（控制理论与控制工程专业论文）基于不同so2排放管理制度的cfbfgd过程优化.pdf

j j 一 黛 q at h e s i si nc o n t r o lt h e o r ya n dc o n t r o l e n g i n e e r i n g p r o c e s so p t i m i z a t i o nb a s e do nd i f f e r e n ts 0 2 e m i s s i o n sm a n a g e m e n t s y s t e m s b yz h a n g h u i s u p e r v i s o r a s s o c i a t ep r o f e s s o rl ih o n g r u n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j u n e2 0 0 8 卜 夕 r 1 0f声o k 1 o 独创性声明 本人声明 所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的 论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外 不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果 也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料 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谢 意 学位论文作者签名 日 期 2 o 召备1 闩7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留 使用学位论 文的规定 即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘 允许论文被查阅和借阅 本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索 交流 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后 半年口一年口一年半口两年口 学位论文作者签名 签字日期 妒口砰 犹名 7 同7 日 导师签名 签字日期 结吟 沙碎 7 同7 卜 i 钫 一 东北大学硕士学位论文 摘要 基于不同s 0 排放管理制度的c f b f g d 过程优化 摘要 我国的燃煤发电在电力供给中占8 0 以上 以煤为主的能源消耗结构导致了s 0 2 的 大量排放 对我国生态环境产生了严重的影响 节约资源 减少s 0 2 排放是我国急需解 决的重要问题之一 循环流化床烟气脱硫 c f b f g d 技术是一项新型半干法烟气脱硫工艺 具有脱硫 产物易于处理 设备占地面积小 运行可靠 操作维护方便 投资费用低等优点 是最 适合我国的一种脱硫技术 但运行费用过高是制约我国脱硫技术推广和应用的主要因 素 针对这一问题我国的s 0 2 排放管理制度也在不断的完善 s 0 2 排放收费制度是我国 现行的s 0 2 排放管理制度 对我国环境保护和s 0 2 污染治理起到很重要的作用 s 0 2 排 放许可证制度来源于国外 许多国家都将其作为控制s 0 2 排放者行为的有效手段 并已 程序化和规范化 并且我国已经在江苏省 河南省 山西省等几个省份开展了试点工作 本文基于这两种s 0 2 排放管理制度分别建立了c f b f g d 过程优化模型 在不修改工艺 不增加设备的情况下仅通过调整工艺操作条件达到优化控制 减少费用的目的 实现循 环流化床烟气脱硫系统的高效性 经济性 本文通过对c f b f g d 系统工艺过程和机理的深入研究和分析 建立过程模型 脱 硫模型 动力模型和分离效率模型 给出了过程优化模型的约束条件 通过对两种s 0 2 排放管理制度的研究 建立基于s 0 2 排放收费制度的过程优化模型 和基于s 0 2 排放许可证制度的过程优化模型 通过多点并行优化算法对两种过程优化模型进行优化求解 仿真研究结果表明 相 对于s 0 2 排放收费制度 s 0 2 排放许可证制度可以使发电企业用较少的费用实现较大的 s 0 2 减排 更有利于脱硫设备的推广 实现s 0 2 排放的总量控制 关键词 循环流化床烟气脱硫 稳态过程模型 过程优化 s 0 2 排放收费制度 s 0 2 排 放许可证制度 j 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t a bs t r a c t m a n a g e m e n ts y s t e m s o v e r8 0 o ft h ep o w e rp l a n t sa x ec o a l f i r e df o rp o w e rg e n e r a t i o n w h i c hi n d u c eam a s s o fs u l f u rd i o x i d ee m i s s i o na n db r i n gs e r i o u se n v i r o n m e n tp o l l u t i o np r o b l e m s s oh o wt o r e d u c et h ep o l l u t a n te m i s s