（工程热物理专业论文）烟气脱硫工艺选择方法的研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文 摘要 论文介绍了常用的几种烟气脱硫技术以及国内外常用的评价体系。并分析 了常用的技术经济评价方法，重点介绍了费用一效益法。然后在费用一效益法和 模糊数学的基础上建立了综合评价体系，其中包括评价因素权重的确定、评价 指标隶属函数的建立、隶属度的求解、模糊合成方法的选用。最后运用所建立 的评价体系对几种脱硫技术进行综合评价，比较了各种脱硫方法的技术经济性， 并提出了对烟气脱硫工艺选取时的建议。解决了技术经济评价中定性因素难于 定量化的难题。 关键词：费用一效益法，综合评价，定性因素 a b s t r a c t t h i sp a p e ri n t r o d u c e ss e v e r a lf l u e g a sd e s u l f u r i z a t i o n ( f g d ) m e t h o d sa n du s u a l e v a l u a t i o ns y s t e m sh o m ea n da b o a r d i ta l s oa n a l y s e sc o m m o nt e c h n o l o g ye c o n o m i c s e v a l u a t i o nm e t h o d sa n de m p h a s i z e se x p e n s e b e n e f i tm e t h o d t h es y n t h e t i c a le v a l u a t i o n s y s t e mi se s t a b l i s h e db a s e do nt h ee x p e n s e b e n e f i tm e t h o da n df u z z ym a t h s i ti n c l u d e s t h ed e f i n i t i o no fe v a l u a t i n gf a c t o r sw e i g h t ，t h ee s t a b l i s h m e n to fe v a l u t i o nf a c t o r s m e m b e r s h i pf u n c t i o n ，t h es o l u t i o no fm e m b e r s h i pv a l u e ，t h ec h o o s eo ft h ef u z z ys y n t h s i s m e t h o d a t1 a s t t h es y n t h e t i c a le v a l u a t i o no fs e v e r a lf g di sd o n eb yt h ee s t a b l i s h e d e v a l u a t i o ns y s t e m c o m p a r i n gt h et e c h n o l o g ye c o n o m i c so fe a c hf g d ，i tg i v e sa d v i c et o s e l e c t i n gt h ef g d t h ep a p e rs o l v e st h ep u z z l eo ft h a tq u a l i t a t i v ef a c t o r si s h a r dt ob e q u a n t i f i e di nt h et e c h n o l o g ye c o n o m i c s e v a l u a t i o n z h a n gh a i p i n g ( e n g i n e e r i n gt h e r m o p h y s i c s ) d i r e c t e db yp r o f h us a n g a o k e yw o r d s ：e x p e n s e b e n e f i tm e t h o d ，s y n t h e t i c a le v a l u a t i o n ，q u a l i t a t i v ef a c t o r s i i i 华北电力大学硕士学位论文 摘要 论文介绍了常用的几种烟气脱硫技术以及国内外常用的评价体系。并分析 了常用的技术经济评价方法，重点介绍了费用一效益法。然后在费用一效益法和 模糊数学的基础上建立了综合评价体系，其中包括评价因素权重的确定、评价 指标隶属函数的建立、隶属度的求解、模糊合成方法的选用。最后运用所建立 的评价体系对几种脱硫技术进行综合评价，比较了各种脱硫方法的技术经济性， 并提出了对烟气脱硫工艺选取时的建议。解决了技术经济评价中定性因素难于 定量化的难题。 关键词：费用一效益法。