燃煤锅炉（炉窑）大气污染治理技术的优化选择和技术经济分析研究.pdf

山东环境 2 技 0 0 0 3嘉 一 山 东 环 境 年 第 期 ’。。。 。 燃煤锅炉 炉窑 大气污染治理技术的 优化选择和技术经济分析研究 ●山东工业大学盛春光徐夕仁 马春元董博玲 摘要 本文对我国现有的燃煤锅炉大气污染治理技术进行了讨论、 比较和优选， 可供有关单位决策参考。 1 概述 2 燃煤锅炉 炉窑 大气污染主要治理 另一方面它只需一套设备， 脱硫除尘一 我国城市大气污染形势十分严峻。 技术的优化选择 体完成， 系统简单， 同其他脱硫除尘系 1 9 9 8 年， 全国3 2 2 个环境统计的城市空 2 ． 1 概述 统相比， 投资较小； 再一方面有的湿法 气质量超过国家三级标准的占4 3 ． 5 ％， 燃煤锅炉 炉窑 大气污染治理技 脱硫除尘技术适用于目前应用较多的 属于严重污染城市； 全国一半以上的城 术可分为单纯除尘技术， 脱硫除尘一体 水膜除尘器改造， 可降低投资。所以简 市降水平均 P H值大于 5 ． 6 ， 酸雨在我 净化技术， 脱硫技术和除尘技术的组 易湿法脱硫除尘技术是我国近期内中 国几呈燎原之势， 覆盖面积占国土面积 合， 脱氮技术。单纯除尘技术有静电除 小型锅炉烟气净化的优选技术之一。 的3 o ％以上， 我省的济南、 青岛被列入 尘、 惯性除尘、 过滤除尘等。脱硫除尘 目 前， 较成功的简易湿法脱硫除尘 全国4 7 个重点城市中空气污染最为严 一体净化技术是近几年兴起的适合 目 技术主要有烟气流化床脱硫除尘一体 重的十大城市之列。1 9 9 8年底， 济南 前我国国情的新型技术， 种类较多。脱 净化技术， 旋流板脱硫除尘净化技术 市A P I 值 空气质量指数 一度达到 硫技术与除尘技术的组合， 可以优选脱 等。 3 2 2 ， 为五级重度污染。根据中国社会 硫技术及除尘技术， 发挥各自优势， 达 2 ． 2 ． 2 喷雾干燥脱硫技术。该技术是 科学院 1 9 9 9 年 5 月公布的“ 9 0年代中 到预期效果， 但要解决好烟气经脱硫设 在脱硫塔内喷入氢氧化钙或碳酸钙乳 期中国环境污染经济损失估算” 报告估 备后可能对除尘设备的运行所造成的 液， 靠烟气的热量蒸发掉水分， 钙质脱 计， 1 9 9 5年因环境污染和生态破坏造 不利影响。脱氮技术可分烟气脱氮技 硫剂与烟气中的二氧化硫反应生成石 成的损失达到 1 8 7 5 亿元， 占当年 G N P 术和低氮燃烧技术， 由于烟气脱氮技术 膏。该技术已经得到一定应用。喷雾 国民生产总值 的3 ． 2 7 ％， 这一趋势 难度大， 成本高， 所以烟气脱氮技术尚 干燥脱硫塔和静电除尘器或布袋除尘 目前并没有发生根本改变， 对此必须引 处于起步阶段， 而研究力量主要集中在 器结合， 是一种可供选择的烟气净化工 起高度重视。 低氮燃烧技术。 艺。 我国是煤炭大国， 在今后相当长的 2 ． 2 燃煤锅炉 炉窑 大气污染治理技 2 ． 2 ． 3 脱硫灰循环流化床烟气脱硫技 时期内， 以煤炭为主的能源结构特征不 术的优化选择 术即C F B法脱硫技术。其显著技术特 会改变， 从长远看， 石油、 天然气等清洁 燃煤锅炉的主要污染物是烟尘、 点是脱硫剂的高倍率循环流化、 循环重 能源的储量不足， 锅炉以燃煤为主是不 s o 2 、 N O x 。燃煤锅炉 炉窑 大气污染 复参与反应， 脱硫剂与烟气的总接触时 得已而为之。煤燃烧后排出大量的有 治理技术及设备必须同时使这三种污 问长， 因而反应充分、 脱硫剂利用率高。 害物质， 是城市大气污染的主要污染源 染物的排放达标。 该法投资省、 脱硫效率高、 占地面积小， 之一。 目前， 在我国应用较广比较成熟且 与静电除尘器配套使用， 适应国情， 有 我国对工业废气污染物的排放限 能满足环保要求的燃煤锅炉 炉窑 大 推广价值。