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燃煤电厂 SO2排放量确定方法研究 Study on the calculation of SO2em ission from coal- fired power plants 朱法华 1, 杜维鲁2 1. 国电环境保护研究院, 江苏 南京 210031 ; 2 . 南京信息工程大学 环境科学与工程学院, 江苏 南京 210044 ZHU Fa- hua 1, DU W ei- lu2 1 . State PowerEnvironmental Protection Research Institute , Nanjing 210031 ; 2 . College of Environmantal Science and Technology , Nanjing University of Infor mation Sciences SO2; 排放; 计算方法 Abstract This research analyzed the existing problems of the calculation on SO2em ission i n coal- fired power plants, proposed t wo new s -revised produced and em ission factor and sulfur balance to more accurate l y deter m ine the SO2em issi on in coal- fired power plan. t The SO2em issi on amount gained fro m different calculation swas about twenty percen. t Key words coal- fired po wer pl an; t sulfur di oxi de ; em issi on ; calculation 中图分类号 X322 文献标识码 A 文章编号 1009- 4032 2009 02- 001- 04 5中国国民经济和社会发展第十一个五年规划 纲要6中以约束性指标明确要求 SO2和 COD排放总 量要减少 10 , 约束性指标是在预期性基础上进一 步明确并强化政府责任的指标, 是中央在公共服务 和涉及公众利益领域对地方政府和中央政府有关部 门提出的工作要求。政府要通过合理配置公共资源 和有效运用行政力量, 确保削减目标实现。火电行 业是 SO2排放第一大户, 准确估算燃煤电厂的 SO2 排放量, 不仅与 SO2污染控制、 SO2排污费征收有 关, 而且直接关系到约束性指标的完成与否, 与考核 各级政府、 各大企业都密切相关。因此, 科学准确地 确定燃煤电厂 SO2排放量显得尤为重要。 1 现行燃煤 SO2排放量的计算方法 1 . 1 实测法 实测法是通过实际测量烟道气的排放量和烟气 中 SO2浓度, 计算 SO2排放量。计算公式为 MSO2 10 - 9QC SO2 式中MSO2为燃煤电厂 SO2排放量, t/h ; Q为烟气排 放量 本文烟气量均为标准状态值 , m 3 /h ; CSO2为 标准状态下排放的 SO2质量浓度, mg/m 3。 在实际应用过程中, 为保证计算数据能准确地 反映实际情况, 根据火力发电厂是否安装了自动监 测设备而采取不同的操作方式 凡安装自动在线监 测设备 由地 市 级以上环境监测站按照国家要求 进行比对校验并合格的 并与当地环境保护行政主 管部门联网的单位, 采用实时监测数据的汇总数据 作为产 排 污量数据; 未安装自动在线监测设备的 单位, 在采用现场实测法计算产 排 污量时, 为保 证监测数据能够准确地反映全年污染物 产生 排 放实际情况, 需多次测定后取值, 并经同级污控、 监 察监测等部门共同认定。不得用一两次监测数值来 推算全年产 排 污量。 1 . 2 物料衡算法 物料衡算法是根据物质质量守衡定律, 对生产 过程中使用的物料变化情况进行定量分析的一种方 法。其基本计算公式如下 MSO2 2Bg 1- G1 100 1- q4 100 1 2009年 4月 电 力 环 境 保 护 第 25卷 第 2期 1- GSO2 1002 S, t ar 100 k 式中MSO2为燃煤电厂 SO2排放量, t/h ; Bg为锅炉连 续最大出力工况时的燃煤量, t/h; G1为除尘器的脱 硫效率, ; q4为锅炉机械未完全燃烧的热损失, 与 炉型和煤质等有关, 采用锅炉制造商或工艺设计计 算的数据, ; GSO2为烟气脱硫装置的脱硫效率, ; S, t ar为燃煤收到基全硫分, ; k为燃煤中的硫燃烧 后氧化成 SO2的份额。 