综合评价，定性因素 a b s t r a c t t h i sp a p e ri n t r o d u c e ss e v e r a lf l u e g a sd e s u l f u r i z a t i o n ( f g d ) m e t h o d sa n du s u a l e v a l u a t i o ns y s t e m sh o m ea n da b o a r d i ta l s oa n a l y s e sc o m m o nt e c h n o l o g ye c o n o m i c s e v a l u a t i o nm e t h o d sa n de m p h a s i z e se x p e n s e b e n e f i tm e t h o d t h es y n t h e t i c a le v a l u a t i o n s y s t e mi se s t a b l i s h e db a s e do nt h ee x p e n s e b e n e f i tm e t h o da n df u z z ym a t h s i ti n c l u d e s t h ed e f i n i t i o no fe v a l u a t i n gf a c t o r sw e i g h t t h ee s t a b l i s h m e n to fe v a l u t i o nf a c t o r s m e m b e r s h i pf u n c t i o n ，t h es o l u t i o no fm e m b e r s h i pv a l u e ，t h ec h o o s eo ft h ef u z z ys y n t h s i s m e t h o d a tl a s t t h es y n t h e t i c a ie v a l u a t i o no fs e v e r a lf g di sd o n eb yt h ee s t a b l i s h e d e v a l u a t i o ns y s t e m c o m p a r i n gt h et e c h n o l o g ye c o n o m i c so fe a c hf g d ，i tg i v e sa d v i c et o s e l e c t i n gt h ef g d t h ep a p e rs o l v e st h ep u z z l eo ft h a tq u a l i t a t i v ef a c t o r si sh a r dt ob e q u a n t i f i e di nt h et e c h n o l o g ye c o n o m i c se v a l u a t i o n z h a n gh a i p i n g ( e n g i n e e r i n gt h e r m o p h y s i c s ) d i r e c t e db yp r o f h us a n g a o k e yw o r d s ：e x p e n s e - b e n e f i tm e t h o d ，s y n t h e t i c a le v a l u a t i o n ，q u a l i t a t i v ef a c t o r s 1 1 1 声明 y 8 8 8 1 2 5 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文烟气脱硫工艺选择方法的研究，是 本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，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已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：弛豳车日 期：丝! ! ：型弓 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 目舶，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。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名她导师签名 1 古；托 i 日期：妇2 ：i ：! ；日期：型7 ，多 l l 华北电力大学硕士学位论文 1 ，1 大气污染及二氧化硫污染 第一章引言 近年来国际上普遍关注的全球性的环境保护热点问题有三个： ( 1 ) 由于c 0 ：排放所引起的温室效应，使全球气候变暖； ( 2 ) 因大气中的s o 。和n o x 所引起的酸雨问题； ( 3 ) 由于氟利昂等物质大量使用所引起的臭氧层破坏问题； 上述三个阀题均与燃煤有关，燃煤产生的大量c o ：、s o ：和n o x 是引起上述河题 的重要原因。而在三大环保问题中s o ：和n o x 所引起的酸雨问题尤为严重，治理要求 也最为追切。s o ：属于低浓度、长期起作用的污染物，对生态环境造成长期慢性、累 积性的危害。它对自然生态环境、人类健康、工业生产、建筑物及材料等均会造成 不同程度的危害。