燃煤工业锅炉大气污染物控制方案研究

分类：农业论文 时间：2021-12-23 热度：686

　　摘要 基于中国燃煤工业锅炉大气污染物排放及治理现状，并结合国家相关产业政策和国内外技术发展趋势，以2008年为基准年，分析测算了2015、2020年燃煤工业锅炉大气污染物排放量.提出了适合中国国情的燃煤工业锅炉大气污染物控制技术路线。依据研究的控制方案，2015年。烟尘、二氧化硫及氮氧化物排放量分别为507万、458万、230万t;2020年，烟尘、二氧化硫及氮氧化物排放量分别为491万、423万、269万t。与2008年相比，大气污染物排放量变化不大，基本上做到了增容不增污。在此基础上，提出了燃煤工业锅炉大气污染物防治建议。

　　关键词 燃煤工业锅炉 大气污染物 控制方案

　　我国是当今世界工业锅炉生产和使用最多的国家。截至2008年底，我国有各类工业锅炉56.9 万台，总蒸发量达到294.5万t/h(含6 000 kW以下热电联产锅炉)D-z]。近几年，工业锅炉总数虽然变化不大，但是总蒸发量和单台平均蒸发量增长较快，总蒸发量和单台平均蒸发量增长幅度远高于台数的增幅。

　　据测算，我国现有燃煤工业锅炉约48万台，总蒸发量约250万t/h，占全国工业锅炉总台数和总蒸发量的85%左右。这些燃煤工业锅炉大多分布在城市及其周边地区，又是低烟囱排放，运行热效率普遍低于设计热效率，加之燃用煤种与设计煤种差异大，是影响城市空气质量的重要原因之一，特别是在采暖期采暖锅炉大量投入运行，城市冬季大气污染指数较其他季节明显偏高，导致冬季城市空气质量进一步恶化。

　　1燃煤工业锅炉大气污染物治理和排放现状

　　1.1 烟 尘

　　我国燃煤工业锅炉烟尘的治理始于20世纪70 年代，最初广泛使用的是机械式除尘器，包括惯性除尘器、旋风除尘器等，其中以旋风除尘器为主，它的特点是结构简单、造价低，能处理大流量、高浓度的含颗粒(固体和液体)气体，其缺点是除尘效率不高[3]。目前，这类除尘器在10 t/h以下锅炉和10 t/h及以上锅炉作为一级预除尘中仍有应用。之后，随着环境保护要求的日趋严格，发展了湿式除尘器。湿式除尘器对细粒子的捕集很有效，除尘效率可达 70%～95%H]。目前，国内大于10 t/h的工业锅炉基本上都采用湿式除尘器，对10 t/h以上的抛煤机锅炉、煤粉炉或沸腾炉，在原锅炉配套的干式旋风除尘器后部再加一级麻石离心水膜除尘器，烟尘排放浓度可以达到《大气污染物综合排放标准》(GB16297--1996)中二类地区污染源排放要求。

　　近几年，新建的小型热电联产、集中供热等用途的锅炉，由于受到严格的地方排放标准的约束，配置了静电除尘器或布袋除尘器，或者将原有的机械式除尘或湿法除尘改造为静电或布袋除尘。如北京市顺义区近年来新建的15台45.5 MW的燃煤采暖锅炉已全部配用袋式除尘器，运行稳定，烟尘排放质量浓度可控制在20～30 mg/m3;杭州航民热电公司对 7台35 t/h链条炉排热电联产锅炉的麻石水膜除尘器改为电除尘器，烟尘排放质量浓度可控制在30 mg/m3以下。

　　据测算，截至2008年底，我国燃煤工业锅炉烟尘排放量为375.2万t，占全国烟尘排放量的 41.6%。

　　1.2二氧化硫

　　燃煤锅炉二氧化硫的治理按燃烧过程可分为燃烧前、燃烧中和燃烧后脱硫3种。

　　燃烧前脱硫技术中的物理洗选煤技术得到了大规模推广应用，目前的煤炭洗选能力已达到15 亿t/aE5|。

　　燃烧中脱硫技术包括燃用固硫型煤、炉内喷钙加尾部增湿活化脱硫和循环流化床技术等。固硫型煤固硫率可达40%～60%，减少烟尘排放量60%，节约煤炭15 Oyo(质量分数，下同)～27%，尤其适宜中小型燃用中低硫煤的锅炉应用[6]。炉内喷钙加尾部增湿活化脱硫技术曾在贵阳、上海等地的20 t/h 及以下工业锅炉中得到应用。在循环流化床钙硫比为1.2(摩尔比)时，脱硫率可达85%，炉温控制在 850～950℃，可同时降低氮氧化物的排放。