考虑到 q4较小, 水膜除尘器在燃煤电厂的应用 已很少, 而其他形式除尘器的脱硫效率几乎为零, 因 此, 上式又常被简化为 MSO2 2Bg S, t ar 100 1- GSO2 100 k 在实际应用中, 需要根据火电厂所采用的燃料 特性、 锅炉特性和烟气脱硫设备类型等来确定 k和 GSO2。 目前的环境统计中, k值一般取 0 . 8 。 1 . 3 产排污系数法 产排污系数法是根据生产过程中单位原料或单 位产品的经验产排放系数进行计算, 求得污染物排 放量的计算方法。该方法简单、 明了、 快速、 易操作, 是污染源普查中最通用、 最有效的技术手段之一, 但 建立较为准确的污染源产排污系数仍需要通过大量 的实测和研究。 在 2008年第一次全国污染源普查工作中, 推广 采用了 5第一次全国污染源普查工业污染源产排污 系数手册6其中包括火电行业产排污系数 中的产 排污系数法对污染物排放量进行测算。该方法是由 中国环境科学研究院组织大批科研单位、 行业协会、 高等院校和企业, 历时一年多完成的。 2 现行 SO2排放量计算方法存在的问题 如果实测频率和方法得当, 实测法具有相对较 高的准确性, 但是, 该方法费时、 费力, 需要投入的资 源量很大; 由于计算式中存在两个不确定量 GSO2和 k, 所以, 物料衡算法只是一种粗略的估算方法, 准 确性差。 在应用产排污系数法的过程中, 有些人认为依 据产排污系数计算出的 SO2排放量偏低。出现这个 问题的原因可能是 1产排污系数是在正常工况下测定的, 由产 排污系数计算得到的污染物排放量也是正常工况下 的数据, 是一种 /基准值 0。 2许多污染治理设施没有全时运行, 导致实 际排污量大于依据产排污系数计算得出的排污量。 3各种末端治理设施投运率不一样, 同一种 末端治理设施在不同地区的投运率也不同。 在应用过程中, 实测法、 物料衡算法和产排污系 数法都存在各自的弊端, 那么如何才能获得相对准 确的 SO2排放量呢 本文引入 2个新的燃煤电厂 SO2排放量计算方法 产排污系数法修正和硫元 素平衡法。 3 新 SO2排放量计算方法的提出 3 . 1 产排污系数法修正 首先计算脱硫设施的投运率, 然后再计算 SO2 的年排放量。脱硫设施的投运率有 3种计算方法 1 依据脱硫剂的消耗量确定脱硫设施的投运 率。 G2 M1 M2 100 M1 M3 t机组 100 式中 G2为脱硫设施投入率, ; M1为脱硫剂年实际 消耗量, t/a; M2为脱硫剂年理论消耗量, t/a; M3为 脱硫剂小时耗量, t/h ; t机组为机组年利用小时数, h/ a 。 2依据脱硫系统年耗电量确定脱硫设施的投 运率。 G2 D1 D2 100 D1 D3 t机组 100 式中 D1为脱硫设施年实际耗电量 k W h /a; D2为 脱硫设施年理论耗电量 k W h /a ; D3为脱硫设施 小时耗电量 k W h /h 。 3 依据脱硫副产物 如石膏 产生量确定脱 硫设施投运率。 G2 M石膏1 M石膏2 100 M石膏 1 M石膏3 t机组 100 式中 M石膏1为石膏年实际产生量, t/a ; M石膏2为石膏 年理论产生量, t/a ; M石膏 3为石膏小时产生量, t/h 。 以下式计算得 SO2排放量为 M SO2 B g P排 G2 B g P产 1- G2 式中 M SO2为 SO2排放量, t/a ; B g为耗煤量, t/ a ; P排 为排污系数; P产为产污系数。 3 . 2 硫元素平衡法 以采用石灰石 石膏湿法烟气脱硫的燃煤电厂 2 2009年 4月 电 力 环 境 保 护 第 25卷 第 2期 为例, 煤中硫分燃烧后的去向主要有 留在煤渣中; 留在煤灰中; 留在脱硫石膏中; 留在脱硫废水中; 通 过烟囱排入大气。硫元素平衡法的实质是以燃煤中 的总硫分等于这五部分硫分之和, 建立一个硫平衡。 具体步骤为 1首先汇总主要投入物的数据与主要产出物 的数据, 详见表 1 。 表 1 煤炭燃烧后固体产物中硫的分布 项 目数量 / t硫分 / 投入物 煤 A0A1 脱硫石膏 B0B1 炉渣C0C1 粉煤灰 D0D1 脱硫废水 E0E1 2通过硫平衡计算硫的排放总量MS。 MS A0 A1- B0 B1- C0 C1- D0 D1- E0 E1 3计算 SO2排放量。 MSO2 MS SO2分子式中硫的比重 2 MS 4计算脱硫效率。 GSO2 B0 B1 A0 A1- C0C1- D0D1 通过硫平衡, 可以由投入物和产出物中的硫含 量, 较为准确地推算 SO2实际排放量, 并正确地评价 企业的实际脱硫效率。 4 5种 SO2排放量计算方法的比较研究 为了比较 5种 SO2排放量计算方法的差异, 以 江苏某电厂为例进行了研究。 某电厂 1号机组为 600MW 超临界燃煤发电机 组, 采用固态排渣煤粉炉。取 2008 -05-04数据, 其 燃煤收到基硫分为 0 . 62 , 耗煤量为 4195t/h , 发电 量为 1011 . 