i o ni so n eo fi m p o r t a n ti s s u e st h a ts h o u l db es o l v e du r g e n t l y i n r e s p o n s e c h i n a ss 0 2e m i s s i o n sm a n a g e m e n ts y s t e mi sc o n s t a n t l yi m p r o v i n g f l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o nc i r c u l a t i n gf l u i d i z e db e d c f b f g d t e c h n o l o g yan e w s e m i d r yf l u eg a sd e s u l p h u r i z a t i o nt e c h n o l o g y ap r o d u c te a s yt od e a lw i t hd e s u l f u r i z a t i o n e q u i p m e n tc o v e r ss m a l l e rs p a c en e e d e d r e l i a b l eo p e r a t i o n m a i n t e n a n c e f r i e n d l yo p e r a t i o n l o wi n v e s t m e n tc o s t sa d v a n t a g e s c h i n a sm o s ts u i t a b l ef o rad e s u l f u r i z a t i o nt e c h n o l o g y h o w e v e r o p e r a t i n gc o s t st o oh i 曲d e s u l f u r i z a t i o nt e c h n o l o g yi nc h i n ai sr e s t r i c t i n gt h e d e v e l o p m e n t a n da p p l i c a t i o no ft h em a i nf a c t o r s s 0 2 e m i s s i o n sc h a r g i n gs y s t e mi ss 0 2e m i s s i o n sm a n a g e m e n ts y s t e mo fc h i n a sc u r r e n t s y s t e m i tc h i n a se n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n ds 0 2p o l l u t i o nc o n t r o li nc h i n ap l a y e dav e r y i m p o r t a n tr o l e s 0 2e m i s s i o n sp e r m i ts y s t e mc o m e sf r o ma b r o a d m a n yc o u n t r i e sh a v ei ta s a ne f f e c t i v em e a n so f5 0 2e m i s s i o n sc o n t r o l i th a s p r o c e d u r e sa n ds t a n d a r d i z e d a n d g o v e r n m e n th a si nj i a n g s up r o v i n c e h e n a np r o v i n c e s h a n x ip r o v i n c e a n ds e v e r a lo t h e r p r o v i n c e sl a u n c h e dap i l o tp r o j e c t b a s e do nt h e s et w os 0 2e m i s s i o n sm a n a g e m e n ts y s t e m s t h i sp a p e re s t a b l i s h e st w oc f b f g dp r o c e s so p t i m i z a t i o nm o d e l s r e a l i z et h ee f f e c t i v e n e s s a n de c o n o m yo fc i r c u l a t i n gf l u i d i z e db e df l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o no n l yb yc h a n g i n go p e r a t i o n p a r a m e t e r s b u tn o tc h a n g i n gc r a f l w o r ko ra d di n s t r u m e n th a sb e c o m ea l li m p o r t a n t t h r o u g ht h ei n d e p t hr e s e a r c ha n da n a l y s i so ft h ec