（热能工程专业论文）发电企业大气污染排放与治理策略研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文 摘要 本文在总结对比国内外火电厂大气污染物排放标准的基础上 结合国外使用的 一种排放绩效标准和统一化能源利用评价体系 建立了发电企业绩效性评价体系 该体系包括能耗指标 污染物排放指标和污染物综合评价指标 根据大气污染物总量控制的要求 运用发电企业排放绩效指标 建立了发 电企大气污染排放总量控制和分配模型 总结了当前发电计划方式存在的不足 根据国家节能减排的要求 建立了 节能环保发电规划模型 并根据实例计算显示 该模型能够有效地降低总煤耗 和污染物排放 关键词 发电企业 大气污染 绩效性指标 总量控制 节能减排 a b s t r a c t b a s e do nd o m e s t i ca n df o r e i g ne m i s s i o ns t a n d a r do fa i rp o l l u t a n t sf o rt h e r m a l p o w e rp l a n t s c o m b i n e dg e n e r a t i o np e r f o r m a n c e s t a n d a r da n du n i f i e de v a l u a t i o n s y s t e mo fe n e r g yu t i l i z a t i o n s e s t a b l i s h e dp e r f o r m a n c ee v a l u a t i o ns y s t e ma n di n t e g r a t e d i n d e x e s i no r d e rt os a t i s f ya i rp o l l u t a n tt o t a lq u a n t i t yc o n t r o lr e q u e s t u s ep e r f o r m a n c ei n d e x e st o t o t a lq u a n t i t yc o n t r o la n dd i s t r i b u t ea i rp o l l u t a n t so fg e n e r a t i o nc o m p a n y s u m m a r i z e dt h ed i s a d v a n t a g e do fc u r r e n te l e c t r i c i t yg e n e r a t i o np l a n a c c o r d i n gt ot h er e q u e s to f n a t i o n a le n e r g yc o n s e r v a t i o na n dr e d u c ee m i s s i o n e s t a b l i s h e de n e r g yc o n s e r v a t i o na n dr e d u c ee m i s s i o n g e n e r a t i o np l a nm o d e l t h e na c c o r d i n gt oac 戤沁i n d i c a t et h ee f f e c to f t h i sm o d e l y a n g t a o t h e r m a lp o w e re n g i n e e r i n g d i r e c t e db yp r o f z h o us h a o x i a n g k e yw o r d s g e n e r a t i o nc o m p a n y a i rp o l l u t i o n p e r f o r m a n c ei n d e x s t o t a lq u a n t i t y c o n t r o l e n e r g yc o n s e r v a t i o na n dr e d u c e e m i s s i o n 华北电力大学硕士学位论文 摘要 本文在总结对比国内外火电厂大气污染物排放标准的基础上 结合国外使用的 一种排放绩效标准和统一化能源利用评价体系 建立了发电企业绩效性评价体系 该体系包括能耗指标 污染物排放指标和污染物综合评价指标 根据大气污染物总量控制的要求 运用发电企业排放绩效指标 建立了发 电企大气污染排放总量控制和分配模型 总结了当前发电计划方式存在的不足 根据国家节能减排的要求 建立了 节能环保发电规划模型 并根据实例计算显示 该模型能够有效地降低总煤耗 和污染物排放 关键词 发电企业 大气污染 绩效性指标 总量控制 节能减排 a b s t r a c t b a s e do nd o m e s t i ca n df o r e i g ne m i s s i o ns t a n d a r do fa i rp o l l u t a n t sf o rt h e r m a l p o w e rp l a n t s c o m b i