但 C F B脱硫技术存在压降 制标准较低， 有关粉尘、 烟尘和有害气 气污染治理技术主要有 大， 低温结露堵塞等问题， 技术尚不成 体的排放限制高于发达国家 2 3 倍。 2 ． 2 ． 1 简易湿法脱硫除尘一体净化技 熟。但其卓越的综合性能， 已引起环保 随着我国经济的发展， 对环境的要求越 术。该项技术是我国自行研究的具有 界有关人员的高度重视， 可作为远期优 来越高， 对工业废气污染排放的限制越 自主产权的技术， 并得到一定的应用。 选技术。 来越严， 相应地要研制开发脱除污染物 该项技术种类很多， 大多是在湿法除尘 2 ． 2 ． 4 低 N O x 燃烧技术。目前在我 效率更高的净化设备。因此， 现有治理 器基础上发展起来的， 此类技术的开发 国得到应用的低 N C b 【 燃烧技术是分级 技术的优化选择和相应的治理技术及 适应了国情， 一方面它脱硫、 除尘效率 燃烧技术及浓淡燃烧技术。 其产品的开发， 具有重要意义。 均较高， 基本能满足现在的环保标准； 国外锅炉一般燃用优质煤， 其分级 维普资讯 一 期 表1 主要脱硫除尘技术的比较结果 项 目 静 电 除 尘 器 布 袋 除 尘 器 薯 湿 蓑 石旋 干 脉 篙 享 等 藁 蓑 橐 原理 特点 性能 效率 投资 静电吸附 只能除尘 很高 很 大 很小 很成熟 很容易 小 尘 赫 馘 嚣 很高 较大 较大 成熟 很容易 小 高 很高 一般 一般 高 很小 特大 大 很大 较小 ／ J 、 大 大 ／ J 、 ／ J 、 基本成熟 很成熟 基本成熟 不成熟 不成熟 较 难豸 容 易 容 易 容 易 大 很大 ， J 、 ， J 、 很， J 、 燃烧技术及浓淡燃烧技术， 以降低 N O x 排放为主要 目的。国外的低 N O x 燃烧 器一般不适应于燃烧劣质煤。我国的 电站动力用煤多为低挥发份、 高灰分、 低热量的劣质煤， 难以高效稳定燃烧， 且易结渣。因此， 我国发展煤粉燃烧技 术必须在稳燃的条件下， 追求低 N O x 排放。针对煤粉高效低污染燃烧问题， 我国跟随世界先进燃烧技术的发展， 进 行了大量的研究工作， 开发出了系列燃 烧器， 如水平浓淡燃烧器、 旋流浓淡燃 烧 等。 3 燃煤锅炉 炉窑 大气污染治理技术 的经济分析 3 ． 1 济南市燃煤大气污染情况 济南市是国家划定的“ 两控区” ， 烟 控区面积 1 1 3 ． 8 k m 2 ， 烟控区内有大于 1 吨小于 1 3 0吨的燃煤锅炉共计 1 4 5 0 台， 年耗煤量为 2 1 9 万吨， 是典型的煤 烟型污染。据最新资料， 济南市大气中 S 0 2 的年平均值超过国家二级标准 1 ． 3 5 倍， 列山东省第二位。氮氧化物和 总悬浮物的年均值均不同程度的超标。 特别在冬季超标更加严重。近年来， 济 南市加大了大气污染治理的力度， 一些 烟气净化技术和管理措施相继实施， 对 缓解济南市大气污染状况起到了重要 作用。 3 ． 2 燃煤锅炉大气污染治理技术的应 用情况 目 前， 在济南市应用的燃煤锅炉大 气污染治理技术绝大多数属简易湿法 脱硫除尘一体净化技术， 如烟气流化床 脱硫除尘一体净化技术， 水浴冲击式脱 。涂尘器， 旋流板湿式脱硫除尘器， 文 丘里水膜脱硫除尘器等。这些技术都 是用于1 0 t ／ h以下的小型锅炉上， 以山 东工业大学为主开发的应用于南郊热 电厂3 5 t ／ h锅炉烟气流化床脱硫除尘 器， 是济南市目前应用于最大锅炉的脱 硫除尘技术。该脱硫除尘器已经成功 运行4年。当前的低 N O x 燃烧技术有 应用于黄台电厂2 2 0 t ／ h锅炉旋流煤粉 燃烧器的径向浓缩分级燃烧技术。 3 ． 3 主要大气污染治理技术的技术经 济分析 大气污染治理技术评价比较可从 几个方面进行； 3 ． 3 ． 1 性能指标 包括除尘效率、 脱硫 效率、 排放浓度。任何大气污染治理技 术和设备必须首先达到国家标准， 只有 在这个基础上才能讨论其它问题。