空气中的s 0 。浓度高于0 。5 1 0 “( 体积分数) 时，即对人类健康有 潜在的影响，高于( 卜3 ) x 1 0 。6 ( 体积分数) 时就会使人受到明显刺激。长期吸入低 浓度s o ：将引起或加重人的呼吸道疾病。s 0 ：对植物的危害也很明显，一定浓度时就 会造成农作物的落叶、落果、甚至枯死，导致农作物减产。s o 。形成的酸雨对水资源 生态系统、农业生态系统、森林生态系统、建筑物和材料以及人体健康都造成危害。 众所周知，我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，也是世界上少数几个以 煤炭为主要能源的国家之一。近年来，随着工业化和城市化的加快及人民生活水平 的提高，我国煤炭消费量还会持续增长，以煤为主的能源结构在今后相当长的时间 里不会改变，而煤炭的大量直接燃烧造成污染物的排放急剧增加，其中，以二氧化 硫( s o 。) 的排放尤为令人关注。 二氧化硫排放量的急剧增加使大多数城市的二氧化硫浓度处于较高的污染水 平。据2 0 0 3 年的环境监测结果表明，监测的3 4 0 个城市中，1 4 2 个城市达到国家环 境空气质量二级标准，占4 1 7 ；空气质囊为三级的城市有1 0 7 个，占3 1 5 ；劣于 三级标准的城市有9 1 个，占2 6 8 。1 1 3 个大气污染防治重点城市中，3 7 个城市空 气质量达n - - 级标准，4 0 个城市空气质量为三级，3 6 个城市空气质量劣于三级，分 别占3 2 7 、3 5 4 和3 1 9 。全国排放的废气中二氧化硫排放总量2 1 5 8 7 万吨。其 中电力工业来源的二氧化硫排放量约1 1 0 0 万吨，占到了全国二氧化硫排放总量的 5 0 以上“。 同时，二氧化硫的排放也使我国的酸雨现象十分严重，在8 0 年代，中国的酸 雨主要发生在以重庆、贵阳和柳州为代表的西南地区，酸雨区面积约为1 7 0 万平方 公里。到9 0 年代中期，酸雨已发展到长江以南、青藏高原以东及四川盆地的广大 地区，目前仍呈逐年加重的趋势。到2 0 0 3 年，4 8 7 个市( 县) 的降水监测结果显示， 1 华北电力大学硕士学位论文 出现酸雨的城市2 6 5 个，占上报城市数的5 4 4 ；年均p h 值小于和等于5 6 的城市 1 8 2 个，占上报城市数的3 7 4 。与2 0 0 2 年相比，出现酸雨的城市比例增加4 1 个 百分点：降水年均洲值小于和等于5 6 的城市比例上升了4 7 个百分点，酸雨污 染加重。因而二氧化硫的排放控制工作显得尤为重要。 1 2 我国控制二氧化硫的政策和措旌 我国的环境保护一直得到了党和政府的高度重视。针对酸雨和s o 。污染的不断 加剧，政府采取了一系列的措施，取得初步成效。特别是九五期间，环境法制，环 境保护产业以及环境基础设施建设都取得了很大的发展。我国控制二氧化硫污染的 政策法规和措施主要有：不断完善污染防治的法制力度；实施中国跨世纪绿色工程 规划；进行两控区的划分和污染控制；积极开展防止酸雨污染的科学研究；实行s o ： 排放收费和实施排污许可制度；实施有利于环境的能源政策和战略，重点治理火电 厂的污染；研究、引进s o ，治理技术和设备。 8 0 年代以来，我国电力工业发展取得了巨大的成就，同时在环境保护方面也取 得了显著的成效。不过s o 。排放还未得到有效控制，排放量随装机容量的增长呈上 升趋势，若不采取控制措施，s o 。排放量将接近全国s o 。排放总量的2 3 。因此如何 解决电厂燃煤带来的环境影响，实现能源系统环境无害化是我国面临的重要课题。 近年来，随着我国经济实力的逐步增强和环境标准渐趋严格，火电厂治理s o 。 污染的力度不断加大，先后引进建成了一批烟气脱硫实验项目和示范工程，如重庆 珞璜电厂石灰石石灰一石膏湿法脱硫项目、太原第一热电厂简易湿法脱硫项目、青 岛黄岛电厂旋转喷雾干燥法脱硫项目、成都热电厂电子束法脱硫项目、南京下关电 厂炉内喷钙尾部增湿活化脱硫项目等，此处还有许多火电厂脱硫项目正在建设中， 为了加快火电厂烟气脱硫的步伐，国家电力公司还成立了专门的组织开展脱硫技术 国产化的工作“。 2 0 0 3 年推出的火电厂大气污染物排放标准。1 。本标准分三个时段，对不同 时期的火电厂建设项目分别规定了排放控制要求：1 9 9 6 年1 2 月3 1 日前建成投产 或通过建设项目环境影响报告书审批的新建、扩建、改建火电厂建设项目，执行第 1 时段排放控制要求。1 9 9 7 年1 月1 日起至本标准实施前通过建设项目环境影响报 告书审批的新建、扩建、改建火电厂建设项目，执行第2 时段排放控制要求。 自2 0 0 4 年1 月1 日起，通过建设项目环境影响报告书审批的新建、扩建、改 建火电厂建设项目( 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 火电厂建设项目，自批准之目起满5 年， 在本标准实施前尚未开工建设的火电厂 建设项目) ，执行第3 时段排放控制要求。 