96万 k W h /h, 脱硫系统耗电量为 7000 k W h /h , 排放 SO2质量浓度为 105mg /m 3, 出口烟气流量 1984127m 3 /h , 产生粉煤灰 580 t/h, 炉渣 50 t/h , 石膏 106 t/h 。经检测, 粉煤灰、 炉渣、 石 膏硫分分别为 0 . 35 、 0 . 16 和 20 . 17 , 烟气中硫 为 52 . 5mg/m 3, 排放烟气中总硫量为 2 . 50 t/d。脱 硫废水产生量及废水中硫 以硫酸盐或亚硫酸盐形 式存在 的浓度未测, 但通过硫元素平衡法可计算 出废水中的总含硫量, 详见表 2。 表 2 某电厂硫元素平衡法计算结果 项 目煤灰渣石膏脱硫废水 投、 产物总量 /t419558050106未测 硫分 /0 . 620. 350 . 1620. 17未测 总硫量 / t d- 1 26 . 012. 030 . 0821. 380 . 02 由此计算该电厂 1号机组的 SO2排放量。 1实测法得 SO2排放量为 2 . 50 2 5 t/d 。 2物料衡算法 按照环境统计方法, 取煤中硫 转化为烟气中 SO2的份额 k值为 0 . 8 , 则 MSO2 2 Bg S, t ar 100 1- GSO2 100 k 2 4195 0 . 62 1- 90 0 . 8 4 . 2 t/d 依据煤、 灰、 渣中硫的量, 可计算 k值如下 k 煤中硫 - 灰中硫 - 渣中硫 煤中硫 26 . 01- 2 . 03- 0 . 08 26 . 01 0 . 92 将 k由 0. 8改为 0 . 92 , 可计算出 SO2排放量为 4 . 8 t/d。 3产排污系数法得 SO2排放量为 MSO2 Bg - 0 . 224S 2 ar 1 . 771Sar 4195 - 0 . 224 0 . 62 2 1. 771 0 . 62 4245kg/d 4 . 25 t/d 4硫元素平衡法得 SO2排放量为 MSO2 2 MS 2 26 . 01- 2. 03- 0 . 08- 21 . 38- 0 . 02 5 t/d 5产排污系数法修正得脱硫系统实际脱硫率 为 GSO2 石膏中硫 煤中硫 - 灰中硫 - 渣中硫 26 . 01- 2 . 03- 0 . 08 21 . 38 89. 46 计算中均取脱硫效率 90 , 由此可推算出脱硫 系统实际脱硫投运率为 99. 4 。 MSO2 - 0 . 224S 2 ar 1 . 771Sar 4195 99 . 4 17. 04Sar 4195 1- 99 . 4 4485 . 8kg/d 4 . 5 t/d 从以上计算结果可以看出, 不同方法计算的 3 2009年 朱法华等 燃煤电厂 SO2排放量确定方法研究 第 2期 SO2排放量存在差异。以环境统计中采用的物料衡 算法得出的结果最小; 以实测法和硫元素平衡法计 算出的结果最大且完全相同, 是最为真实的情况; 产 排污系数法、 产排污系数法修正获得的 SO2排放结 果均介于其中。而物料衡算法中如能获得较为真实 的 k值, 则结果也能与实际排放更为接近。从以上 比较的结果还可看出, 不同方法获得的 SO2排放量 误差在 20 以内。 假如脱硫系统投运率为 100 , 利用产排污系 数法修正计算得出的 SO2排放量与产排污系数法计 算得出的结果完全相同, 由此可见, 产排污系数法修 正主要是修正脱硫系统的投运情况。 5 结语 通过对燃煤电厂 SO2排放量计算方法的研究, 我们认为 1由于物料衡算法中存在两个不确定量 GSO2 和 k, 它虽然是一种较为快速的计算方法, 但其计算 结果受 k值影响较大, 在目前的环境统计中取值为 0 . 8 , 但对于大机组而言, k值可能会更高。 2产排污系数法在脱硫系统投运率为 100 的情况下, 可以方便、 准确地确定 SO2排放量, 当脱 硫系统投运率低于 100 时, 可用产排污系数法修 正对 SO2排放量进行更为准确的核算。 3在已知煤燃烧后硫元素分布的情况下, 可 利用硫元素平衡法计算燃煤电厂的 SO2排放量, 并 可与实测法、 物料衡算法、 产排污系数法、 产排污系 数法修正结果相互比较, 相互验证。 4 5种 SO2排放量计算方法是并行不悖的, 在 有条件的情况下, 可以同时进行、 相互验证。在实际 工作中, 可以根据燃煤电厂的实际情况选择合适的 方法。不同方法获得的 SO2排放量结果, 其误差一 般在 20 以内。 参考文献 [ 1]中华人民共和国中央人民政府. 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. www. gov . cn /ztzl/2006 -03 /16/ content_228841. ht m , l 2006 -03 -16. 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