f b f g ds y s t e ma n dt h ep r o c e s so f p r o c e s sm o d e l s i n c l u d i n gt h ed e s u l f u r i z a t i o nm o d e l p o w e rm o d e la n dt h es e p a r a t i o n e f f i c i e n c ym o d e l a n dr e s t r i c t i v ec o n d i t i o n so fp r o c e s so p t i m i z a t i o nm o d e lc o n s t r a i n t s b a s e do nt h es t u d yo ft w os 0 2e m i s s i o n sm a n a g e m e n ts y s t e m s e s t a b l i s h e so p t i m i z a t i o n m o d e lb a s e do nt h es 0 2e m i s s i o n sc h a r g i n gs y s t e ma n dt h eo p t i m i z a t i o nm o d e lb a s e do nt h e s 0 2e m i s s i o n sp e r m i ts y s t e m o p t i m i z ea n ds o l v et w om o d e l sb ym 0 坞p a r a l l e lo p t i m i z a t i o nm e t h o d s a n dc o m p a r a t i v e a n a l y s i so ft h er e s u l t so fo p t i m i z e d s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a t c o m p a r e dt os 0 2e m i s s i o n s c h a r g i n gs y s t e m s 0 2e m i s s i o n sp e r m i ts y s t e mc a l lm a k ee n t e r p r i s e su l e s sp o w e rt o i i i i r l l 东北大量塑主堂堡垒查 垒坠坚生 一 a t h i e v eg r e a t e rc o s to fs 0 2e m i s s i o nr e d u c t i o n m o r e c o n d u c i v et ot h ep r o m o t i o no f d e s u l f u r i z a t i o ne q u i p m e n t a n dt h et o t a lq u a n t i t yo fs 0 2 e m i s s i o n sc o n t r o l k e yw o r d s c i r c u l a t i n g f l u i d i z e db e df l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o n c f b f g d s t e a d y s t a t e p r o c e s sm o d e l p r o c e s so p t i m i z a t i o n s 0 2e m i s s i o n sc h a r g i n gs y s t e m s 0 2 e m i s s i o n sp e r m i t s y s t e m l l i l j 东北大学硕士学位论文 目录 目录 独创性声明 i 摘要 i i a b s t r a c t iii 第1 章绪论 1 1 1 我国的s 0 2 污染现状及危害 1 1 1 1 我国的s 0 2 污染现状 1 1 1 28 0 2 污染的危害 2 l 2 国内外脱硫技术现状 j 3 1 3s 0 2 排放管理制度简介 5 1 3 1s 0 2 排放收费制度 5 1 3 28 0 2 排放许可证制度 7 1 4 过程优化简介 一8 1 5 本文主要工作 9 第2 章循环流化床烟气脱硫技术 l l 2 1 脱硫技术概述 1 1 2 2c f b f g d 技术基本原理 1 2 2 2 1 流态化技术概述 1 2 2 2 2 循环流化床烟气脱硫原理 1 4 2 3c f b f g d 工艺 1 6 2 3 1c f b f g d 的主要装置 1 6 2 3 2 循环流化床烟气脱硫工艺 1 6 2 4 循环流化床烟气脱硫技术经济分析 19 第3 章c f b f g d 稳态过程模型的建立 2 3 3 1c f b f g d 过程分析 2 3 3 1 1 脱硫机理分析 2 4 v y 东北大学硕士学位论文 目录 3 1 2 影响脱硫效率的主要因素 2 6 3 2 动力模型的建立 2 9 3 2 1 系统阻力分析 2 9 3 2 2 动力系统的能耗 3 3 3 3 分离系统的分离效率模型 3 6 3 4 脱硫过程模型的建立 3 7 3 4 1 模型参数的计算 3 7 3 4 2 脱硫模型的建立 4 3 第4 章c f b f g d 过程优化模型的建立及求解 