由 于国家采用总量控制， 在达到排放标准 的同时， 应考虑能否尽量的减少总量排 放， 能否满足国家标准提高后的排放要 求。在满足标准的同时， 效率越高越 好， 排放浓度越低越好。 3 ． 3 ． 2 初投资和运行费用 显而易见， 初投资越小越好， 运行费用越低越好。 由过去的单纯除尘到现在的脱硫除尘， 必须付出代价， 这个代价就是初投资增 加， 运行费用增加。运行费用包括脱硫 剂的费用， 增加的电费、 维护费用、 人工 费用等。性能和投资 包括运行费用 往往是矛盾的， 因此在满足环保要求的 条件下， 性能价格比越高越好。 ． 3 ． 3 ． 3 技术成熟， 可靠性高。技术成 熟， 可靠性高是设备长期稳定运行和性 能指标长期稳定的保证。 3 ． 3 ． 4 占地面积小。特别对旧设备改 造时， 占地面积小的技术易于实现， 适 应性强。同时可节约宝贵的土地资源。 3 ． 3 ． 5 脱硫产物能回收或脱硫产物及 灰渣易处理， 能综合利用更好。应注意 脱硫产物回收一般要大大增加投资， 对 此要作好市场预测和经济分析。 几种主要的大气污染治理技术分 析比较结果如表 1 4 结论 经过综合分析研究可得到以下结 论 4 ． 1 加大推行集中供热、 小区域供热 的力度， 逐步取消小型锅炉。条件不许 可时， 应使用燃气、 燃油或电锅炉。 4 ． 2 控制燃料煤市场， 保证进济南市 的燃料煤的含硫量不大于 1 ％； 在管理 上， 可考虑按煤的含硫量收取二氧化硫 排污费， 促使用户积极选购低硫煤。 4 ． 3 对3 5 t ／ h以下中小型锅炉的烟气 净化目前宜采用简易湿法脱硫除尘一 体净化技术。在此类技术中， 烟气流化 床脱硫除尘一体净化技术和旋流板湿 法脱硫除尘技术比较成熟 下转3 3页 ● ● ● 用 熟理度 积 费 成度处程 面 行 术程渣易 地 运 技灰难 占 维普资讯 l 表 2 各预测路段总车流等效声级随各类车辆数的变化率 单位 d B A 侑 路段编号 O L力 N O L力 N 2 1 0． 0 0 6 1 0 ． 0 0 3 3 2 0． 0 0 7 6 0 ． 0 0 4 1 3 0． 0 0 5 9 0 ． 0 0 3 2 4 0 ． 0 0 4 2 0 ． 0 0 2 3 5 0 ． 0 0 2 8 0 ． 0 0 1 5 6 0 ． 0 0 7 5 0 ． 0 0 4 1 7 0 ． 0 1 0 0 0 ． 0 0 5 4 8 0 ． 0 0 5 8 0 ． 0 0 3 1 9 0 ． 0 1 6 4 0 ． 0 0 8 9 1 0 }0 ． 0 1 3 7 0 ． 0 0 7 4 1 1 }0 ． 0 1 7 4 0 ． 0 0 9 4 由表 1 中的基准年车流量， 以及城区交通规划部门提供 的车流量的增长率， 可算出各预测年各路段各类车辆车流量 的增是△Nl 、 △N 2 ， 见表 3 。 2 ． 3 预测结果 将表2 和表3 中数据代入式 7 中， 则得城区各预测年各 路段总车流量等效声级增量△L ； 将 1 9 9 9 年基准值 T 和 总车流等效声级增量△L ， 代入式 8 中， 则得各预测年各路段 总车流等效声级L e q T 的预测值， 再按路段长度加权， 求出 城区各预测年道路交通干线平均噪声预测值， 见表4 。 tl J 东环境 2 技 0 0 0嫠3著 一 东 环 境 年 第 期 一 表 3 各预测年各路段车流量增量 单位 辆 路段编号△N 2 0 ， 0 0 N △ ∞ △ 加 1 5 2 6 2 4 1 3 0 4 8 3 0 2 2 3 2 2 1 7 1 1 2 3 4 2 6 0 3 3 3 3 1 4 1 6 4 2 9 3 8 2 4 7 3 9 3 5 1 9 3 7 0 4 4 9 5 7 6 6 3 6 3 2 9 7 2 7 6 9 6 2 2 6 1 1 1 3 0 2 2 3 0 2 7 2 1 8 1 1 9 0 2 2 21 0 8 7 2 2 3 6 1 0 8 7 2 2 5 2 9 2 9 1 0 4 7 1 9 1 0 9 1 0 2 1 3 8 6 5 1 7 1 5 1 1 1 { 2 7 1 2 3 6 2 4 8 4 表4 各预测年各路段及城区总车流等效声级预测值 单位 d B A 路段编号 基准年 2 0 0 0 年 2 0 0 3年 2 0 1 0 年 1 7 2 ． 