年( 2 0 0 5 年7 月1 日起) 达到与其它大气污染物相同的征收标准，即每一污染当 量征收标准为o 6 元。n o x 在2 0 0 4 年7 月1r 前不收费，2 0 0 4 年7 月1r 起按每 一污染当量0 6 元收费。“计算方法”规定：“对每一排放口征收废气排污费的污染物 种类数，以污染当量数从多到少的顺序，最多不超过3 项”，并规定了n o x 的当量为 o 9 5 。作为火电厂第二大当量数的n o x ，理所当然成为了收费对象，每千克为0 6 3 元。 国家环保总局在2 0 0 1 年颁布了火电厂烟气排放连续监测技术规范 ( h j t 7 5 2 0 0 1 ) ，且在火电厂大气污染物排放标准( g b13 2 2 3 2 0 0 3 ) 中明确规定： “火电厂大气污染物的连续监测按h j t 7 5 中的规定执行”，“烟气排放连续监测装置 经省级以上人民政府环境保护行政主管部门验收合格后，在有效期内其监测数扼为 有效数据”。对于n o x 的分析标准要求可采用标准的紫外分光光度法、盐酸萘乙二 6 华北电力入学硕十论文 胺分光光度法、定电位电解法、非分散红外法等。 2 2 火电厂n 0 x 控制技术 2 2 1n 0 x 的生成机理妇卜2 3 1 0 8 1 火电厂排放的大气污染物n o x 主要包括n o 、n 0 2 、n 2 0 、n 2 0 3 、n 2 0 4 和n 2 0 5 等，从污染角度考虑，最主要的是n o 和n 0 2 ，总称为n o x 。在绝大多数燃烧过程 中，主要成分是n o ，约占n o x 总量的9 5 ，在大气中n o 会逐渐的被氧化成n 0 2 。 在化石燃料燃烧过程中，n o x 产生的方式有三种，分别是热力型、燃料型和快速型。 2 2 1 1 热力型n 0 x 热力型n 0 x 是燃烧时空气中氮在高温下氧化产生，其中n 0 的生成过程是一个 不分支连锁反应。 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 3 0 0 时，t 每增加1 0 0 ，反应速率增大6 7 倍。 因此，温度影响是所有影响热力型n 0 x 因素中最强烈的，甚至超过了o ! 浓度和反应 时间的影响。随着温度升高，n 0 x 达到峰值，超越某一温度后由于发生分解反应而 又降低。 随着0 ：浓度和空气预热温度的增加，n 0 x 排放值增加达到某个最大值。当0 1 浓 度偏高时，由于对火焰的冷却作用，n 0 x 值有所降低。采用分级燃烧，即分别在欠 氧区和富氧区进行燃烧，可以防止形成热力型n 0 x 的生成，所以要尽量避免0 ：浓度 峰值和温度峰值。 2 2 1 2 燃料型n 0 x 燃料型n 0 x 由燃料中的氮化合物在燃烧中氧化而成。在煤粉燃烧中，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 时就会生成燃料型n 0 x ，它在 煤粉燃烧n 0 x 产物中占6 0 - 8 0 。在生成燃料型n 0 x 过程中，首先是含氮的有机 化合物热裂产生n ，c n ，h c n ，n h i 等中间产物基团，然后再氧化成n 0 x 。由于煤的 燃烧过程由挥发分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( 挥发分n 0 x ) 和焦炭中剩余氮的氧化( 焦炭n 0 x ) 两部分组成。其中挥发 分氮的转化率随燃烧温度而增加。当锅炉燃烧温度较低时( 例如循环流化床锅炉燃 烧的情况) ，此时燃烧氮的挥发份额明显降低。挥发分n 0 x 是焦炭燃烧n 0 x 生成总 量的2 5 倍左右，不过此值为一个粗略值的估计。煤中的氧氮比( 0 n ) 是n 0 ，生成 的另一个重要影响因素。 燃料n 0 x 的生成与火焰附近的氧浓度有关，所以降低氧浓度对于降低燃料n 0 x 华北电力人学硕十论文 有重要影响，燃烧器中的氧浓度与平均氧浓度同样重要，在空气过剩系数小于1 4 的条件所进行的煤粉燃烧试验结果表明，转换率随0 ：浓度的平方而增加。 2 2 1 3 快速n o x 快速型n o x 又称瞬念n o x ，由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的c h 自 有基可以和空气中氮气反应生成h c n 和n ，再进一步与0 ：作用以极快的速度生成n o x ， 其形成时间只需要6 0 m s ，所生成的n o x 与炉膛压力0 5 次方成j 下比，与温度的关系 不大。