华北电力大学硕士学位论文 表卜i 火力发电锅炉二氧化硫最高允许排放浓度单位：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 钜2 0 1 0 矩 2 0 0 5 矩 2 0 1 0 生 2 0 0 4 盆 1 月1 日1 月1 日 1 月1 日1 月1 日 1 月1 日 燃煤锅炉及燃油锅炉 2 i 0 0 11 2 0 0 12 1 0 0i 2 0 0 2 4 0 04 0 0 1 2 0 0 。 8 0 0 3 1 2 0 0 “ 注：( 1 该限值为全厂第1 时段火力发电锅炉平均值。 ( 2 在本标准实施前，环境影响报告书已批复的脱硫机组以及位子西部非两控区的燃用特 低硫煤( 入炉燃煤收到基硫分小于0 5 ) 的坑口电厂锅炉执行该限值。 ( 3 以煤矸石等为主要燃料( 入炉燃料收到基低位发热量小于等于1 2 5 5 0 k j k g ) 的资源综 合利用火力发电锅炉执行该限值。 ( 4 位于西部非两控区内的燃用特低硫煤( 入炉燃煤收到基硫分小于0 5 ) 的坑口电厂锅 炉执行该限值。 1 3 脱硫方式 自2 0 世纪6 0 年代起，随着工业污染的日趋严重，造成环境日益恶化。些工 业化国家相继制定严格的法规和标准，以限制燃烧过程中污染物的排放，改善人类 的生存环境，这一措施极大地促进了脱硫技术的应用与发展。现在应用的脱硫技术 可以分为三类：即燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫( 烟气脱硫) 。燃烧前脱 硫包括洗煤、煤气化、液化以及利用机械、电磁等物理技术对煤进行脱硫。燃烧前 的物理脱硫方法只能脱去煤中部分的硫( 主要是无机硫) ，不能从根本上解决二氧 化硫对大气的污染问题。曾经引起广泛重视并开展研究的生物脱硫技术，也由于占 地太大，无法实现大批量机械化连续生产，因而无实用价值。燃烧中脱硫主要包括 炉内喷钙、流化床添加石灰石等。流化床添加石灰石脱硫技术本身具有良好的脱硫 效果，国外近年来发展很快并已实现工业应用。国内由于环保意识不强、措施不力， 再加上经济原因，该脱硫技术并未真正付诸实用。炉内喷钙工艺早在2 0 世纪6 0 年 代就已经开始研究，但由于脱硫效率不高，一直未能得到广泛应用。进入2 0 世纪 8 0 年代后，在炉内喷钙工艺基础上，美国开发了脱硫效率大为提高的l i m b 工艺， 芬兰的t a m p e l l a 和i v o 公司开发成功了l i f a c 工艺，这些技术现在都已得到了推 广应用。燃烧后烟气脱硫是目前控制燃煤电厂s o ，气体排放最有效和应用最广的技 术，2 0 世纪6 0 年代后期以来，烟气脱硫技术发展迅速，从发表的文献统计，其工艺 有2 0 0 多种，但这些方法大多处于实验室阶段或小规模试验阶段，目前付诸实施的 只有1 0 多种。 烟气脱硫技术按其脱硫方式以及脱硫反应产物的形态可分为湿法、干法、半干 3 华北电力大学硕士学位论文 法三大类：一般把以水溶液或浆液作脱硫剂，生成的脱硫产物存在于水溶液或浆液 中的脱硫工艺称为湿法工艺；把以水溶液或浆液为脱硫剂，生成的脱硫产物为干态 的脱硫工艺称为半干法工艺；把加入的脱硫剂为干态，脱硫产物仍为干态的脱硫工 艺称作干法工艺“m 3 。 从国外的情况看，目前已经在大、中容量机组上得到广泛应用并继续发展的脱 硫工艺有以下几种，分别是： 石灰石石灰一石膏法、喷雾干燥脱硫工艺、炉内喷钙尾部增湿活化工艺、烟气 循环流化床脱硫工艺、海水法、氨法、简易湿法、电子束法等。下面对上述工艺的 主要工艺特点作一简要介绍： 1 3 1 石灰石石灰一石膏洗涤工艺 典型的湿式石灰石石灰一石膏法脱硫系统主要包括：烟气系统( 烟道挡板、烟 气再热器、增压风机) 、吸收系统( 吸收塔、循环泵、氧化风机、除雾器等) 、吸收 剂制备系统( 石灰石储仓、磨石机、石灰石浆液罐、浆液泵) 、石膏脱水及储存系 统( 石膏浆液、水力旋流器、真空脱水机等) 、废水处理系统及公用系统( 工艺水、 电、压缩空气等) 。在石灰石石灰一石膏法中，石灰石首先在研磨车间研磨成符合 要求粒度的细粉，然后在浆液制备槽中细粉与水混合，制备好的浆液用泵输送到吸 收塔，在吸收塔中烟气中的s o ：与吸收剂发生反应。吸收塔又可以分为鼓泡塔、填 料塔、喷淋塔和液柱塔四种类型。该工艺流程如图卜1 所示； 图卜l 湿式石灰；5 ；5 荻一石膏法脱硫工艺流程 湿式石灰石石灰一石膏法工艺的主要优点是吸收剂资源丰富，成本低廉，其废 渣可抛弃，也可作为石膏回收。脱硫效率可达到9 5 ，工艺成熟，运行安全可靠a 主 要缺点是基建投资费用高，占地面积大，耗水量大，脱硫副产品为湿态，因此难以 处理，而且脱硫产生的废水需处理后排放。 4 华北电力大学硕士学位论文 1 3 2 喷雾干燥脱硫工艺 喷雾干燥工艺用于电厂脱硫始于2 0 世纪7 0 年代中后期，该工艺是将吸收剂浆 液c a ( o h ) ：在反应塔内喷雾，雾滴在吸收烟气中s 0 ：的同时被热烟气蒸发，生成固体 并由电除尘器捕集。吸收剂浆液一般采用喷嘴式或旋转式喷雾，目前大部分采用旋 转式，所以又称旋转喷雾干燥法。该方法较适于中、低硫煤地区，也有用于高硫煤 的例子。当c a s 比为1 3 1 6 时，脱硫效率可达8 0 一9 0 。该工艺在欧洲应用较多， 国内有四川白马电厂的工业性中试和山东黄岛电厂的脱硫示范工程。该工艺的工艺 流程示意图见图i - 2 。 