n e dg e n e r a t i o np e r f o r m a n c es t a n d a r d a n du n i f i e de v a l u a t i o n s y s t e mo fe n e r g yu t i l i z a t i o n s e s t a b l i s h e dp e r f o r m a n c ee v a l u a t i o ns y s t e ma n di n t e g r a t e d i n d e x e s i no r d e rt os a t i s f ya i rp o l l u t a n tt o t a lq u a n t i t yc o n t r o lr e q u e s t u s ep e r f o r m a n c ei n d e x e st o t o t a lq u a n t i t yc o n t r o la n dd i s t r i b u t ea i rp o l l u t a n t so fg e n e r a t i o nc o m p a n y s u m m a r i z e dt h ed i s a d v a n t a g e do fc u r r e n te l e c t r i c i t yg e n e r a t i o np l a n a c c o r d i n gt ot h er e q u e s to f n a t i o n a le n e r g yc o n s e r v a t i o na n dr e d u c ee m i s s i o n e s t a b l i s h e de n e r g yc o n s e r v a t i o na n dr e d u c ee m i s s i o n g e n e r a t i o np l a nm o d e l t h e na c c o r d i n gt oac 戤沁i n d i c a t et h ee f f e c to f t h i sm o d e l y a n g t a o t h e r m a lp o w e re n g i n e e r i n g d i r e c t e db yp r o f z h o us h a o x i a n g k e yw o r d s g e n e r a t i o nc o m p a n y a i rp o l l u t i o n p e r f o r m a n c ei n d e x s t o t a lq u a n t i t y c o n t r o l e n e r g yc o n s e r v a t i o na n dr e d u c e e m i s s i o n p 士 i明明 本人郑重声明 此处所提交的硕士学位论文 发电企业大气污染排放与治理策略研 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j l l j j n 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 型亟遗一 日 期 出习件园 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 涉密的学位论文在解密后遵守此规定 作者签名 导师签名 日期 2 啦掣趟掣 华北电力大学硕士学位论文 1 1 课题的背景及意义 第一章绪论弟一早珀陋 发电企业生产电能的同时 给环境带来了严重的污染 尤其是火力发电厂大量 的使用化石燃料 如煤 石油 天然气等 而在我国的特殊能源结构中又是以煤为 主 五大发电集团也都是以燃煤的火力发电为主 燃煤的火电机组装机容量约占到 我国装机容量的7 5 结果产生了大量的大气污染物 如果不对其进行合理的治理 将会严重的影响环境和人类的健康 火力发电厂尤其是燃煤电厂排放的主要大气污染物有烟尘 阻 衲z n g 等 重金属 另外还有大量的c 0 2 排出 目前被公认的四大公害有 大气烟尘 酸雨 温室效应 臭氧层的破坏 燃煤的火力发电构成其中的主要部分 c 0 2 是一种温室气体 对全球的气候变暖有一定的影响 但全球气候变暖的主 要原因目前还存在许多争论 1 在以矿物燃料为主要能源的电力生产中排放出的 c 0 2 量超过a 陵排放总量的3 0 由于它产生量大 而且目前的技术水平有限 故暂 且不是治理的重点 但是对于烟尘 观 崛 n g 等重金属的污染有相同的认识 故对其进行治 理很自热的摆在了发电企业的面前 针对目前发电企业大气污染状况 国家和地方制定了一系列的法规 政策 规 划和标准等措旌来控制其排放 例如 中华人民共和国大气污染防治法 酸雨控 制中长期规划 火电厂大气污染排放标准 排污费征收使用管理条例 这些 政策的出台就是要严格的对其大气污染进行控制 所以发电企业必须认真考虑和面 对国家和地方的要求 z j 随着公众环境意识的提高 公众为了维持自身的利益 对环境要求越来越高 