但对于大多数的矿物燃料，这类n o x 含量较小。尤其在大型燃烧系统上，其 影响是微不足道的。 2 2 2 影响n o x 排放的主要因素 由上述n o x 的生成机理可以看出，影响火电厂锅炉n 0 ，排放量的主要因素除了 燃料含氮量外，任何影响炉膛火焰温度和空气动力工况的结构和运行方式都将对 n o x 的排放量产生影响。以下就对影响电厂锅炉n o x 排放量的主要因素分别予以说 明。 2 2 2 1 燃煤种类的影响 煤炭中含氮( 干燥无灰基) 大约在0 2 - - - 3 5 之间。在我国目自i 丌采的煤炭中 有7 5 是烟煤，4 是褐煤，其余均为无烟煤。随着煤化程度的提高阳 ，挥发分含 量减小，煤发热量中挥发分的发热量的比率降低，使煤的着火变得困难；无烟煤的 岩相结构也变化，煤化作用的加深使结构紧密而稳定，孔隙率小，这就使煤的磨碎 性能减弱，反应性降低，燃尽变差。因此，低挥发分煤的特点是着火与燃尽都比较 困难，需要较高的着火与燃尽温度，以及较长的燃尽时间。为获得满意的燃尽效果， 无烟煤必须磨得更细，使其表面积增大，以加速着火与燃烬。 一般来说，世界上燃用无烟煤的锅炉基本上有两种，一种是传统的四角切圆锅 炉，一种是目日，j - 普遍采用的w 型火焰锅炉。w 型火焰锅炉比四角切圆锅炉具有燃烧 效率高的明显优势，但n o x 排放量相对较高。目前国际上著名的锅炉制造商已经为 w 型火焰锅炉设计了专门的燃烧器，这种技术在我国的华能岳阳电厂、上安电厂、 珞璜电厂取得了成功得经验。但由于无烟煤低挥发份的特性，即使采用最先进的低 氮燃烧方式，n o x 的排放浓度仍然很高。w 型火焰锅炉与四角切圆锅炉的主要特点 比较见表2 2 。 表2 - 2w 型火焰铂炉与四角切凼锅炉的主要特点3 项目 w 型火焰锅炉四角切凶锅炉 煤粉燃尽度好，煤能高效燃烧差，粉煤灰含碳率达1 5 2 2 华北电力人学硕十论文 结焦防结焦有效易引起结焦 辅助燃料不需或少许助燃材料需经常投油或气 除伞器 易于高效稳定运行不易正常运行 n o ，排放量高低 c 0 ：排放量低间 发电煤耗低高 2 2 2 2 炉膛结构参数的影响心3 4 0 川 锅炉炉膛的作用除与燃烧器起形成良好的燃烧条件有利燃料着火外，主要的 是保证燃料的燃烬和使燃烧产生的烟气冷却至必要的程度。火电厂锅炉的炉膛容积 主要决定于两个因素： ( 1 ) 燃烧的要求。为了保证燃料能完全燃烧，必须使它在炉内有足够的停留 时l 自j ，从环保的角度来看，又要求有尽可能少的污染物排放，因此要求有一定大小 的炉膛容积。 ( 2 ) 传热的要求。火电厂锅炉，特别是燃煤炉的炉膛出口烟气温度不能过高， 否则会引起结渣。因此，炉膛内必须布置足够的受热面，使烟气温度能够降到要求 的灵敏值。如果炉膛过小，可能布置不下要求的受热面。 锅炉炉膛结构参数在设计时是根据燃料的着火燃烬特性和结渣特性按经验选 取，主要结构参数有： 一炉膛容积热负荷 一炉膛断面热负荷 一燃烧器区域壁面热负荷 一燃烧器区域壁容积热负荷 其中，炉膛容积热负荷和断面热负荷与n o x 的生成量息息相关。 炉膛容积热负荷与受热面御置决定了炉内的吸热条件，并最终影响炉内温度及 其分布情况，因而影响n o x 生成量。 炉膛容积热负荷的大小决定了炉膛面积和受热面多少。如果炉膛容积热负荷 大，则炉膛容积和受热面减少，炉内吸热量减少，因而当放热量相同时火焰温度升 高，n o x 排放量增加。 在炉膛容积相同的条件下，提高断面热负荷，缩小截面积，将使炉膛变的细高， 这对于厕j 置较多的辐射受热面，有利于降低炉膛出口烟气温度。提高炉膛断面热负 荷将使燃烧器区域的温度水平提高，有利于燃料着火，但增加结渣的可能性和n o x 的生成量。 华北电力人学硕十论文 2 2 2 3 排渣方式的影响心们 火电厂燃煤锅炉大多数采用固态排渣方式，但对于一些难着火且又易结渣的煤 种，为了改善着火条件和因结渣而造成的危及运行安全的问题，不得不采用液态排 渣方式。与固态排渣炉相比，各类液态排渣炉为保证狄渣熔化成液态排出炉膛，其 炉膛火焰温度一般维持在1 5 5 0 1 7 0 0 c 之间，远高于固态排渣炉的1 3 0 0 - - - , 1 4 0 0 。c 的温度区间。基于上述特点，在液态排渣炉设计时，要采用较高的容积和断面热负 荷，熔渣段要设耐火材料，燃烧器的设计应使火焰更加集中，采用较高的热风温等。 这些措施都将使n o x 排放量增加。