图卜2 喷雾干燥法烟气脱硫工艺流程 与石灰石石灰一石膏法脱硫工艺相比，该工艺流程简单、投资费用低、能耗小、 脱硫产物呈干态、便于处理。其主要缺点是利用消石灰乳作为吸收剂，系统较易结 垢和堵塞，而且需要专门设备进行吸收剂的制备，因而投资费用偏大。脱硫效率和 吸收剂利用率也不如湿式石灰石石灰一石膏法高。 1 3 3 炉内喷钙尾部增湿活化工艺( l i f a o 工艺) 炉内喷钙脱硫技术早在2 0 世纪6 0 年代就已开始研究，但由于脱硫效率不高， 钙利用率低( 1 5 ) 而被搁置。随着研究的进展及对该工艺理解的深入，以炉内喷钙 为基础，附加尾部增湿活化，不同厂家和公司开发了一些新工艺，使脱硫效率和吸 收剂利用率都有了较大提高。 l i f a c ( l i m e s t o n ei n j e c t i o ni n t ot h ef u r n a c ea n da c t i v a t i o no fc a l c i u m ) 工艺是由芬兰t a m p e l l a 公司和i v o 公司联合研究开发的干法烟气脱硫工艺。该工 艺是将石灰石于锅炉的8 5 0 1 1 5 0 。c 部位喷入，起到部分固硫作用。在尾部烟道的 适当部位( 一般在空气预热器与除尘器之间) 装设增湿活化反应器，使炉内未反应 华北电力大学硕士学位论文 的c a o 和水反应生成c a ( o h ) 2 ，进一步吸收s o ：，提高脱硫效率。l i f a c 工艺主要包 括三步：( 1 ) 向高温炉膛喷射石灰石粉；( 2 ) 炉后活化器中用水或灰浆增湿活化；( 3 ) 灰浆或干灰再循环，工艺流程如图1 - 3 所示： 图卜3 炉内喷钙尾部增湿烟气脱硫工艺流程 l i f a c 工艺优点是：设备简单，占地面积小，安装工期短，投资费用较低；缺点是 需要改动锅炉炉膛且要损失部分热能，脱硫效率难于达到8 0 。 1 3 4 烟气循环流化床脱硫工艺( c f b - f g d ) c f b f g d 工艺是把固体流态化技术引入到f g d 工艺中的一项新技术，在2 0 世纪 8 0 年代以后有了很大发展。锅炉排出的烟气经流化床塔底的文丘里喷口进入反应 塔，脱硫剂浆自反应塔下部由雾化风机雾化后进入反应塔，脱硫剂浆液、s o 。、水在 反应塔里充分反应并干燥，反应产物从吸收塔上部随烟气流出再经预除尘器除尘， 下来的吸收物料循环使用以提高吸收剂的利用率。该工艺流程如图i - 4 所示： 华北电力大学硕士学位论文 图l - 4 烟气循环流化床脱硫工艺流程 c f b - f g d 技术发展很快，已出现了多种结构形式的装置该工艺具有系统简单， 运行可靠，占地面积小，投资和运行费用低，无废水排放等优点，是一种较好的烟气 脱硫工艺。 1 3 5 海水洗涤法 自然界海水呈碱性，p h 值为7 8 8 3 ，因而海水对酸性气体具有很大的中和吸 收能力，海水法脱硫技术采用未处理过的海水洗涤烟气，利用海水的天然碱性来中 和二氧化硫，s o 。被海水吸收后，最终产物为可溶性硫酸盐，而这些硫酸盐已经是 海水的主要成分之一。海水脱硫法按是否添加其它化学物质作吸收剂分为两类：不 添加任何化学物质，用纯海水作为吸收液的工艺和在海水中添加吸收剂的脱硫工 艺。 由静电集尘器和引风机出来的烟气通过鼓风机进入气气再热器。烟气由气气 再热器出来后进入吸收器，并与相对较冷的海水混合，在吸收器的顶部，烟气穿过 除雾器，以除去悬浮水珠。离开吸收器后，烟气再次通过再热器，以在排入烟囱前， 升高其温度。酸性的水溶液被收集在吸收器沉淀槽中流入外部混合池和曝气池。在 这里，它们与来自冷凝器出口的剩余海水混合，然后吹入空气，以减少其化学需氧 量，并通过将二氧化碳( c o 。) 分离出来，升高其p h 值。然后，将处理过的水溶液 排入大海。工艺流程如图卜5 所示： 华北电力大学硕士学位论文 图卜5 海水洗涤法烟气脱硫工艺流程 海水法烟气脱硫技术的主要优点是，它不像所有其它烟气脱硫技术一样，需要 固体吸收剂作为反应剂。设备结构相对简单。其最明显的缺点是，仅局限于在沿海 地区使用。该技术具有非常高的二氧化硫脱除率( 最高达9 7 9 8 ) ，但只有在燃料 含硫量低于2 5 - 3 o 的情况下，才能够达到这么高的脱硫率。在s 0 。含量更高时， 要保持较高的s o 。脱除率需要更多的海水，多于电厂冷却所用的海水量，这将使投 资成本和生产成本显著增加。 1 3 6 氨洗涤法 氨硫酸铵或铵洗涤法烟气脱硫技术，除用氨水作洗涤剂以外，其运行方式与 石灰石石灰一石膏法相似。s o 。通过与氨反应从烟道气中脱除，最终产品是硫酸铵。 由静电集尘器和引风机出来的烟道气通过鼓风机进入气气再热器。然后进入预 洗涤器，在预洗涤器中，烟气与循环硫酸铵稀浆相接触。烟道气被冷却，并被水蒸 汽饱和。处于饱和状态的烟气穿过除雾器离开预洗涤器，然后进入吸收器，用过饱 和硫酸氨溶液对烟气进行洗涤，从烟气中脱除s o 。在吸收器顶部，烟道气通过两 级除雾器，除去悬浮的水滴。离开吸收器的溶液被加工生产成硫酸铵，这是一种能 用作肥料的价值相当高的产品。工艺程如图卜6 所示： 8 华北电力大学硕士学位论文 图1 - 6 氨洗涤法烟遒气脱硫工艺 氨法烟气脱硫技术的主要优点是副产品价值相当离，对于高硫燃料，销售硫酸 盐的收入能够超过烟气脱硫装置的运行费用。