而且发达国家也有环境公害事件的先例 所以公众的压力也是发电企业也必须要面 对的 又因为大气污染物产生以后 不是固定在一个区域的 它是具有流动性的 而 国外发达国家已经走了先污染后治理的道路 他们深深的感觉到了环境污染所带来 的伤害 因此对全球的大气污染问题给我国施加了一定的压力 可以预计 绿色电力是未来市场的主力 为了广泛的参与国内国际活动 增加 企业的市场竞争力 树立良好的企业形象 对发电企业来说 要承担的环保成本也 越来越大 因此如何妥善的处理环保与发展的矛盾 并通过量化评价方法加强所属 发电企业的污染控制 是必须认真加以研究和解决的问题 只有这样 也必须这样 华北电力大学硕士学位论文 企业才能存活 走可持续发展的道路 研究我国发电企业的环境特性 结合全国和区域发电企业大气污染总量控制目 标 研究发电企业大气污染物排放与治理策略 可以促进或帮助国家和地方以及电 力行业环境政策的制定 提高我们赖以生存的环境质量 帮助相关管理部门掌握发 电企业的环境影响情况 以及如何应对环保要求做出正确的选择 帮助企业走上良 性循环 节能环保 具有市场竞争力的道路 1 2 国内外研究现状 我国电力生产主要能源是煤炭 产生的大气污染物主要来自燃煤的火力发电 厂 因此燃煤发电如何走出一条全面 协调 可持续发展的新型工业化道路是电力 行业的重要课题 近年来 中国电力行业的环境保护工作得到了进一步加强 在烟尘的治理方面 目前安装电除尘器的比例达n 8 5 以上 2 0 0 4 年发电装机容量比1 9 8 0 年提高了5 倍 以上 烟尘排放总量比1 9 8 0 年减少3 2 以上 实现了增产减污 随着环保要求进一 步提高 以及电除尘器本身的局限性和运行管理中出现的问题 已经逐渐暴露出不 能适应新的形势和新的要求 针对这种情况 对原有静电除尘器的改造以及寻找新 的除尘设备的研究越来越多 袋式除尘器以它特有的优势在我国城市燃煤电厂的除 尘改造 燃用特殊煤种的电厂除尘以及部分新建电厂的除尘领域的应用正在受到重 视 二氧化硫控制方面 虽然起步较晚 但进展较快 多年来 通过燃用低硫煤 关停小火电机组 节能降耗和推进烟气脱硫等综合措施取得了一定的成效 燃烧低 硫煤是降低s o s 排放的基本措施 也取得了一定的成效 还有在燃烧当中对s 0 2 的排 放进行控制 烟气脱硫是最末端的也是最有效的控制s d 排放的技术手段 也是目 前研究最多的课题 烟气脱硫技术方法很多 技术上最成熟应用最广的是石灰石 石膏 湿法脱硫技术 其投资和运行费用也大 目前已建成脱硫设施2 0 0 0 多万干 瓦 在建和已签约的超过1 亿干瓦 两控区二氧化硫治理重点项目加速实施 开工 和完成的项目达到8 3 其中建成和在建的火电脱硫规模达n 4 0 0 0 万干瓦 我国燃煤电厂在 d 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 排放提出限值要 求 目前的控制n o 放的措施主要是通过优化火电结构 发展大容量高参数的燃 o 煤发电机组 提高能源利用率 低氮燃烧技术 及循环流化床等技术控制其排放 烟气脱销技术由于技术难度 起步较晚 工程造价高以及国家对其控制要求比较晚 目前还没有大量使用 只是在个别电厂的示范工程 燃煤电厂重金属的控制研究是2 1 世纪最重要的环保课题之一 美国对燃煤电 2 华北电力大学硕士学位论文 厂汞的监测和控制技术 燃烧前和燃烧后 研究较多 积累资料丰富 我国此项研究 尚在起步阶段 总的来说 目前对抑制燃煤重金属的研究无论在理论上还是实用上 都已经达到了一个新的高度和深度 但是 目前的研究主要集中在局部技术 如吸 附剂的开发和事后治理等 停留在传统的研究方法上或者是基本方法的延伸 深入 缺乏基础理论和跨学科方面的突破性技术成果 同时 国内在合理利用燃煤产物的 问题上还存在很多空白 解决了这些问题将会大大减少二次污染和交叉污染 3 13 1 国外发达国家电力工业大气污染的控制起步较早 技术成熟 在电力生产满足 消费的前提下 大气污染基本得到了有效的控制 美国的电力能源消耗和我国相似 煤炭发电占到了5 0 以上 美国发电企业在大气污染控制方面突入了大量的资金 通过安装静电除尘器 燃用低硫煤 低氮燃烧技术 安装烟气脱硫和脱氮设备有效 的控制了烟尘 观 n o w 等污染物的排放 此外排污交易也起到了一定的作用 已经开始了汞排放控制研究中心的设立 研究先进的燃煤技术以及寻找洁净和高效 发电技术方面做了很多工作 还可以通过电力结构调整如发展核电 可再生能源发 电等等 法国是核电大国 8 0 是核电 只有约5 是火电 日本由于能源短缺 主要 依靠进口 所以在能源使用上有一定的灵活性和选择权 以东京电力为例 1 3 水 力 4 3 天然气 l n ga n dl p g 2 煤 1 4 石油和2 8 的核电 通过清洁能源的 使用 提高能源利用率以及安装脱除氮氧化物和硫氧化物设备装置来防治大气污 染 法国和日本相似 对大气污染排放控制手段都是从源头如低硫煤 优质燃料 生产过程如高效低污染或无污染燃烧技术以及末端安装烟气脱硫脱硝设备 静电除 尘设备等 1 4 2 7 改变能源结构是从根本上减少大气污染的首要措施 但是我国能源结构决定了 煤炭是发电的主要能源 随着总量控制的实施和环保要求的进一步提高 