典型的固态排渣炉和液态排渣炉的n o x 排放量如 表2 3 。 表2 3n o x 排放浓度范罔比较 燃烧系统 n o x 排放值m g m 念排渣炉6 0 0 1 2 0 0 直流燃烧器6 0 0 1 0 0 0 旋流燃烧器 8 5 0 1 2 0 0 液态排渣炉9 0 0 1 3 0 0 直流燃烧器 9 0 0 1 3 0 0 旋流燃烧器1 3 0 0 2 0 0 0 2 2 2 4 运行方式的影响 ( 1 ) 入炉总风量的影响 在锅炉的运行中，一般总要多供给些空气，而比理论燃料空气量多出的那部分 称作过量空气量，即燃烧1 千克燃料的实际供给空气量为理论燃烧空气量与过量空 气量之和。而实际空气量与理论空气量的比值称为过量空气系数( 用q 表示) ，这 是锅炉运行的一个重要参数。 过量空气系数大，入炉总风量则多，有利于燃料的充分燃烬，但n 0 ，的生成量 相应的也会增加。在低过量空气系数下运行，炉内燃烧过程将有所推迟，火焰周围 将出现大量还原性气体成分和未燃烬的碳粒，使燃料氮生成的中间产物因得不到足 够得氧而无法生成n 0 ，还会使部分已生成的n 0 还原分解。但是运行风量过小时， 会因为局部地区还原性气氛过浓而引起水冷壁结渣和腐蚀现象的发生，也会因过热 空气偏低而危及运行安全。 ( 2 ) 煤粉细度的影响 煤粉越细，燃烧越快，因而炉内温度峰值水平提高，热力型n o x 增加。此外， 华北电力人学硕十论文 随着温度峰值高，释放出的挥发份多，煤的燃烬度高，因而燃料型n o x 增加。需要 说明的是，上述情况是在常规燃烧时的状况，在采用分级燃烧时，煤粉变细会使耗 氧增加，燃料在富燃条件下产生较多的c h 基团等气体，促使n o x 成n ：，因而使n o x 减少。 2 2 3n o x 控制技术 相对于n o x 的生成机理和影响因素，控制火电厂n o x 排放的方法有两大类：一 类为低n o x 燃烧技术，在燃烧过程中控制n o x 的生成量；另一类是烟气脱硝技术， 从烟气中脱除生成的n o x 。 2 2 3 1 低n o x 燃烧技术 一、概述【2 1 1 根据燃烧过程n o x 的生成和破坏的机理和特点，n o x 的生成与燃烧方式和工况 有关，其生成量取决于温度水平，此外还与空燃比q 、传热、煤种以及燃料、空气 和燃烧中间产物的混合程度有关。因此，可以通过改善燃烧方式、改变锅炉运行条 件等措施末降低n o x 的生成量，即低n o x 燃烧技术，达到一定的减排目标。按其发 展顺序先后可分为三代： 第一代措施不要求对燃烧系统做大的改动。方法简单、经济可行，适用于老厂 改造。主要措施有：低过剩空气系数( l e a ) ，降低空气预热温度( r a p ) ，部分燃烧 器推出运行( b o o s ) ，浓淡燃烧器和炉膛内延期再循环( f g r ) 。 第二代措施的目的在于降低燃烧器一次区域内的氧浓度，从而相应降低锅炉峰 值温度达到降低n o x 排放的效果。属于这一代技术现阶段最广泛应用于电厂锅炉的 各种低n o x 燃烧器( l n b ) 、燃烧器处烟气再循环( f g r ) 和上部燃尽风( o f a ) 等。 第三代措施的目的在于还原已经在燃烧器区域或炉膛内生成的n o x ，主要特征 是空气和燃料都分级送入炉膛，燃料分级送入可在主燃烧器下游形成一个富集n h ：；、 c h 。、h c n 的低氧还原去，燃烧产物通过此区时，己生成的n o x 会部分被还原为n 。 典型技术是用于墙式和切圆燃烧的三级燃烧技术，又称再燃炉内还原( i f n r ) 法 或m a c t 法引。 不同的燃煤锅炉，由于其燃烧方式、煤种特性、锅炉容量以及其他条件的不同， 在选用不同的低n o x 燃烧技术时，必须根据具体的条件进行技术经济比较，使所选 用的低n o x 燃烧技术和锅炉的具体设计和运行条件相适应。不仅要考虑锅炉降低n o x 的效果，而且还要考虑在采用低n o x 燃烧技术以后，对火焰的稳定性、燃烧效率、 过热蒸汽温度的控制、受热面的结渣和腐蚀等可能带来的影响。 二、不同低n o x 燃烧技术原理及比较忆2 1 部分低n o x 燃烧技术的控制原理、运用对象及特点比较见表2 3 ，控制效果对 l i 华北电力人学硕+ 论文 比见表2 4 。 表2 - 3 低n o x 控制技术原理比较 热力型n o x燃料型n o x瞰考虑的问题 控i 州原理 影影 挝 执 系 适川 控制原 川 效 出粉 控制技术 火焰降缩短 响向 。l i 、 统