而且没有废水排放，基本不会出现结 垢和阻塞等问题。在某些地方，尤其是那些燃烧高硫燃料或可能燃烧高硫燃料的地 方，该技术非常具有吸引力。缺点是这些设备的建造费用高，并且需要与石灰石 石灰一石膏法烟气脱硫设备相近的占地面积。 1 3 7 电子束法 该工艺由烟气冷却、加氨、电子束照射、粉体捕集四道工序组成。工艺流程： 温度为1 5 0 。c 左右的烟气经预除尘后再经冷却塔喷水冷却到6 0 7 0 。c 左右，在反应 室前端根据烟气中的s o ：及n o x 浓度调整加入氨的量，然后混合气体在反应器中经 电子束照射，其中的s o 。及n o x 受电子束强烈氧化，在很短时间内被氧化成硫酸( h 。s o ；) 和硝酸( h n o 。) 分子，并于周围的氨反应生成微细的粉粒( 硫酸氨和硝酸氨的混合物) ， 粉粒经集尘装置收集后，洁净的气体排入大气。 该工艺的优点是能同时脱硫脱硝，同时过程简单，系统启动和停运方便，副产 品可用作化肥，而且占地面积较小、投资及运行费用较低。缺点是耗电多，运行费 用中电费占得比例较高，另外需要加屏蔽装置。 13 8 简易湿法 此工艺的工作原理与传统的石灰石石灰一石膏法极其相似，均是以石灰石浆液 吸收烟气中的二氧化硫生成亚硫酸钙，而后在吸收塔浆罐内与鼓入的空气氧化生成 二水石膏。所不同的是，在保证一定脱硫率的前提下投资较少。主要措旋有：( 1 ) 适当提高烟气通过吸收区的流速，以缩小吸收塔的体积；( 2 ) 作为吸收剂的石灰石 9 华北电力大学硕士学位论文 粉颗粒较粗，以减少吸收剂制备或采购的费用：( 3 ) 采用部分烟气脱硫与另部分 未脱硫烟气混合后排放，以节省投资与占地均较大的烟气换热器。 1 4 课题背景及研究内容 脱硫工艺选取时并不是脱硫率越高越好，文献 6 1 指出考虑到对社会环境影响因 素，脱硫率选择在6 0 8 0 是比较合适的。 脱硫工程是目前火电厂建设中一次性投资和持续性运行投入很高的环保项目， 且企业自身难以获得相应的利润回报，因此，为确保脱硫工程建设的预期目标，达 到火电厂大气污染物排放标准的要求，如何结合火电厂的内外部资源条件，科学合 理地选择切合实际的脱硫工艺显得十分重要，它直接关系到脱硫系统乃至机组的安 全性和经济性运行。一旦选择失误，将造成不可弥补的重大损失，既达不到s o 。控 制的预期目标，影响地方乃至国家总体环境目标的实现，又增加电厂的负担，损害 电厂的经济利益和社会效益。 脱硫工艺选择的复杂性主要体现在：( 1 ) 脱硫工艺种类繁多，在火电厂应用过 的有2 0 0 多种，其中能长期稳定运行、技术成熟、经济合理的工艺有2 0 多种。( 2 ) 决定一种脱硫工艺适应性的因素很多，每个工艺都有其自身的优缺点，这些优缺点 是相对的。一个工艺的特点也许对某个电厂而言是最大的优点，对另一个电厂或许 是致命的缺点。因此，脱硫工艺的适应性在很大程度上取决于电厂的具体情况，其 他电厂的经验教训只能作为参考。( 3 ) 脱硫工艺的选择除了与脱硫工艺本身有关外， 在很大程度上还取决于与之配合的电厂及机组的具体情况，受到诸多因素的限制。 如国家和地方的环保法规、电厂所在地的环境状况、环境容量和外部资源状况、脱 硫机组的容量、燃煤硫分、机组寿命、年利用时间、副产品的处置、建设难度等， 而且这些因素对每个具体电厂的重要性都是不同的。 因此，针对一个具体的电厂，必须根据建设项目的具体要求，因地制宜、因厂 制宜，按照一定的准则，采用科学合理的方法选择“相对最优”的脱硫工艺，亦即 不是去追求绝对最优的工艺，而是从非劣工艺中学则最满意、最适用的工艺。 国外烟气脱硫的技术经济评价体系已经很完善，而国内尚没有一个比较完善的 烟气脱硫技术经济评价模型，传统的经济评价已经比较成熟，同时针对烟气脱硫技 术评价中定性因素较多的特点，本文运用模糊数学和传统的经济评价相结合，建立 了一个烟气脱硫技术评价体系。该体系充分考虑了定型因素和定量义素，评价较为 全觚。使两种方法取长补短，使烟气脱硫工艺的选择具有科学性、全面性。 l o 华北电力大学硕士学位论文 第二章脱硫工艺选择的方法 火电厂脱硫工艺的选择主要包括技术评价、经济评价、综合评价和决策4 个部 分。 2 1 选择的主要技术原则： ( 1 ) 立足s o ：污染现状和环境的可容纳性，结合国家和地方环境法规的要求，提 出合理的、可行的控制目标，包括脱硫效率、s o 。排放浓度和排放量。 ( 2 ) 结合机组的现状，包括新机组或老机组、机组容量、剩余寿命、燃煤硫分 等，充分考虑当地的资源条件、脱硫的建设条件，包括场地条件、施工条件、施工 周期等，提出技术上是先进的、可行的，经济上是合理的，操作上是能控制的，进 度上是能实现的，法律上是允许的，政治上是能被各方接受的且有一定延伸性的脱 硫工艺。 ( 3 ) 脱硫工程实施后，在允许的时间和最大的投资允许限度内，能达到最终的 技术目标和经济效益。 ( 4 ) 脱硫工程实施后，应确保脱硫系统的安全可靠运行，且不会影响机组的正 常运行和安全发电，努力构造资源节约型和环境友好型电厂。 ( 5 ) 脱硫工程实施后，不造成二次污染或尽可能将污染降至最少，脱硫副产品 要尽力实现“减量化、资源化、无害化”的目标。 