一些孤立 的措施已经不能解决当前的大气污染排放 必须采取综合措施予以解决 1 3 课题研究的内容 本课题是对我国发电企业大气污染排放与治理策略为研究对象的 首先要通过 对国内外发电企业大气污染物排放与治理策略的研究现状 趋势进行分析 再针对 我国发电企业大气污染物排放现状 如各种污染物的排放量 采取的治理措施对比 国家的环保要求 提出电力企业的治理策略 目前的研究还集中在国家怎样制定政 策 制定什么政策来应对企业污染以及电厂污染治理技术方面 由于我国所目前使 用的火电厂大气污染物排放标准是以浓度为标准 浓度标准不能产生不断的动力和 刺激 使企业采取更好的技术 同时浓度标准与总量控制的联系不紧密 存在所有 电厂都达到技术标准 仍会出现排放总量超过规定的总量控制目标的现象 随着国 3 华北电力大学硕士学位论文 家对主要污染物的总量控制 也应有更先进的控制污染物排放标准来代替浓度标 准 引入排放绩效标准 g p s 是以电能的产出为基础制定污染物的排放标准 即 以单位发电量所排出的污染物的数量而制定 从而将污染物的排放不仅和燃料紧密 相连 而且和生产工艺 生产效率等紧密相连 对于促进清洁能源的使用 提高发 电厂的生产效率 减少污染物排放发挥巨大作用 对目前大气污染物总量控制方法及其存在的问题进行综述比较 这对电力企业 的生产特点 提出基于排放绩效标准的大气污染总量控制方法 总量控制一是如何 确定污染物允许排放总量 二是如何公平合理的将污染物分配到各个排放源 基于排放绩效标准 对发电企业的大气污染物排放实行总量控制 首先要通过 企业的污染物排放总量控制目标和控制目标年的预测发电量 计算出各种污染物排 放绩效控制标准值 利用排放绩效标准值和企业年度计划发电量对企业大气污染排 放量进行分配 对于不能达标的污染源 分析确定各规划水平年的主要污染物消减 总量 在总量控制的基础上 研究了发电企业污染物排放交易的可行性 以及存在的 主要问题 以上的大气污染物总量控制是按照某个排放绩效标准 以机组或电厂的装机容 量乘以年发电设备利用小时数为年发电量参与分配的 在这种分配方式中 是先制 定了排放标准 所有机组的发电时间按同一标准执行 发电企业为了达到这种排放 标准 自行选择相应的污染物控制措施 实际中 发电机组的供电煤耗和各种污染物的排放绩效指标各不相同 所以在 一个区域或者电力系统中 在满足区域电力需求总量的情况下 可以对各个电厂的 发电年度计划进行调整 对供电煤耗和污染物排放绩效标准低的机组 电厂制定较 多的年度发电计划 反之则降低年度发电计划 对目前国家对节能减排的要求 建 立了发电企业节能减排发电规划模型 模型是以总煤耗和各种污染物排放总量为最 小目标 以机组 电厂的发电量为约束建立的多目标控制模型 最后化为单目标来 求解 应用实例对其模型效果进行检验 最终对有关决策者提供依据 4 华北电力大学硕士学位论文 第二章国内外火电厂大气污染排放标准 2 1 我国火电厂大气污染排放标准啪3 大气污染物排放标准是根据环境质量标准 污染治理技术 经济条件等因素 对排入大气的有害物质和产生危害的各种因素所做的限制性规定 由于其具有法律 效力 对大气污染源的排放行为能起到约束和限制作用 从而对大气污染的控制有 着重要的意义 第一个污染物排放标准 早在1 9 7 3 年 我国颁布了第一个污染物排放标准 工业 三废 排放试 行标准 g b j 4 7 3 标准的废气部分给出了1 3 类有害物质的排放限值 其中针对 电站给出了7 种不同高度排气简所对应的二氧化硫和烟粉尘允许排放速率 k g h 由 于该标准以大气环境质量标准为依据 允许排放量限值随着烟囱增高而逐渐增大 所以刺激了电厂高烟囱和多烟囱的建设 然而 高烟囱排放虽然在一定程度上利用 了大气的自净能力 但不能从根本上解决污染治理问题 虽然能降低近距离污染物 落地浓度 却不能减少污染物排放总量 随着机组容量增大 烟囱高度的增加 污 染范围扩大 污染物在空中停留时间增长 也使形成酸雨的机会增加 总之 该标 准尚未意识到排放标准中的污染物总量控制 电厂污染物排放浓度和污染物的区域 性转移问题 也没有考虑气象 地形等因素的地区性差异 且要求过低 未能有效 控制电厂污染物的排放 首次制订 燃煤电厂大气污染物排放标准 g b l 3 2 2 3 9 1 该标准的改进有 二氧化硫允许排放量由定值发展到计算公式 采用p 值法控n 氧化硫允许排放量 k g h 给定烟囱高度即可计算出二氧化硫的允许排放量 将多个烟囱的有效排放高 度等效为一个烟囱的有效高度 避免了电厂为达标而多建烟囱的现象 按新 老电 厂和不同的燃煤灰份规定了烟尘排放浓度限值 该标准存在的问题主要是 没有明确将来时段的超前指标 二氧化硫排放标准 较松且未实行浓度控制 按此标准 只有较大的火电厂才可能超标 因此不能显著 地削减二氧化硫排放量 修订后的 火电厂大气污染物排放标准 g b l 3 2 2 3 1 9 9 6 增加了从1 9 9 7 年开 始的第3 时段 第3 时段二氧化硫实行排放总量与排放浓度双重控制 增加了氮氧 化物排放浓度限值 然而该标准也还存在一些问题 如p 值控制标准宽松不能显著地 有效地削减 二氧化硫排放量 二氧化硫允许排放量计算公式比较复杂 不便于操作 区域划分 5 