4 7 4 1 多点并行优化方法 4 7 4 1 1 多点并行优化方法概述 4 7 4 1 2 多点并行优化方法计算步骤 4 8 4 2 基于s 0 2 排放收费制度的过程优化模型建立 5 l 4 2 1 目标函数的建立 5 l 4 2 2 约束条件的建立 5 3 4 2 3 求解优化模型 5 8 4 3 基于s 0 2 排放许可i t 带 j 度的过程优化模型建立 6 1 4 3 1 目标函数的建立 6 l 4 3 2 约束条件的建立 6 3 4 3 3 求解优化模型 6 4 4 4 优化结果对比分析 6 5 第5 章结论与展望 6 7 5 1 主要结论 6 7 5 2 前景展望 6 8 参考文献 6 9 致谢 7 3 i lj l l 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 我国的s 0 污染现状及危害 1 1 1 我国的s 0 污染现状 我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国 在我国能源结构中 长期以来以煤炭为 主 在今后相当长的时期内 能源以煤炭为主的格局也不可能有根本的改变 随着我国 经济的高速发展 占一次能源消费总量7 5 的煤炭消费不断增长 燃煤排放的5 0 2 也不 断增加 我国巨大的能源消费规模和以煤炭为主的能源消费结构引起的环境污染已使国 家不堪重负 我国的能源环境问题的严重性不仅在于现在的污染 更重要的是未来潜在 的能源需求增长对环境造成的巨大压力 根据 全国环境统计公报 的统计 近十年我国s 0 2 排放情况如表1 1 所剥l j 表1 1 近十年我国8 0 2 排放情况 万吨 t a b l e1 1n e a r l y10y e a r so fc h i n a ss 0 2e m i s s i o n s t e nt h o u s a n d st o n s 2 0 0 7 年9 月l8 日发布的 2 0 0 6 年全国环境统计公报 全国废气中s 0 2 排放量2 5 8 8 8 万吨 比上年增加1 5 其中 工业s 0 2 排放量为2 2 3 4 8 万吨 占s 0 2 排放总量的8 6 4 比上年增加3 1 生活s 0 2 排放量3 5 4 0 万吨 占s 0 2 排放总量的1 3 6 比上年减少 7 1 工业燃料燃烧s 0 2 排放达标率和工业生产工艺s 0 2 排放达标率分别为8 2 3 和 8 1 0 分别比上年增加1 4 和1 0 0 1 9 9 5 年以后由于国家对s 0 2 等主要污染物的排放实施总量控制和经济结构调整 污 染物排放总量已有所减少 2 0 0 2 年全国s 0 2 排放总量为1 9 2 7 万吨 比1 9 9 5 年减少4 4 3 万吨 达到历年最低水平 既便如此 2 0 0 2 年5 0 2 的实际排放量也超过环境容量的6 0 之后几年 由于国民经济持续高速增长 高能耗 高物耗 污染重的粗放型经济增长方 式没有得到根本转变 对能源的需求量持续增加 导致s 0 2 排放量失去控制 2 0 0 6 年 全国5 0 2 排放量比2 0 0 2 年增加3 4 达到历史最高水平 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 1 1 2s 0 污染的危害 我国目前的s 0 2 年排放量大大超过了环境的自净能力 据国家环境保护总局2 0 0 7 年公布的最新环境资料显示 全国s 0 2 排放量及酸雨污染呈加重趋势 从以上的统计资 料可以看出 我国的s 0 2 污染状况十分严重 存在大面积的酸雨问题 s 0 2 排放量连续 多年接近或超过2 0 0 0 万吨 8 0 以上来源于工业排放 并且污染有不断加重的趋势 我国大多数城市空气中s 0 2 浓度较高 例如 据环保系统的监测数据 2 0 0 3 年所监测 的3 4 0 个城市中 空气质量劣于三级标准的城市有9 1 个 占2 6 8 空气质量为三级 的城市有1 0 7 个 占3 1 5 即低于二级标准 居住区标准 的城市比例超过5 0 到 2 0 0 4 年我国有1 1 6 亿的城市人口生活在空气质量劣于三级的环境中 2 j 环境空气s 0 2 年平均浓度标准值为0 0 6 m g m 3 是人群在环境中长期暴露不受危害 的基本要求 日平均浓度三级标准值为0 2 5 m g m 3 是人群在环境中短期暴露不受急性 健康损害的最低要求 我国城市s 0 2 污染程度已相当严重 控制和治理s 0 2 污染刻不容 缓 3 1 s 0 2 是具有刺激性的无色气体 它容易溶解于人体的血液和其它粘液中 大气s 0 2 污染对人体健康的影响 具有广泛 长期 慢性作用等特点 流行病学研究发现 大气 s 0 2 污染可导致多种疾病 如上呼吸道炎症 慢性支气管炎 支气管哮喘 肺气肿等 4 大气s 0 2 污染对青少年的生长发育有不良的影响 可降低青少年机体的免疫功能 使抗 病能力下降 大气中的s 0 2 对眼结膜也有强烈的刺激作用 据报导 城市大气中s 0 2 的浓度在0 0 3 0 0 4 p p m 时 可导致发病率增长 大气中s 0 2 的浓度每年增加o o l m g m 3 呼吸道系统疾病的死亡人数将增加5 5 j 大气中s 0 2 浓度较低时 一般不会造成急性 中毒 但在一些无风 逆温等特殊的气象条件下 s 0 2 不易被大气稀释与扩散 就有可 能发生急性中毒 加速一些老弱慢性病患者的死亡 s 0 2 