0 7 2 ． 1 7 2． 6 7 3． 3 2 6 5 ． 4 6 5 ． 5 6 6． 0 6 6． 7 3 6 6 ． 9 6 7 ． 0 6 7． 5 6 8． 3 4 6 8 ． 7 6 8 ． 8 6 9． 3 7 0． 0 5 6 9 ． 4 6 9 ． 5 7 0． 0 7 0． 8 6 6 5 ． 4 6 6 ． 1 6 6． 0 6 6． 8 7 6 6 ． 0 6 9 ． 0 6 6． 6 6 7． 4 8 6 8 ． 9 6 4 ． 1 6 9． 4 7 0． 1 9 6 4． 0 6 7 6 4． 6 6 5． 3 1 0 } 6 7 ． 5 6 6 8 ． 1 6 8 ． 9 1 1 } 6 6 ． 7 6 6 ． 8 6 7 ． 2 6 7 ． 9 城 爰 6 7 ． 6 6 7 ． 7 6 8 ． 2 6 8 ． 9 由表4 可见， 就单个路段而言， 2 0 0 0 年 1 测点为7 2 ． 1 d B A ， 超标 2 ． 1 d B A ； 2 0 0 3年1 测点为 7 2 ． 6 d B A ， 超标2 ． 6 d B A ； 2 0 1 0年 1 ， 3 和8 三个测点分别为 7 3 ． 3 、 7 0 ． 8 和7 0 ． 1 d B A ， 分别超标3 ． 3 , 0 ． 8 和0 ． 1 d B A 。其余情况均 小于 7 0 d B A 。 就整个城区而言， 未来几年交通干线平均噪声呈逐步增 长趋势， 2 0 0 0年、 2 0 0 3 和2 0 1 0 年分别为6 7 ． 7 、 6 8 ． 2和6 8 ． 9 d B A ， 与1 9 9 9年相比分别增加了0 ． 1 、 0 ． 6 和 1 ． 3 d B A ； 但仍 不超过7 0 d g A 标准值。 编辑 莹 上接2 8页 应用较广， 是可优选技术。 但从长期看， 高效干法脱硫装置加高效 干法除尘器的烟气净化工艺将是首选 技术。 4 ． 4 对 3 5 t ／ h ～2 2 0 t ／ h 不包括 3 5 t ／ h 锅炉烟气的净化近期可采用简易湿法 脱硫除尘一体净化技术和炉内喷钙尾 部增湿脱硫技术， 前一种特别适用于水 膜除尘器的改造， 而后一种适合于静电 除尘器脱硫改造； 对新建锅炉也可选用 喷雾干燥脱硫静电除尘器工艺。长 期看， 脱硫剂循环流化床脱硫器 静电 除尘器将是首选技术。 ／ 4 ． 5 对大于2 2 0 t ／ h 的大型锅炉， 可选 用湿法石灰石 石灰 石膏法， 但要充分 论证石膏的市场前景。随着脱硫剂循 环流化床脱硫技术的E t 趋成熟脱硫剂 循环流化床脱硫 静电除尘器的脱硫 工艺可以是首选技术。 4 ． 6 对于各类炉窑， 应重点解决黑烟 问题， 在此基础上再进行烟气脱硫除 尘。因为一般的除尘器对黑烟无能为 力， 炉窑烟气的脱硫除尘技术的选用可 参照结论 3 。 4 ． 7 对脱氮技术的研究近期应重点放 在低 N O x燃烧技术上。目前低 N O x 燃烧技术在煤粉锅炉上应用比较成功， 应大力推广。层燃炉的低 N O x 燃烧技 术正处于起步阶段， 应加大投入， 烟气 脱氮正处于基础研究阶段， 将来随着环 保标准的提高， 烟气脱氮将是必然。 4 ． 8 目前国内大气污染治理技术发展 很快， 应密切关注大气污染治理技术的 发展动态， 积极为有发展潜力的脱硫除 尘技术提供中试基地或工业示范场地。 积极开发自有技术， 研制自己的产品， 促进脱硫除尘产品的产业化。培养脱 硫除尘领域的设计、 开发、 管理人才。 参考文献 略 编辑 莹 维普资讯