华北电力大学硕士学位论文 不够详细只对第3 时段排放二氧化硫和氮氧化物有浓度限值 对第l 2 时段却没 有浓度限值 造成有大量的电厂不受排放浓度限值的约束 此外第3 时段浓度限值 过于宽松 也不能起到有效的控制作用 最新修订的 火电厂大气污染物排放标准 g b l 3 2 2 3 2 0 0 3 给出了所有电厂 二氧化硫 烟尘 氮氧化物的排放浓度限制 使火电厂的大气污染物排放控制形成 一个有机的整体 并且采用达标预告的形式 提前给出了2 0 0 5 年和2 0 1 0 年火电厂 的二氧化硫和烟尘排放应执行的限值 从而有利于火电厂根据各自的具体情况采取 适当的排放控制措施 对原标准中的全厂二氧化硫最高允许排放速率限值测算方法 p 值法 进行了完善 2 2 国外电厂大气污染排放标准陉朝 各国的排放标准和表示方式不尽相同 一般有浓度控制和总量控制两类 或两 者兼有 美国按锅炉输人百万英热单位 m b t u 的热量容许排出多少观 并规定 应有脱硫措施及其脱硫率 日本按排烟高度的平方值限制s 0 2 排放量 并对不同地 区规定不同的k 系数 称k 值法 德国按不同机组容量限定排烟中的观浓度 并 同时规定必须有脱硫措施 俄罗斯按锅炉输入单位热值规定s d 允许排放量 g m j 和烟气s 0 2 浓度 m g m 3 并对新建电厂或老电厂分别作出规定 2 2 1 美国标准 1 9 7 1 年美国首次发表 新污染源性能标准 v s p s 对热功率为7 3 m w 以上的 新建电厂锅炉 规定观排放量不得超过1 2 l b m b t u 相当于o 5 1 6 9 m j 1 9 7 9 年美国 环保局对此标准进行修改 要求燃用高硫煤的新建锅炉的脱硫率在9 0 以上 并限 制s 0 2 排放量不得超过1 2 l b m b t u o 5 1 6 9 m j 对于燃用中低硫煤的锅炉 要求脱 硫率为7 0 9 0 并限制 蛾排放量不得超过0 6 l b m b t u o 2 5 8 9 m i 1 9 9 0 年1 1 月1 5 日 美国颁布了 洁净空气法修正案 c a a a 这一法案采取 了新的污染排放控制策略 c a a a 要求 到本世纪末全美 蛾排放量在1 9 8 0 年的基 础上减少1 0 0 0 万吨 计划分两阶段进行 在第1 阶段 1 9 9 0 年1 1 月1 5 日至1 9 9 5 年1 月1 日 要求 昭排放量最大的1 1 0 座电站 总容量8 9 5 4 5 m w 的2 6 1 台设备采 取措施使 财平均排放量低于2 5 1 l b m b t u 1 0 7 5 9 m j 第1 阶段计划完成后 可使 触排放量减少5 0 0 万吨 在第2 阶段 1 9 9 5 年1 月1 日至1 9 9 9 年1 2 月3 1 日 末 要求所有容量为2 5 m w 以上的电厂采取控制措施使观排放量低于 1 2 1 b m b t u o 5 1 6 9 m j 涉及7 8 5 个电厂 2 7 个州的2 1 0 0 台机组 法案规定 2 0 0 0 年以后全美s 0 2 排放总量控制在8 9 0 万吨以内 此外 在c a a a 还制订了一些让步政策 在削减 蛾排放量的第1 阶段 为鼓 6 华北电力大学硕士学位论文 励电厂安装高效洗涤装置 可放宽期限2 年 或发给额外的排放权 在第2 阶段对 采用洁净煤技术的电厂可放宽期限4 年 在此基础上 为使企业寻求经济性最好的途径来满足排放要求 建立了排放指 标交易制度 所谓排放指标是指美国环保局 e p a 分配给各电站的年允许s o s 排放 量 如超过e p a 所给的允许排放量 e p a 将依法对其罚款 如果排放量低于此指标 其剩余指标可像股票一样在污染物排放指标市场上交易流通 c a a a 中已对前述的 1 1 0 个大型电站的s 0 2 排放指标作了规定 还规定其它电站的s 0 2 排放指标由e p a 于 1 9 9 1 年1 2 月底以前做出决定 这些排放指标主要以1 9 8 5 年电站运行数据为基准 2 2 2 德国标准 原联邦德国于1 9 8 3 年颁布了 大型燃烧装置法 g e f a v o 规定了热功率5 0 m w 以上的燃烧装置s o s 的排放限量 此法规规定1 9 9 3 年仍将继续运行的老机组 在规 定的宽限期满后必须遵守与新机组相同的s q 排放标准 还规定自该法生效日 1 9 8 8 年7 月1 日 起5 年后 热功率高于3 0 0 m w 的老机组必须遵守与新机组相同的标准 老机组如不加装烟气净化设备 则不得在1 9 9 3 年4 月1 日以后运行 民主德国 联邦德国合并后 针对原民主德国的机组 德国大型燃烧装置法 规定 1 不进行改造的老设备剩余使用寿命将于1 9 9 2 年7 月1 日终止 2 对改造的 老机组 1 9 9 6 年7 月1 日前必须完成s o 和n o 降低措施 除此之外 德国g e f a v o 对脱硫装置还有一条其它国家都未规定的要求 即烟囱出口温度大于7 2 2 2 3 日本标准 e t 本于1 9 6 8 年1 2 月1 日起实施k 值法 哆排放标准 其计算式如下 1 0 3 9 n e 2 m 3 h 2 1 式中 如为s o s 允许排放量 m 3 厢 胁为烟囱有效抬升高度 