往往被飘尘吸附 s 0 2 和飘尘 的协同效应 使其对人体的危害更大 空气中s 0 2 浓度过高易形成酸雨 酸雨对我们的生活影响非常严重 首先酸雨破坏 生态环境 使河流湖泊的酸度增加 造成浮游生物的数量减少 从而危及水中水生生物 的生存 而且酸雨还会减缓植物的生长 甚至造成植物的死亡 如我国西南 华中 华 南 华东地区由于酸雨污染较重 已造成局部地区的降雨p h 值低至4 叫 5 其次 酸 雨还会损坏雕塑及建筑物 酸雨对建筑物有强烈的腐蚀作用 世界各国有许多古建筑和 石雕艺术品已遭受到酸雨的腐蚀与破坏 如洛阳龙门石窟由于周边小石灰窑的泛滥 使 一些露天的石像己失去了原有的风采 造成巨大的经济损失 6 根据有关的研究结果 我国由于酸雨和s 0 2 污染造成的人体健康和农作物 森林等方面的经济损失约为1 1 0 0 鼍吖 0j u li l 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 多亿元 已成为制约我国经济和社会发展的重要因素 7 1 电力是我国重点发展的基础行业之一 我国的电力构成以燃煤电站为主 燃煤发电 在电力供给中占8 0 以上 用于发电的煤炭约占煤炭总产量的4 0 我国经济的高速 增长使电力需求迅猛增长 据预测 到2 0 1 0 年全国将新增加1 5 0 g w 的发电装机容量 其中 大部分为燃煤电站 如表1 2 所示 8 表1 2 我国电力和能源生产总量预测 t a b l e1 2t h ef o r e c a s to fe l e c t r i cp o w e ro u t p u ti nc h i n a 1 2 国内外脱硫技术现状 目前 发达国家燃煤电厂大多都安装了燃后烟气脱硫 f l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o n 缩 写f g d 装置 日本是世界上最早大规模应用f g d 装置的国家 所用技术以石灰石 石膏法为主 占7 5 以上 日本国内所用石膏基本上来自于烟气脱硫的回收产物 日 本2 0 世纪6 0 年代末开始大规模在火电厂安装f g d 装置 使其s 0 2 污染在7 0 年代中后 期基本得到控制 8 0 年代以来 日本对美国 德国及发展中国家大量出口f g d 技术和 设备 仅向我国就出口或援建十多套烟气脱硫装置 占我国进口脱硫设备的7 0 日 本在其s 0 2 基本得到控制的基础上 开展了烟气同时脱硫脱硝的研究和开发 并在工业 上应用 美国的f g d 技术研究自2 0 世纪7 0 年代初开始 较日本略迟 1 9 7 8 年美国重新修 改了大气清洁法 否决了高烟囱排放 使f g d 技术迅速发展 并取得很大的进展 3 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 1 9 7 3 1 9 9 0 年美国年耗煤量由3 5 亿吨增加到7 3 亿吨 增长了1 0 7 而8 0 2 的年排放 量却由2 8 9 0 万吨减少到2 1 2 0 万吨 降低了2 7 美国采用的脱硫工艺8 0 是石灰石 石膏法 新建电厂基本安装了f g d 装置 而早期建造的上千座燃煤电厂 大多尚无脱 硫装置 为此 美国环保局 e p a 正组织开发廉价 易运行 脱硫效率适中 占地少 的适合现有电厂改造的脱硫技术 如多级喷射燃烧法 l i m b 烟道喷射法和等离子体 脱硫法等 都取得了可喜的成果 欧洲的f g d 技术以德国发展最为迅速 德国在2 0 世纪7 0 年代后期 大面积受害 不得不开展s 0 2 的防治工作 在引进日本 美国先进技术的同时 立足于本国技术的开 发 德国2 0 世纪7 0 年代末开始在燃煤锅炉上安装f g d 装置 1 9 8 3 年颁布了环境法规 后 促进了烟气脱硫装置的大规模应用 在1 9 8 3 1 9 8 9 年的7 年间 其s 0 2 排放量降低 了6 8 倍 目前德国9 0 以上的烟气脱硫装置采用石灰石 石膏法 7 5 的工业用石膏 来自于脱硫石膏 除此之外 德国l u r g i 公司的循环流化床烟气脱硫工艺 简称c f b f g d f l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o nc i r c u i t i n gf l u i d i z e db e d 以其投资相对较低 运行成本较低 脱硫效率高 运行可靠 操作维护方便的优点也获得了广泛的认可 此外 丹麦 芬兰 挪威 奥地利等国对f g d 技术也开展了大规模的研究 开发出许多先进工艺 如丹麦 的s d a 法 芬兰的l i f a c 法 挪威的n i d 法和海水脱硫工艺以及奥地利的d c f b 循 环流化床工艺等 不仅在本国安装了许多烟气脱硫装置 还向境外出口技术和装备 英 国主张燃用低硫燃料及高烟囱稀释排放 而法国以核电为主 因此两国对烟气脱硫技术 的研究和应用不多 9 1 我国早在2 0 世纪7 0 年代就开始了工业锅炉和火电厂锅炉烟气脱硫技术的研究工 作 先后有数十家高校 科研和生产单位对多种脱硫工艺进行了试验研究 与发达国家 相比 我国的研究虽起步较早 但进展缓慢 随着s 0 2 和酸雨污染的日趋严重 s 0 2 控 制技术的研究被提到议事日程 在从 六五 到 九五 的2 0 年间 国家投入了大量 的人力 物力和财力 对s 0 2 的污染控制技术组织了攻关研究 取得了一系列成果 但 是大部分技术尚停留在小试或中试阶段 