2 2 常用的技术经济分析方法 以下给出了烟气脱硫技术评价中比较常用的技术经济分析方法，并对每种方法 进行了阐述9 舯m ”： 2 2 ，1 主观评价法 这种方法就是将各种评价结果列出，加上评价者的倾向性意见。一般就是将经 济指标如：工程总投资、单位造价、脱硫成本、单位电价增加等经济指标列出，然 后征求评价者的意见。最后综合选用某一种脱硫技术。 例如：1 ) 综述项目研究过程中重大方案的选择和推荐意见； 2 ) 综述项目实施方案的财务效果； 3 ) 综述项目实施方案的国民经济效果； 4 ) 综述不确定性因素对项目经济效果的影响及风险程度； 5 ) 综述项目非数量化的社会效果： 华北电力大学硕士学位论文 6 ) 项目评价中存在的问题及建议。 这种综合评价的方法，由于没有统一的指标，评价者从主观立场出发加入 太多倾向性意见。对项目综合效果的评价可能相差悬殊。这样可能只照顾到本 企业利益，而忽略了社会的利益。 2 2 2 经济指标加定性指标法 这种方法就是以经济指标或财务指标为主，辅以定性指标。如以国民收入、净 现值、内部收益率等指标为判据、排序，并以环境污染程度、社会影响程度、技术 复杂程度等作为参考指标。 这种方法的缺点是：所列定性指标，或者被完全忽略，成为可有可无的点 缀；或者被夸大到不应有的程度，抓住一点，否定其它。 2 2 3 评分法 评分法的一般程序是： 1 ) 制定各项指标( 如环保指标、经济指标和技术指标) 的评价标准，规定每个 项目的最高分、最低分和等级标准，以及各指标评分值的综合处理方法； 2 ) 选择合适的评价专家，根据有关资料、经验、给出每项的评分值； 3 ) 将各项所得的分数按规定的综合方法进行归纳按理，得到总评价分； 4 ) 将总分与标准进行对比，决定该方案的取舍；在多方案评价时，按分值高低， 排出顺序。 评分法的优点是：简单、易行、成本低，能将一些定性因素相对定量化，还能 把定量的评价和定性的评价结合成一个总分，为掌握方案的全貌和分析方案之间的 优劣提供了根据。 但是评分法分值的研究和确定是一向很复杂的工作，同时，综合分数的实际含 义不能直接表达出来，而且，在各种评价中，如对专家选择不当，或对权重与尺度 之间的协调关系掌握不好，就会自觉或不自觉地把组织者的主观偏见严重地渗入到 评价的结果中去。 2 2 4 评价图法 将技术综合评价结果、经济综合评价结果、社会综合评价结果，用评价图来表 示，将每个评价结果与理想的曲线相比较( 与理想曲线越接近越好) ，进而给出结 论。常用的评价图如下： 1 ) 技术经济关系图 2 ) 技术、经济、社会综合评价图 3 ) 评价锥 1 2 望! ! 皇垄奎堂堡主堂垡笙茎 这种方法简单、明了而且直观，但与评分法有类似的缺点。 2 2 5 费用一效益分析法 将非货币衡量因素( 如污染造成的损失) 用补偿变异等方法，都转化为可以用 货币衡量的因素，然后用内部收益率或净现值等指标作判据。由于各种非货币衡量 因素的转化很复杂，涉及到社会价值观、伦理道德等问题，目前尚无公认的转化理 论与标准。 2 2 6 多级过滤法 将社会影响、生态环境等都作为制约因素，制订一最低标准，把技术方案与各项标 准相比较，进行层层筛选，在满足最低要求的前提下，最后以费用与效益分析为决 策依据。比如：在满足要求的脱硫率、排放浓度的基本前提下，将各种脱硫技术进 行经济比较，经济性最好的就作为最优方案。 这种方法的优点是：简单、易行、通用性大。但在多方案比选时，因为是用最 低标准筛选的，所以用这种方法选定的方案，不一定是最优的方案。 22 7 系统分析法 以系统分析理论为依据，用各种系统优化方法进行综合评价。这类方法近年来 有很大发展，不过尚在初步研究阶段，还未规范化和定型，是很有前途的方法。 2 3 费用一效益法 2 3 1 概述 费用一效益分析“”是环境经济损益分析的基本方法，它要求对工程建设项目所 带来的社会效益和环境效益做损害估价，或者说工程对环境资源的损害，环境污染 所造成的损失及保护环境设施的社会经济效益，进行定量的货币形式的核算。它具 体由以下几部分内容组成： ( 1 ) 首先对建设项目引起的环境要素改变的经济效益损益进行分析及价值定 量； ( 2 ) 其次对建设项目设施投资给出相应的价值定量； ( 3 ) 对各项费用与效益进行等值核算； ( 4 ) 根据各项费用与效益值进行损益分析； 评价内容包括：建设项目的污染物排放费用( 现在的和远景的) ，实现控制目标 的规划费用及逐年费用。计算费用占建设投资的比例，评价工程的社会效益和环境 经济效益，对于环境污染治理方案的评价进行的费用一效益分析，就是力求以最小 华北电力大学硕士学位论文 的经济代价取得最大的环保效果。 当人们意识到环境影响评价的重要性，并尝试用各种经济学的方法评价工程项 目的可行性至今，已取得不小的成绩。常用的经济损益分析方法有直接估算法、费 用函数法、市场价值法、修正人身资本法、调查评价法( 特尔非法或博弈法) 、专业 判断法等。但需要更精确、定量地将环境的经济损益做到货币化。其中各行业进行 环境经济性评价运用得最为广泛、科学的当属费用一效益法。 2 3 2 费用一效益分析法 费用一效益分析是现代福利经济学的一种应用，其目的在于尽可能准确分析某 一项目方案对国民经济的影响，进而选择最有利于优化资源配置的方案，它包括场 外影响和经济外在性。费用一效益分析不同于纯财务上的分析。