　　目前，工业锅炉采用较多的是燃烧后脱硫，常见的有石灰/石灰石法、氧化镁法等脱硫工艺。石灰/石灰石法是烟气脱硫应用最广泛的方法。但由于工业锅炉的吨位较小，脱硫工艺一般采用自然氧化法，脱硫生成物与灰渣一起抛弃，加之系统不完善，浆液中的CaSO。、CaSO。等很容易达到饱和或过饱和浓度，因此易发生管道及设备结垢堵塞现象，给石灰/石灰石法在工业锅炉中的推广应用造成了一定的困难[7]。氧化镁法脱硫工艺由于MgSO。的溶解度是 CaSO。的近百倍，因此工艺系统运行稳定，不易发生堵塞现象[8|。北京大龙供热中心近几年新建了15 台45.5 MW的燃煤热水采暖锅炉，全部装配了氧化镁法脱硫装置。脱硫系统运行稳定，煤含硫量为 0.8%(质量分数)时，脱硫率在95%以上，二氧化硫质量浓度可控制在20 mg/m3以内。

　　当前，对蒸发量20 t/h及以上的燃煤：【业锅炉烟气的治理主要采用了一级除尘+二级脱硫装置，并配备脱硫自控系统和烟气连续监测系统，以保证脱硫除尘系统的连续稳定运行[9]。根据北京市监测中心对北京市19台4～35 t/h燃煤工业锅炉二氧化硫例行监测结果来看，二氧化硫最高排放质量浓度仅为40.o mg/m3，平均为16.5 mg/m3。

　　据测算，2008年我国燃煤工业锅炉年排放二氧化硫519.1万t，占全国二氧化硫排放总量的 23.6%，仅次于火电行业。

　　1.3 氮氧化物

　　在《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》中，首次将氮氧化物纳入主要污染物排放总量控制。但在现行的排放标准中，对燃煤工业锅炉氮氧化物的排放尚未提出排放限值要求。当前，从全国范围来说，燃煤工业锅炉氮氧化物的控制工作才刚开展。近年来，通过对当前大气环境污染形势的分析，《火电厂氮氧化物污染防治技术政策》的颁布以及“十二五”环境保护规划的实施，对燃煤工业锅炉氮氧化物的控制日益引起有关部门和单位的关注。

　　鉴于燃煤工业锅炉的炉膛结构和燃烧方式有别于发电锅炉，且锅炉容量较小，运行方式也不相同，《火电厂氮氧化物污染防治技术政策》中推荐的技术措施难以在燃煤工业锅炉上实施。为此，燃煤工业锅炉氮氧化物的减排技术应在发展部分循环流化床锅炉的同时，针对燃煤工业锅炉以层燃炉为主的特点，借鉴发电锅炉低氮燃烧技术的原理进行拓展[10-11]。

　　对燃煤工业锅炉烟气脱硝技术的应用也正在探索。如北京市大兴区供热中心的集中采暖工业锅炉房的70 MW的热水采暖锅炉，将发电锅炉所采用选择性催化还原法(SCR)烟气脱硝技术移植到工业锅炉上应用。目前，该脱硝工程建设已经完毕，氮氧化物排放质量浓度可控制在150 mg/m3以下。

　　据测算，到2008年底，全国燃煤工业锅炉排放的氮氧化物总量已接近200万t，仅次于火电厂和机动车，位列第3位，是造成城市灰霾天气出现和能见度下降的主要污染物之一。