有的技术虽已有工业性试验装置 但由于各方 面的原因未能大规模推广应用 为了促进国内烟气脱硫技术的开发研究 我国从2 0 世 纪9 0 年代初开始 在新建燃煤电厂引进国外先进的烟气脱硫技术和装置 主要有石灰 石 石膏法 喷雾干燥法 炉内喷钙尾部烟气增湿活化法 海水烟气脱硫等 这些引进 的脱硫系统工艺成熟 设备先进 运行稳定 自控程度高 起到了很好的示范作用 但 是投资和运行费用较高 为了降低投资 从9 0 年代末开始 国内几家大的环保公司有 选择地购买国外公司先进的烟气脱硫技术 或者与国外公司合作共同承接国内电厂烟气 4 圭 东北大学硕士学位论文笫1 章绪论 脱硫工程 使国外技术和设备逐步国产化 目前 我国有数十家工程公司承包烟气脱硫 工程的建设 但以引进技术为主 也有个别实力强的公司开发出有自己知识产权的烟气 脱硫技术 应用的烟气脱硫技术以石灰石 石膏法为主 近几年 我国燃煤电厂的建设 速度明显加快 新建燃煤电厂基本上配套了烟气脱硫系统 因此 烟气脱硫市场非常兴 旺 竞争也非常激烈 但仍有巨大的发展空削1 0 j 1 3s 0 排放管理制度简介 面对严峻的s 0 2 污染问题 我国政府采取了逐步控制s 0 2 排放的政策 1 9 8 9 年颁布 了 环境保护法 公布了大气污染物的排放控制标准 1 9 9 0 年1 2 月 国务院环委会 第1 9 次会议通过了 关于控制酸雨发展的若干意见 1 9 9 5 年8 月 全国人大常委会 通过了新修订的 大气污染防治法 增加了有关燃煤s 0 2 和酸雨控制的条款 1 9 9 6 年 1 月1 日起实行的 火电厂大气污染物排放标准 g b l 3 2 2 3 1 9 9 6 中规定 对1 9 9 7 年 1 月1 日后建成的燃煤中硫的含量大于1 的电厂 s 0 2 的排放浓度应低于1 2 0 0 m g m 3 1 9 9 8 年1 月批准的 酸雨区和二氧化硫污染控制区划分方案 中要求 对于 两控区 内新建 改建燃煤含硫量大于1 的电厂 要在2 0 1 0 年前分期分批建成脱硫设施或采取 其它具有相应效果的减排措施 国家发改委联合环保总局印发了 现有燃煤电厂二氧 化硫治理 十一五 规划 提出 到2 0 1 0 年 现有燃煤电厂s 0 2 排放将比2 0 0 5 年下降 6 1 4 1 3 1s 0 排放收费制度 1 9 7 9 1 9 8 1 年是我国s 0 2 排放收费制度的提出和试行阶段 1 9 7 8 年1 2 月 中共中 央批转了原国务院环境保护领导小组 环境保护工作汇报要点 首次提出在我国实行 s 0 2 排放收费制度 的设想 同时 一些地区着手组织制定地方征收s 0 2 排放费管理 办法 全国各地不少从事环境管理工作和从事环境经济 环境法律研究的人员 对我国 建立征收s 0 2 排放费制度进行了大量的理论探讨 做了充分的思想准备 促进和推动了 s 0 2 排放收费制度的建立 1 9 7 9 年9 月 五届全国人大常委会第十一次会议原则通过的 中华人民共和国环境 保护法 试行 从法律上确立了我国的s 0 2 排放收费制度 环境保护法 试行 公 布的当月 江苏省苏州市在国内首先开始了1 5 个企业开展征收s 0 2 排放费的试点工作 同年 云南省和河北省也开始了本省的s 0 2 排放收费试点工作 1 9 8 0 年 试点工作在 全国各地蓬勃开展 到1 9 8 1 年底 全国有2 7 个省 自治区 直辖市开展了s 0 2 排放收 5 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 费的试点工作 1 9 8 2 1 9 8 7 年是s o s 排放收费制度的建立与实施阶段 国务院在总结2 7 个省 自治 区 直辖市开展s 0 2 排放收费试点经验的基础上 广泛征求国家有关部委和参加首次排 污收费学术研讨会的专家学者的意见 于1 9 8 2 年2 月发布了 征收排污费暂行办法 标志着我国s 0 2 排放收费制度的正式建立 自此 s o s 排放收费制度普遍实行 在此期 间 召开了第一次全国排污收费工作会议 制定了s 0 2 排放收费的工作方针 提出了排 污费 拨改贷 的设想 为s 0 2 排放收费制度的改革打下了基础 我国的s 0 2 排放收费制度是建立在 s 0 2 排放者付费 和 排放单位缴纳s o z 排放 费 并不免除治理污染等法律规定的责任 的基础上 且s 0 2 排放费资金自1 9 8 2 年以 来是纳入国家和地方财政收入的i t 2 在过去十几年的时间内 我国的s 0 2 排放控制战略主要是依靠s 0 2 排放浓度排放标 准 即通过控制s 0 2 的排放浓度来实施环境政策和环境管理 例如排放标准主要是浓度 标准 s 0 2 排放费基本是依据排放污染物的浓度征收的 环境监测也主要是监测排放s 0 2 的浓度水平 浓度控制需要的监测设备简单 实施管理方便 对管理人员水平要求不高 适合我国经济发展的实际状况 对控制我国的大气污染起了相当重要的作用 但是在许 多地区 由于经济和人口的迅速增长 即使所有s 0 2 排放源头都达标排放 因为源头数 量在不断增加 所以s 0 2 排放总量仍会继续增加 环境保护主管部门认为 这就是为什 么在普遍实行环境管理制度的情况下 环境状况继续恶化的主要原因 浓度控制固有的 缺点在环境管理实际中已经逐渐显现出来 1 3 所以我国的s 0 2 排放收费制度也为了适 应现代环境管理和环境保护目标的要求 也在进行不断的改革和完善 主要改革的内容为 1 由超标收费向s 