即烟囱实际高 度与烟气抬升高度之和 m 烟气抬升高度规定用b o s a n q u e t 公式计算 不同地区规定不同的k 值 表示限制的宽严程度 其数值以逐步使 蛾的排放 量达到环境标准为目标 经常进行修改 逐步减少k 值 即减少允许排放量 按硫 氧化物的一般排放标准 将全国分为1 6 类 k 值在3 0 1 7 5 范围内 1 9 7 6 年 除此 之外 还规定了特别排放标准 严格控制特定地区的硫氧化物排放量 将地区划分 为l 2 3 级 其足值分别规定为1 1 7 1 7 5 2 3 4 如工厂密集地区很难用k 值达到规定的环境质量标准时 就要考虑其地形 气 象 发生源的状态等地区特性 采取科学的预测方法 对该地区的污染物质按下式 计算其排放允许总量 7 华北电力大学硕士学位论文 q a w 各 2 2 式中 旷硫氧化物允许排放量 肜一一特定工厂中硫氧化物产生设施使用的原料和燃料量 口 为达到消减目标量 当地政府所规定的常数 卜在o 8 0 1 0 0 范围内 当地政府根据特定地区工厂规模及分布状况 以及原料 燃料使用情况所规定的常数 1 9 7 4 年1 1 月1 7 日规定了第1 次总量限制的指定地区 共有1 1 个地区 1 9 7 5 年1 2 月1 0 日又规定了第2 次总量限制的指定地区 共有8 个地区 1 9 7 6 年9 月 2 8 日第3 次规定了5 个地区为总量限制的指定地区 2 3 排放标准比较 通常火电厂引用的排放标准有三类 即浓度标准 热值标准和发电绩效标准 浓度标准是根据现有的 最佳实用技术制定的标准 以此来鼓励发电企业淘汰 落后生产工艺 使用最佳实用技术 一般讲 以技术为基础的标准不利于鼓励技术 进步 因为浓度标准不能产生不断的动力和刺激 使企业采取更好的技术 同时浓 度标准与总量控制的联系不紧密 存在所有电厂都达到技术标准 仍会出现排放总 量超过规定的总量控制目标的现象 热值标准是根据电厂发电耗煤的热值来制定污染物排放标准 由于煤是电厂的 一种投入 也称为以投人为基础的排放标准 热值标准未考虑电厂的能源使用效率 和排污强度 对两个电厂来说 如果它们都需要相同的燃料 但是它们的发电效率 和排污强度不一样 它们最终所产生的发电量和污染物是不一样的 因此以电厂燃 煤热值为基础的排放标准不能反映发电效率和排污强度 发电绩效标准是根据单位发电量所排放的污染物数量制定 由于发电量对电厂 来说是一种产出 也称基于产出的绩效标准 与热值标准相比 发电绩效标准仅规 定单位电量的排放值 没有规定电厂使用的燃料和采用何种技术 有利于促进电厂 提高发电效率 促进清洁能源使用 建立相对公平的竞争环境 g p s 标准可归纳为 以下三个方面的作用 1 仓j j 造一个公平的竞争平台 使得机组 电厂的环境成本平等 在平均发电绩效值下 发电绩效好的企业将获得更多的奖励 2 有利于促进清洁能 源发电 促进机组 电厂采用天然气等清洁能源发电 减少每度电的污染排放强度 3 有利于提高机组效率 改进技术 从而减少每度电的污染排放强度 与大多数国家一样 我国对污染物的排放控制是按浓度标准制定和实施的 现 行 火电厂大气污染物排放标准 g b l 3 2 2 3 2 0 0 3 是2 0 0 3 年修订的 于2 0 0 4 年 1 月1 日实施 与g b l 3 2 2 3 1 9 9 6 相比 在实施范围 指标等方面都做了较大调整 8 华北电力大学硕士学位论文 制定了严格的限制标准 对电厂的烟尘 s 0 2 n o 的排放浓度提出新的要求 对 污染物减排起到较大的促进作用 浓度控制简单易行 但却存在很多不足 首先 浓度指标不能真实反映企业对社会的贡献 产品产量 及其环境代价的关系 这使得 浓度标准制定的依据显得明显不足 单一的浓度控制标准掩盖了污染源之间的差 别 不利于制定排污收费标准 使排污收费存在不合理性 必然导致排污权审核及 其交易缺乏合理性 也难以胜任各地区之间电力输配出现的污染转移及其支付问题 的研究 更重要的是由于浓度指标不具有可比性 使环境管理面临很大的困难 这 是总量控制无法细化的根本原因 浓度标准的决策控制变量不能反映总量控制模型 之中 这使总量控制模型的优化犹如隔靴搔痒 无法深入 这说明整个能源利用之 环境影响评价的理论体系还很薄弱 随着经济的发展和技术的进步 浓度控制的这 些缺点和不足日益显露 2 4 排放绩效标准国际经验 排放绩效不是一种舶来品 在我国的一些工业行业污染物排放标准中已有排放 绩效的概念 但是 作为发电绩效标准应用最为成功的是美国环境保护部门和电力 部门 2 4 1 美国电力行业污染控制的经验 目前总量分配的方法有拍卖法 历史法和排放绩效法 在美国酸雨计划中 配 额是按照历史数据进行分配的 只有很少一部分 2 用来拍卖 美国在氮氧化物控 制计划里 已经采用基于排放绩效的分配方法 美国环保局正在制定的酸雨计划 二 期 也将采用排放绩效法分配氮氧化物配额 根据美国联邦政府关于污染物排放总量控制计划要求 马萨诸塞州 麻省 于 1 9 9 9 年1 1 月制定并实施了一项降低氮氧化物排放的新举措 即氮氧化物配额交易 计划 该计划作为联邦计划的一部分 其目的是减少区域内氮氧化物的排放 保证 本州臭氧排放达到国家空气质量标准的要求 从2 0 0 3 年开始 