企业财务上的分析 主要是指企业内部费用和效益问题的评价，雨费用一效益分析是指扶全社会角度考 虑费用一效益问题，国民经济是环境经济评价的核心，是从国家整体角度考察项目 需国家付出的代价和对国家的贡献，计算分析项目综合平衡后对国民经济的净贡 献，评价项目宏观的经济合理性。国民经济不可行的项目，一般应予以否定。对国 计民生急需的电力建设项目，若国民经济评价合理，财务评价不可行，应重新考虑 方案，必要时可采取经济优惠措施，使项目具有财务上的生存能力。国民经济评价 用影子价格，在计算期内各年均不考虑物价总水平上涨因素，重要参数由国家主管 部门发布。影子价格包括影子汇率、影子工资换算系数、社会折现率、一般货物影 子价格等。文献“”分析指出：脱硫工程在考虑了环境成本后脱硫电厂的成本低于常 规电厂的成本，具有o 8 分( k w h ) 的环境效益。因而加装脱硫设施是符合国民经济 发展需要的。 本文之所咀采用费用一效益分析作为项目评价的方法，是因为它有明显的下述 优点： ( 1 ) 从社会角度考虑了项目的效益和费用： ( 2 ) 效益和费用采用统一的度量单位，因而有可能给出一个项目净效益( 效益减 费用) 的绝对值。既可给出对一个项目的评价结论，也可跨部门跨行业进行项目的 评选； ( 3 ) 分析中所用的数据基本上以客观的效果为依据，而不以分析者的主观愿望 和观点为依据； ( 4 ) 考虑了不同时间上发生的效益和费用的不同效果： ( 5 ) 有一整套系统的完整的分析步骤。 2 ，3 2 1 费用一效益分析相关概念 ( 1 ) 无形效果 华北电力大学硕士学位论文 简单地说，无形效果就是难以用货币来计量的效果。环境变化导致的效果属于 无形效果。无形效果属于规范经济学范畴，没有市场价格，只能用支付意愿或赔偿 意愿来衡量。衡量其大小涉及到公共物品。而公共物品具有非竞争性和非排他性的 特点，非竞争性即任何一方对公共物品的消费不会影响其他各方对公共物品的消 费。非排他性指人们不能被排除在消费一种商品之外。正由于以上两种特征，使无 形效果不易衡量，但在费用一效益分析中又必须衡量。因此，通常的做法是： i 尽可能地运用市场价格来确定环境效果，能直接参照市场价格的则直接参 照市场价格；不能直接参照市场价格的，间接参照市场价格； 1 i 用产生环境质量变动的成本来衡量无形效果； i i i 通过对消费者的直接咨询来确定其支付意愿，但这种方法存在产生各种偏 差的可能性； 另一方面，为使无形效果尽量有形化，可采用机会成本、影子价格或虚拟的市 场价格使其货币化，或从产生这种无形效果的费用来加以评价。 ( 2 ) 环境资产的经济价值 从现代经济的观点来看，环境质量是一种环境资产。因此，评价环境质量的效 益或价值，实质上就是该资产的经济价值。 ( 3 ) 外部不经济性 人类经济活动会对周围环境质量产生影响，当产生影响的个人或团体不考虑对 环境影响的社会费用或效益对，就出现了影响环境质量的外部性。其中，对受影嘀 者有利的外部影响成为外部经济( 正的外部性) ，对受影响者不利的外部影响称为外 部不经济( 负的外部性) 。外部性是以市场性为基本特征的，也即不通过交易价格反 映出来。例如，一座电厂烟囱冒烟造成的环境污染，给第三者形成外在成本，它表 现为使附近居民的环境舒适度下降，负的外部性就产生了，这是产生外在性成本的 一个例子。 2 3 22 费用一效益分析方法 费用一效益分析法是环境影响评价学中的一次飞跃，它将环境的好坏及改善做 到了量化，但在实际应用时所遇到的最大困难，也即费用一效益法的应用条件难以 实现，即是无法准确估定环境效益的币值。为此，专家们经过不懈努力，作了改进。 当拟建项目所产生的环境影响难以用货币单位计量，即产生无形效果时，可以通过 对不同水平的环境质量目标或环保效益借用有效性来表示，而对环保费用则用货币 单位来计量。故费用一效益分析也称为费用有效性分析。而应用此法则判别项目可 行性的标准，不外乎费用最小和效果最佳。它避免了由固定效益币值带来的许多困 难。以下是三种典型方法“： ( 1 ) 最佳效果法 华北电力大学硕士学位论文 在费用基本相同的条件下来比较不同方案的效果，从中选择最佳方案，称为最 佳效果法。 ( 2 ) 最小费用法 在效益基本相同的条件下，即达到所要求的环境保护目标，比较不同方案的费 用，从中选择费用最小的方案，称为最小费用法。 ( 3 ) 直接效果法 拟建项目所产生的环境影响当用其它的定量单位指标也难以度量时，我们可以 通过采用强、中、弱以及无影响或通过文字说明来直观地描述拟建项目和环保设施 的环境效果。由于是通过专业判断来进行，所以要以有关部门专家的判断作为重要 的参考依据。 2 32 3 费用一效益分析 本文本着简单实用的原则，把费用一效益方法用到脱硫技术的评价中来，本文 中，运行费用中考虑了排污费用一项，排污的费用相当于环境损害成本，故认为各 种技术产生的经济效益、社会效益相同“”“，而采用最小费用法来比较各种方案的 优劣。 将费用分为外部费用和内部费用“”，内部费用是企业为了防止污染而建造的设 各的投资和运行费用，这一部分费用由企业支付，并以提高产品出售价格的方式把 这笔费用转嫁给最终消费者，市场经济规律起作用。外部费用则是由于开发利用水、 气、矿产等自然资源或工厂排出的污染物造成的自然资源及环境质量的损害费用， 市场规律未给予