燃煤电厂有色烟羽治理要点分析与环境管理.doc
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1、燃煤电厂有色烟羽治理要点分析与环境管理摘 要:在研究国内外相关标准的基础上结合中国燃煤电厂烟气治理技术发展现状,分析了排放烟气中可过滤颗粒物、可凝结颗粒物、溶解性固形物的概念、联系和区别,明确指出中国燃煤电厂有色烟羽环境管理的关键是管控以SO3 为代表的可凝结颗粒物,进而梳理了目前有色烟羽治理环境管理方面存在的问题,提出了可凝结颗粒物环境管理的相关政策建议。引言截止2018 年3 月,全国已完成超低排放改造的燃煤发电机组容量达700 GW,占煤电总装机比例约71%,电力行业SO2、NOx、烟尘等常规烟气污染物排放量大幅降低,为改善中国大气环境质量做出了巨大贡献。随着污染防治认识的深入和环保管理
2、要求的提高,特别是“湿法脱硫导致雾霾”掀起的巨大舆论波澜,一些潜在问题也日益凸显, 越来越多的地区又对燃煤电厂“ 有色烟羽”提出了治理要求,进一步补充和延伸了超低排放概念。本文通过对燃煤电厂烟气排放多种形态颗粒物及相关国内外标准的研究,提出了有色烟羽治理的关键是SO3 等可凝结颗粒物控制,分析了目前有关环境管理政策存在的问题,对完善燃煤电厂有色烟羽环境管理提出了政策建议。1 燃煤电厂颗粒物种类及相关标准1.1 颗粒物的种类及形态燃煤电厂烟气污染物来源于锅炉燃烧生成及烟气治理过程次生,主要包括颗粒物和SO2、NOx、Hg 及其化合物、CO、NH3(脱硝喷氨逃逸)等气态污染物, 火电厂大气污染物排
3、放标准(GB132232011)对前4 项污染物分别规定了排放限值,国家也发布了相应的测试方法标准。此外,烟气中还含有液态雾滴、气态水等物质,随脱硫方式及除雾效果、烟气排放温度而含量有所不同,国内绝大多数燃煤电厂由于采用湿法烟气脱硫工艺,排放烟气为湿烟气。在中国,颗粒物的定义是悬浮于排放气体中的固体和液体颗粒物状物质,现行的固定污染源排气中颗粒物和气态污染物采样方法(GB/T161571996)和固定污染源废气低浓度颗粒物的测定 重量法(HJ 8362017)等测试标准,均是基于对烟气中的颗粒物采用滤膜(筒)进行过滤、捕集、烘干、称重的原理进行测量。实际上,燃煤电厂排放烟气中的颗粒物不仅仅包括
4、燃煤产生的烟尘、脱硫脱硝过程中烟气雾滴中携带的未溶硫酸盐、亚硫酸盐及未反应吸收剂等可被滤膜过滤的颗粒物(filterable particulatematter,FPM),还会有因粒径小于采样滤膜截留直径故而穿透滤膜逃逸到大气中并因温度、压力、水分等物理状态改变而形成的颗粒物(不包括SO2、NOx 在大气环境中发生复杂化学反应生成的二次颗粒物)。一类是美国EPA 定义的可凝结颗粒物(condensable particulate matter,CPM),即在烟道采样位置处为气相,穿透滤膜后在大气中降温凝结成为液态或固态颗粒物, 主要为SO3 /H2SO4 等分子态或亚微米级气溶胶态污染物;另一
5、类是溶于穿透滤膜的细微雾滴中的离子态硫酸盐、亚硫酸盐、氯盐等溶解性固形物,离开烟道后在大气中经稀释、干燥、降温、凝结等作用, 失去水分后变成细颗粒物的溶解性固形物。1.2 国内外测试标准美国EPA 在2008 年开始将CPM 纳入颗粒物排放源强,并于2010 年12 月出台了 Method 202 修订案7,其原理为在捕集FPM 的常规装置(即Method 5,17 或201A,称重法)后加装干式冲击瓶,烟气降温后再由滤膜捕集颗粒物,冲击瓶吸收和滤膜收集的颗粒物之和即为CPM, 测量示意见图1。Method 202 也明确烟气温度低于30 时不予测量CPM。对于FPM 的测量,Method 1
6、7 和201A 明确它们不适用于含有雾滴的湿烟气,而采样滤膜前有加热装置的Method 5 则适用,因后者在采样时要求加热至12014 去除液态水,故存在于雾滴中的溶解性固形物也会失水变为固体颗粒并被滤膜捕集。国内外也有研究表明,上述溶解性固形物也有少量会形成为PM0.3,可直接逃逸出过滤材料的捕集,变为了可凝结颗粒物。因此,对于燃煤电厂湿烟气FPM 测试,美国EPA要求采用的Method 5 测试的FPM 结果已包含了中国环境标准中定义的颗粒物及绝大部分溶解性固形物,与Method 202 联用时测试结果则增加了CPM。按美国EPA 测试标准,溶解性固形物并不是单独的一种颗粒物形式,而是分布
7、于FPM 及CPM 之中,后两者完整地构成了EPA 所谓的一次总颗粒物。而中国现行的GB/T 161571996 和HJ 8362017 均没有考虑CPM 的测量,也没有强制要求颗粒物采样时加热烟气,导致颗粒物的定义与美国EPA 定义的可过滤颗粒物内涵并不一致,溶解性固形物作为颗粒物的一种形式不包含于可过滤颗粒物中,因此目前中国燃煤电厂颗粒物测试结果缺失了CPM 及溶解性固形物。中国燃煤烟气中各类颗粒物形态及现行测试标准所得测试结果示意见图2。根据文献对燃煤电厂、供热锅炉、工业锅炉等净烟气中颗粒物排放浓度测试的结果表明,烟气中CPM、溶解性固形物的排放浓度可达滤膜法检测的FPM 排放浓度的0.
8、75.7 倍。目前中国无论是固定源污染物监测或大气污染管理、控制等方面,均忽视了CPM 及溶解性固形物。2 燃煤电厂有色烟羽及环境管理现状2.1 有色烟羽相关概念锅炉燃烧会使燃料中的硫生成SO2 和少量SO3,中国燃煤电厂普遍采用SCR 烟气脱硝工艺和石灰石石膏法等湿法烟气脱硫工艺,SCR 脱硝中的钒钛系催化剂又会使烟气中一小部分的SO2 氧化成为SO3,后者在湿法烟气脱硫系统中因浆液喷淋急剧降温会冷凝形成SO3/H2SO4 气溶胶,它们因粒径微小(主要在0.1 m 以下)不易被浆液洗涤脱除。这些脱硫后的饱和湿烟气(约50 )中还含有大量的气态水及微小雾滴,在烟囱口排入大气环境的过程中由于温度
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