在每个臭氧季节 5 9 月 该计划将降低和限制麻省的大型发电厂的排放 约1 2 8 6 1 吨 基于发电绩 效的g p s 计划将改变发电机组的相对费用 鼓励了高能效机组 同样 麻省还将绩 效分配方法引人n 氧化硫控制上 麻省以电力输出量为依据来分配配额的做法鼓 励了污染治理和提高发电效率 2 4 2 瑞典排放绩效方法的应用 瑞典对控制能源行业产生的污染物非常重视 采取了一些列政策手段和经济手 段 包括环境税和排污收费 其中能源行业的崛收费是利用绩效方法促进清洁能 源发展的一个范例 9 华北电力人学硕士学位论文 瑞典从1 9 9 2 年开始实施n o 收费 这项政策规定只对大中型能源工厂征收 x 1 9 9 2 年大约1 2 0 家工厂缴纳了排污费 征收n o 的标准是 克朗 为了避免使x 4 0 0 0 0 t 没有征收的小厂从中受益 征收的排污费按企业生产有用能源比例返还给缴纳排污 费的企业 这样 本制度对消减 晓排放和提高能源利用效益方面产生刺激 单位 能源生产排放n o 低的工厂能够获得效益 排放量较高的工厂将是净支出 x 瑞典的no收费虽然与发电绩效标准在形式上有所不同 但它们都是基于产出 的有效能源来控制污染物排放量 基本原理是相同的 瑞典这种按生产有效能源返 还排污费的方式受到了很好的效果 使n o 从2 0 世纪8 0 年代末的减少到 2 5 0 0 0 t 1 9 9 2 年的1 5 0 0 0 t 排放总量消减了4 0 1 0 华北电力大学硕上学位论文 第三章发电企业绩效性评价体系的建立 电力行业是我国大气污染治理的重点 我国以火电为主的电源结构适合我国以 煤炭为主的能源特点 但大量燃煤电厂的存在却给环境带来巨大的压力 在燃煤发 电利用过程中 会产生大量的二氧化碳 二氧化硫和烟尘等污染性物质 2 0 0 6 年全 国火力发电厂烟尘排放量3 7 0 万吨 二氧化硫排放量1 3 5 0 万吨 其中 电力二氧 化硫排放量占全国排放量的5 2 1 随着我国经济的高速发展 电力需求的增加 如缺乏有效的控制机制 电力行业污染物排放量将继续增长 虽然我国政府非常重 视控制电力行业的污染 制定了一些相应的法规 排放标准 管理办法 经济政策 等 但电力工业大气污染 目前来说尤其是s 0 2 控制的压力仍很大 为了控制电 力行业大气污染 需要建立起与电力工业污染控制相适应的控制机制以及污染物排 放评价体系 我国目前正在进行电力体制改革 根据美国的经验 引入排放绩效标 准 该标准能够有效的控制 电力行业的污染 基于排放绩效标准和能源利用统一化评价指标体系 建立发 电企业绩效性环评体系 基于该体系可以进行污染物总量控制和分配 排污交易及 环保节能发电计划制定 灵活的机制是实现较低的社会总成本减排污染物总量的一 条重要途径 排放绩效标准是为发电企业提供一种新机制 与我国实施的污染物总量控制有 机衔接 同时与相应的市场经济手段结合 对发电企业甚至电力行业将起到更大的 激励作用 因此 要完善火电厂大气污染物排放标准 需要在能源利用评价体系的 基础上 建立发电企业绩效性评价体系 3 1 能源利用的三个层面与评价基准 能源利用之评价的根本问题是 可比性 问题 众所周知 能量与能量之间存 在不等价性 如果以能量为基准 其评价指标之间将缺乏可比性 实际上 将不同 品位的能量等价看待 本质上一种人为规定性 除此之外 还可能导致一些错误的 结论 因此 以热力学第一定律为基础的评价指标 无法有效实现对能源利用的监 督与管理 根据热力学第二定律 能量 炯 酸 并且将机械功 电功等看成1 0 0 煳 即第 二定律将能源利用初步分成能量与炯量两个层面 但是 如果以炯为基准 将各种j 田 等价处理 虽然较之能量基准有一定的进步 但本质上没有解决可比性的问题 而 且也存在人为规定性 根据热力学 炯是系统经可逆过程达到与环境相平衡的状态所作的理论最大功 华北电力大学硕上学位论文 量 因此也常被称为做功能力 根据炯的定义 我们不难理解在能源利用过程中 任何的炯耗损本质上都是实际功量的减少 即媚耗损兰功量损失 因此 以炯耗损 分析为基础的能源利用的分析与评价等价于将能源利用的评价建立在功量的基础 之上 而且 从技术层面上看 j 用与功量 电量 实际上是有很大区别的 通常 煳是不 可能1 0 0 转化为实际的功量 电量 也是由于炯耗损不可避免的存在 因此 仅将 能源利用分为能量与 i 用量二个层面是不够的 应细分为能量 娴量和功量三个层面 为简便 功量层面内包括机械功与电功 能量 炯量与功量 电量 是能源利用的三个层面 三者相比 功量 电量 具有最 高品质 作为系统的输入 功量具有最高的驱动力和可转化性 既然能量和媚量均 不适合作为评价基准 那么就非功量 电量 莫属了 因为 任何实际的功量 电量 都具有等价性 因此具有作为评价基准的条件 考虑到电量与功量基本是等价的 而且电量在传输 使用以及统计计量等方面明显优于一般意义上的功量 因此 我 们提出了以电量为基准的性能评价思想 以电量为基准 根据用能目的进行分类 将各种用能系统所消耗的能量 按实 际技术可能统一折算为等价的电量 就可以计算其单位产品产量的 当量 电耗量 对于采暖供热和制冷 即为 当量 性能系数 对于海水淡化 则为单位淡水产量的 当 量 电耗量 至此还不够 