0 2 排放收费转变 2 由单一浓度收费向浓度与总量控制相结合的收费转变 3 由单因子收费向多因子收费改变 4 由静态收费向动态收费转变 5 由低收费标准向高于治理成本收费转变 为了减少s 0 2 的排放 政府还运用经济手段促进s 0 2 治理 特别是国家四部委颁布 2 0 0 3 年7 月1 日开始执行的 排污费征收标准管理办法 排污费征收使用管理条例 征收办法为s 0 2 排放费征收幅度将通过3 年时间递增略高于防治成本 排放s 0 2 从 2 0 0 3 年7 月1 日每公斤征收o 2 元s 0 2 排放费 2 0 0 4 年7 月1 日起排放s o s 每公斤征 收0 4 元 2 0 0 5 年7 月1 日后排放s 0 2 每0 9 5 公斤征收0 6 3 元i l 引 6 j 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 总之 我国现行的s 0 2 排放收费制度虽对我国环境保护和s 0 2 污染治理起到过很重 要的作用 但还必须进行实施的改革已适应新形势的要求 1 3 2s 0 排放许可证制度 s 0 2 排放许可证制度来源于国外 许多国家都将其作为控制s 0 2 排放者行为的有效 手段 并已程序化和规范化 我国实施s 0 2 排放许可证制度 是以改善环境质量为目的 以控制s 0 2 排放量为基础 以强化监督管理为手段的一项具有法律含义的行政管理制 度 s 0 2 排放许可证制度可以归纳为三个特点i l3 1 1 s 0 2 排放许可证制度具有强制性 国家拥有对环境资源的专用权和管理权 同 时国家允许s 0 2 排放者拥有对环境资源的使用权 对排污者来说 要发展生产 发展经 济 必然要有一些废弃物排放出来 但s 0 2 排放者又必须在受到约束的前提下进行排放 必须履行保护环境资源防止环境污染的义务 对排放的s 0 2 加以控制 s 0 2 排放许可证 制度明确规定了s 0 2 排放者和环境保护行政主管部门的权利和义务 建立起一种固定的 法律关系 具有明显的强制性 2 s 0 2 排放许可证制度具有可操作性 实施许可证制度是最基础也是最重要的工 作就是制定出合理的 可行的s 0 2 排放源排放限值 s 0 2 排放许可证对排放者的排放限 值是根据s 0 2 排放源的分布与排放方式 企业环境管理状况 s 0 2 排放控制适用技术 环境保护目标 通过科学的论证而确定的 由于结合实际 因地制宜 具有很强的可操 作性 3 s 0 2 排放许可证具有经济属性 由于许可证规定了s 0 2 排放者在一定时间内和 允许的范围内的最大允许排放量 代表了对资源使用的合理分配 因而使它具有了经济 价值 可以在一定条件进入市场进行交易 对于那些能够减少排放量使之低于许可证规 定的指标并且s 0 2 排放治理费用低的排放者可以将他们 盈余 的指标卖给那些排放量 大 处理费用高的排放者或无指标者 如果指标价格低于自己进行处理的花费 排放者 就愿意购买额外指标 通过s 0 2 排放许可证的买卖 运用市场刺激手段 鼓励企业采用 清洁生产工艺的积极性 促进产业结构的调整和经济增长方式的转变 s 0 2 排放权交易是将环境资源视为商品 运用市场机制对s 0 2 进行控制的一种选择 方法 s 0 2 排放权交易的运作首先要由政府管理部门以环境质量目标为基本依据 确定 某一区域内各种污染物的允许排污负荷总量并进行初始分配 即建立s 0 2 排放许可证制 度 然后便允许排放量在各s 0 2 排放者之间进行必要的交易 由此可见 s 0 2 排放权交 易是在某个特定区域内 在s 0 2 总量控制下 按照区域内实际技术经济条件 运用市场 7 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 机制控制一个区域内各个s 0 2 排放源的排放水平和削减水平 这种经济手段具有克服法 规标准局限性的巨大潜力 其核心就是刺激排放者在其自身经济利益和环境保护目标间 进行权衡l l 引 s 0 2 排放权交易与其他经济制度安排相比 有两个重要特点 第一 排放权交易制 度侧重于总量控制 易于实现环境的目标管理 由于许可证所允许的s 0 2 排放总量是有 限的 所以s 0 2 排放权交易制度能有效地控制超总量或超标准排放 即超过总量花再多 的钱也无法买到排放权 第二 交易许可能以最小的社会成本治理s 0 2 因为这种交易 实际上是企业通过研究削减s 0 2 的实际成本来进行投资决策 市场的作用相当于寻求削 一 减s 0 2 排放的实际费用 使总的允许s 0 2 排放负荷的处理费用趋于最小 所以 在总量 控制下 排放权稀缺 并且各类企业治理s 0 2 排放的难度不一样 治理实际成本低的企 业则多进行s 0 2 排放治理 少排放污染物而出售排放权 而s 0 2 排放治理实际成本高的 企业少进行治理 买进排放权而多排放s 0 2 最终结果是使一定区域内s 0 2 总量治理的 成本最小化 即可实现s 0 2 排放源治理投资的最优 l3 1 如美国在实施汽油无铅化过程 中曾采用了铅许可交易制度 节约的社会成本大约是0 8 5 亿美元 1 4 过程优化简介 本世纪6 0 年代 随着各项工程技术和运筹学 控制论及计算机技术等的发展 系 统工程的方法开始引入过程系统 为最优化技术的迅速发展提供了理论和手段上的基础 条件 形成一个重要学科分支 过程系统工程 其研究目标和中心内容就是使整个过 程系统最优化 即过程优化 它主要是把最优化技术应用于过程系统 研究过程系统在 