　　2污染物控制方案及情景分析

　　2.1燃煤工业锅炉基础数据的测算

　　本研究选定的基准年为2008年，目标年选择 2015、2020年。随着我国国民经济的快速发展，自 2008年开始，燃煤工业锅炉年平均增长率以5%计，到201 5、2020年，燃煤工业锅炉总容量将分别达到352万、450万t/h左右，比2008年分别增长了 41%和80%。燃煤工业锅炉按用途可划分为蒸汽、热水锅炉。在国家“上大压小”等节能减排政策的推动下，在未来几年，6 t/h及以下的燃煤工业锅炉的比例将不断减小，20 t/h及以上的燃煤工业锅炉的比例将不断上升。随着锅炉运行管理水平的提高，锅炉热效率不断提高。根据中国电器工业协会工业锅炉分会对 2008年燃煤工业锅炉的统计资料，结合国家政策发展导向，基准年和目标年各容量区间燃煤锅炉情况见表1。

　　从表1可知，2008年全国燃煤工业锅炉耗煤量共计约6.4亿t，其中6 t/h及以下小锅炉耗煤量约 3.0亿t，占总耗煤量的47%;20 t/h及以上锅炉耗煤量为1.65亿t，占总耗煤量的26%。目标年 2015、2020年耗煤量将分别达到8.5亿、lo.8亿t，比2008年分别增长了33%和69%。

　　2.2 目标年燃煤工业锅炉大气污染物控制技术路线

　　燃煤工业锅炉大气污染物控制技术的选择应因地制宜、因煤制宜、因炉制宜，提倡污染物的全过程控制，在充分考虑我国国情，并结合各容量锅炉特点的基础上，目标年大气污染物控制的技术路线如下： (1)烟尘治理以单筒(多筒)、多管、湿法及静电或布袋除尘为主，20 t/h及以上的锅炉不采用湿法除尘; (2)二氧化硫的治理以低硫煤、脱硫除尘一体化技术和串联工艺为主，其中对20 t/h及以上锅炉不建议采用脱硫除尘一体化技术;(3)氮氧化物治理以低氮燃烧技术和SCR为主;(4)对于6 t/h及以下的燃煤工业锅炉，主要的减排方法是燃料替代，主要包括天然气、生物质成型燃料和工业型煤。

　　2.3 燃煤工业锅炉大气污染物排放量减排分析

　　基于上述大气污染物控制技术的选择，目标年燃煤工业锅炉大气污染物排放量的测算方法见式(2)。

　　2.3.1 6 t/h及以下燃煤工业锅炉燃料替代方案

　　对于6 t/h及以下锅炉，替代燃料选择天然气、生物质成型燃料及工业型煤3种，其替代方案见表3。

　　3结论和建议

　　(1)我国小型燃煤工业锅炉烟尘治理绝大部分采用单筒、多管等机械式除尘器或湿式除尘器;热电联产及其他大型燃煤工业锅炉多采用了除尘效率较高的静电或布袋除尘器。二氧化硫治理设施只在部分热电联产及其他大型燃煤工业锅炉上配备，小型工业锅炉基本无脱硫设施。脱硫技术以石灰/石灰石法、氧化镁法等脱硫工艺为主。由于适用于工业锅炉的氮氧化物治理技术尚未成熟，所以燃煤工业锅炉基本上都未配置该类技术，只有个别有严格地方排放标准的地区，热电联产锅炉装配了SCR等烟气脱硝装置。

　　(2)对于6 t/h及以下锅炉，选择天然气、生物质成型燃料及工业型煤3种燃料做替代方案，可有效控制6 t/h及以下锅炉的大气污染物排放量。

　　(3)根据本研究的控制方案，2015年，烟尘、二氧化硫及氮氧化物排放量分别为507万、458万、 230万t;2020年，烟尘、二氧化硫及氮氧化物排放量分别为491万、423万、269万t。与2008年相比，大气污染物排放量变化不大，基本上做到了增容不增污。

　　(4)建议燃煤工业锅炉大气污染物控制技术的选择应因地制宜、因煤制宜、因炉制宜，依据技术上成熟、经济上合理及便于操作来确定;应有计划、有步骤地实施清洁能源替代技术、脱硫除尘一体化技术;应采用先除尘、后脱硫的技术路线;鼓励采用 SCR等高效脱硝技术与装备的开发、烟气脱硫脱硝协同控制技术的开发。——论文作者：左朋莱 岳 涛 韩斌杰 丁永华 庄德安 齐书芳 张迎春 王小庆

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文章名称：燃煤工业锅炉大气污染物控制方案研究

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