还必须追踪 当量 电耗量之来源 计算其单位产品产量的一次能 源消耗率 因为只有比较单位产品产量的一次能源消耗率 才能判断用能过程是否 真的节能 需要强调指出的是 热电联产供热可以实现按质用能 因此其计算供热一次能 源消耗率很低 多数情况下 要优于其他供热方式 这正是按质用能的价值体现 但是 由于供热机组的初参数通常低于电网主力机组 其发电则往往存在亏损 更 由于热 电两种产品的生产供应 网络输配以及用户终端使用都存在损耗 尤其是 热量的网络输配 既存在散热损失 还需要消耗一定的泵功 使到达用户终端处的 供热一次能源消耗率随着供热距离的增大而明显增大 因此 用户终端的能源利用 情况也必须给予必要的关注 以电量为基准的评价指标体系 既可以研究和评价能源生产供应侧的能源利用 效率 也可以研究与评价用户终端的能源利用效率 对能源利用的评价更全面 发电企业机组类型主要有凝汽式机组 热电联产机组 尤其是热电联产机组的 供电指标不同以往的评价指标 是以电量为基准的思想 全面完整的介绍了热电联 产机组的性能指标 本文所提到的供电煤耗 发电煤耗均为标准煤耗 煤耗量 发电量 污染物排 放量均为单位统计期内的数量 以下只介绍了机组指标 电厂指标和机组指标计算 1 2 华北电力大学硕士学位论文 方法相同 3 2 凝汽式机组 电厂 的评价指标 3 2 1 凝汽式机组 电厂 的能耗指标 机组发电煤耗率 发电燃料单耗 2 丢 式中 为机组标准煤耗量 k g 1 1 为机组发电量 k w 机组厂用电率 轰m a 机组供电煤耗率 供电燃料单耗 南 式中 为机组发电煤耗率 发电燃料单耗 k g k w h 为机组厂用电率 3 2 2 凝汽式电厂的环评指标 k g k w h 3 1 k g k w h 3 3 对凝汽式机组 其第i 种污染物的单位发电量的排放量为 2 砖 式中 m f 为机组第i 种污染物的排放量 g h 为机组发电量 k w c 知为机组第i 种污染物的单位发电量的排放量 g k w h 第i 种污染物的单位供电量的排放量为 嘞2 南 3 3 热电厂的评价指标 g k w h 3 4 g k w h 3 5 根据第一节 燃煤机组热电联产供热是以减少机组发供电量为代价的 以电量 1 3 华北电力大学硕士学位论文 为基准的思想 我们将所减少的机组发电量视为供热当量电耗 e e c r e e c r b 一吃 碓 3 6 0 0 k w 3 6 式中 d i l 为热电联产供热蒸汽量 k g h 办为供热蒸汽焓 k j k g h 为汽轮机排汽焓 k j k g 注 背压机取同参数凝汽机组排汽焓 锄 住为机组机械效率和电机效率 为供热系统的泵功消耗 k w 注 如果是针对终端能源利用的评价 流程泵功是应该给予充分的考虑的 但电厂处于能源利用的供应端 流程泵功是其 后输配环节的能耗 视热电厂供热方式及热网归属统一考虑是否计算这部分能耗 3 3 1 热电联产机组发电的能耗指标 假定供热机组的发电量为 k w 考虑其供热的当量电耗量e e c r k w 因此 供热机组的当量发电量形 为 为 哼 e e c r 供热机组的当量供电量形 为 嘭 e e c r k w 3 7 k w 3 8 若供热机组总煤耗量为骂 k g h 则供热机组的发电煤耗率 发电燃料单耗 b 耐2b ti w 穿2b t 0 w 掰 e e c r 供热机组的供电煤耗率 供电燃料单耗 为 2 e 吁2 尽 e e c r 热电联产机组厂用电率 堕二 坚 1 0 0 2 瓦广灿伽 供热机组的发电效率刁掰为 3 6 0 0 w a e e c r 3 6 0 0 形芦 2 1 再 一2 霄 1 2 3 式中酊为标准煤低位热值 酊 2 9 3 l o k j k g 供热机组的供电效率7 劢为 1 4 k g k w h 3 9 k g k w h 3 1 0 3 1 2 华北电力大学硕士学位论文 2 3 6 0 0 w d e e c r 3 6 0 0 呼 一 一 b q 毯 哦 1 2 3 发电煤耗量b i d 可以表示为 b f d b 弼 w f d k g h 3 1 4 根据式 3 6 热电联产机组供热当量电量消耗是供热蒸汽的实际可发电量 以电量为基准 供热不能从本质上改善供热机组的发电煤耗率 发电燃料单耗 供 热机组发电燃料单耗和效率与同参数凝汽机组持平 因此统一化能源利用评价体系 将热电联产机组发电与纯凝机组发电放在一起对比分析 以考查其发电过程的热力 学完善性 3 3 2 热电联产供热的能耗指标 1 供热量 绋 q h d h h h r 1 x 1 0 由 g j h 3 1 5 式中 痧为回水率 为回水焓 k j k g 铂为热网效率 注 视考虑的范围确定是否给予计量 供热当量电耗量 e e c r e e c r d h h h c 穆g 3 6 0 0 k w 3 1 6 供热当量电耗率 e e c r e e c r e e c r q j i 当量性能系数 e c o p e c o p 2 7 8 q h e e c r 2 7 8 e e c r 供热煤耗量 b h b h 严b g d e e c r b 醇 e e c r q h 2 2 7 8 q h b g d f e c o p 供热煤耗率 巩 供