给定的约束条件下 使其性能指标达到最优的方法 现代工业的一个重要的特点是向大型化和自动化的方向发展 工业过程自动化是实 现大规模工业生产安全 平稳 优质 高效的基本条件和重要的保障 生产过程的规模 不断扩大 生产操作与装置运行的好坏与工厂的经济效益关系更加密切 于是对工业生 产过程自动化提出了更高的要求 实现整个装置的最优设计 最优控制和最优管理 并 在安全可靠 对环境污染最小的情况下运行 是适应能源紧张 竞争日益加剧的时代要 求 而过程优化的目的就在于减少能耗 或者增加产量 或者兼顾各种要求 使整个过 程 装置或设备的经济效益最大 可以在不修改工艺 不增加生产设备的情况下 仅通 过调整工艺操作条件就能取得明显的经济效益 多年来 人们一直致力于过程优化的理论与实践研究 并取得了大量成果 尤其是 在原有设备的基础上对过程实施稳态操作优化收效显著 致使人们越来越重视过程优化 8 东北大学硕士学位论文第i 章绪论 技术的研究与应用 我国早在 七五 期间就将工业过程优化及控制的开发与研究列入 重点科技攻关项目 经过多年的研究与实践 这方面的研究成果层出不穷 对于c f b f g d 系统的工艺与设备方面的研究已经取得了显著成果 c f b f g d 技术 日益成熟 脱硫效率也有极大提高 与此相比 对于c f b f g d 系统的过程优化与控制 问题的研究相对滞后 尤其是在c f b f g d 系统的过程优化方面基本是空白的 这一点 严重制约了c f b f g d 系统国产化的技术水平 对c f b f g d 设备的优化控制技术的研 究 开发与完善是提高c f b f g d 技术国产化与产业化水平的关键问题 为了促进与推 广c f b f g d 技术的应用于发展 必须对c f b f g d 实施过程优化控制 如何利用生产 过程操作优化 在不修改工艺 不增加生产设备的情况下 仅通过调整工艺操作条件而 达到优化控制的目的 实现c f b f g d 系统的高效性 经济性已成为普遍关注的重要课 题 事实上 脱硫过程只要达到排放标准就可以了 过高的脱硫效率会造成较高的脱硫 成本 我国引进的国外系统 包括一些自行开发的脱硫系统 运行成本很高 有的系统 使电厂的发电成本上升l o 一2 0 其经济效益问题相当可观 严重制约着c f b f g d 技术的推广与发展 随着c f b f g d 技术的国产化 产业化 其成本问题将越来越来突 出 由于运行成本过高致使电厂脱硫系统使用率低的现象屡有发生 为了c f b f g d 技 术的顺利推广与应用 研究通过过程优化使其更加高效低耗具有重要的理论与实践意 义 可以预见 研究c f b f g d 过程优化问题必将产生较高的理论成果 显示的巨大的 经济效益和社会效益 1 5 本文主要工作 本文以c f b f g d 系统为研究对象 主要完成以下几个方面的内容 1 对c f b f g d 系统工艺和机理进行深入研究 2 通过对c f b f g d 系统的机理分析 工艺过程研究 建立过程模型 包括脱硫 模型 动力模型和分离效率模型 并建立过程优化模型的约束条件 3 通过对s 0 2 排放收费制度的研究 建立基于s 0 2 排放收费制度的过程优化模 型 4 通过对s 0 2 排放许可证制度的研究 建立基于s 0 2 排放许可证制度的过程优 化模型 5 通过多点并行优化算法对两种过程优化模型进行优化求解 仿真研究结果表 明 相对于s 0 2 排放收费制度 s 0 2 排放许可证制度可以使发电企业用较少的费用实现 9 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 较大的s 0 2 减排 更有利于脱硫设备的推广 实现s 0 2 排放的总量控制 最后 在结论与展望中概括了全文的主要研究成果 并对今后应进一步完善和研究 的方向进行了讨论 1 0 i k 东北大学硕士学位论文 第2 章循环流化床烟气脱硫技术 第2 章循环流化床烟气脱硫技术 2 1 脱硫技术概述 目前控制燃煤s 0 2 污染技术可分为三类 即煤燃烧前脱硫 燃烧中脱硫和燃烧后烟 气脱硫 其中烟气脱硫仍被认为是控制燃煤s 0 2 污染最行之有效的途径 1 燃前脱硫技术 煤燃烧前脱硫即 煤脱硫 是通过各种选煤方法对煤进行净化 去除原煤中所含 的硫分 灰分等杂质 选煤技术有物理法 化学法和微生物法三种 目前我国广泛采用 的是物理选煤方法 物理选煤主要是利用清洁煤 灰分 黄铁矿的比例不同 去除部分 灰分和黄铁矿硫 在物理选煤技术中 应用最广泛的是跳汰选煤 其次是重介质选煤和 浮选 近期研究较多的技术是高梯度强磁法和微波辐射法选煤技术 我国物理选煤技术 能达到4 5 一5 5 硫脱除率和6 0 8 0 硫铁矿硫脱除率 但不能脱除煤中的有机硫 l 5 2 燃中脱硫技术 在煤燃烧过程中加入石灰石或白云石粉作脱硫剂 c a c 0 3 m g c 0 3 受热分解生成 c a o m g o 与烟气中8 0 2 反应生成硫酸盐 随灰分排出 在我国采用煤燃烧过程脱硫 的技术主要有两种 一是型煤固硫 二是循环流化床燃烧脱硫技术 型煤固硫是将不同的原料经筛分后按一定的比例配煤 煤粉碎后同经过预处理的黏 结剂和固硫剂混合 经机械设备挤压成型及干燥 即可得到具有一定强度和形状的成品 工业固硫型煤 型煤用固硫剂有钙系 钠系及其他金属氧化物等 其中钙系应用最广 循环流化床燃烧脱硫技术是指在循环流化床锅炉中将石灰石等廉价的原料与煤粉 碎成同样的细度 与煤在炉中同时燃烧 在8 0