空气净化技术:火电机组在燃煤发电的同时,会排放出大量的SO2,对环境产生污染。目前,国内已建或在建的火电机组基本上没有采取降低SO2排放量的措施,当锅炉燃煤含硫量较高时,中SO2浓度就较大。随着要求的提高,对新建火电机组锅炉中SO2排放实行严格的考核是必要的。但是,对现阶段的已建或在建火电机组而言,尚无合适的考核标准。如何针对现阶段火电机组的实际情况,合理考核其锅炉中SO2排放,有待进一步探讨。

一、煤种对烟气中SO2排放浓度影响

锅炉烟气中SO2排放浓度大小与锅炉燃用煤种直接有关。为探讨锅炉燃煤对烟气中SO2排放浓度的影响,参照《电力工业部环境统计报表指标解释》,采用以下方法计算锅炉烟气中SO2排放浓度。

式中:P——锅炉SO2排放量,t/h;

  VS——锅炉年平均负荷下出口湿烟气排 放率,Nm3/h;

  V——锅炉年平均负荷下出口干烟气排放率,Nm3/h;

   C——锅炉出口SO2排放浓度,mg/m3(标干烟气);

   B——锅炉年平均负荷下每小时燃原煤量,t/h;

   q4——机械未完全燃烧热损失,%;

   WyDW——燃煤应用基低位发热量,kJ/kg;

   α——除尘器出口过剩空气系数;

   XH2O——烟气含湿量,%;

   Sy——燃煤收到基硫分,%;

   KS——煤中硫转化为SO2的份额,根据炉型取值,煤粉炉为0.85,增钙旋风炉为0.90,不增钙旋风炉为0.95,燃油炉0.98。

   η——效率,%。无实测数据时,按下面规定取值,干式除尘器为0,水膜除尘器为5%,文丘里、斜棒栅、泡沫除尘器为15%计。

根据新建机组情况,取α=1.7,XH2O=8%,KS=0.85,η=0。此时,烟气中SO2排放浓度C是燃煤含硫量Sy与低位发热量WyDW的函数,不同WyDW时,可绘制Sy与C的关系曲线,见图1。当Sy=1.0%,C=2100mg/m3(标干烟气)时,WyDW=17683kJ/kg。从图1可看出,当Sy≤1.0%,WyDW在18 000~28000kJ/kg之间时,C都在2100mg/m3(标干烟气)以下。火电厂燃用煤种的低位发热量大都在20000kJ/kg左右,说明当燃煤含硫量不大于1%时,烟气中SO2排放浓度一般不会超过2100mg/m3(标干烟气)。燃煤含硫量大于1%时,烟气中SO2排放浓度将会超过2100mg/m3(标干烟气)。不同燃煤硫分与热值下,烟气中SO2排放浓度列于表1。燃煤硫分越高,热值越低,烟气中SO2排放浓度越高。

表1 不同燃煤硫分与热值下烟气中SO2排放浓度

燃料收到基硫分/% SO2排放浓度/mg.m-3(标干烟气) 
WyDW= Wy DW= WyDW= 
  17684kJ/kg 20 000 kJ/kg 28000kJ/kg 
0.5 1050 954 724 
1 2100 1907 1448 
1.5 3150 2860 2172 
2 4200 3814 2896 
2.5 5250 4768 3620  

图1 烟气中SO2浓度与燃煤含硫量、热值关系曲线 
二、合适考评标准的推荐

随着我国电力工业的迅速发展,新建的火电机组容量一般都在200 MW及以上,锅炉蒸发量都在670t/h及以上。依据火电厂锅炉容量大及锅炉燃煤含硫量较高、烟气中SO2浓度较大这一实际情况来看,在考评火电机组锅炉烟气中SO2排放浓度是否超标时,建议采用《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-1996)(以下简称《标准》)作为考评标准。

《标准》将火电厂按年限分为3个时段,属于第Ⅲ时段的火电厂是指1997年1月1日起环境影响报告书待审查批准的新、扩、改建火电厂。对属于第Ⅰ、Ⅱ 时段的火电厂,《标准》规定其全厂SO2排放量不得超过计算出的全厂SO2最大允许排放量。对属于第Ⅲ时段的火电厂,《标准》要求较严,除规定了其全厂 SO2最大允许排放量外,同时还规定了其各烟囱SO2最大允许排放浓度(见表2)。

表2 第三时段火电厂各烟囱SO2最高允许排放浓度

燃料收到基硫分/% ≤1.0 >1.0 
SO2最高允许排放浓度/mg.m-3(标干烟气) 2 100 1 200  
注:浓度应换算到过剩空气系数α=1.4时的浓度值。

对属于第Ⅰ或Ⅱ时段的已建或在建火电机组,考评其锅炉烟气中SO2排放时,可参照执行《标准》中第Ⅲ时段标准。

三、合理考评烟气中SO2排放的建议

考评火电机组锅炉烟气中SO2排放浓度是否超标时,建议考虑火电机组的实际情况和锅炉燃用煤种,实行按煤种、分阶段来考评。

(1) 当锅炉燃用煤种硫分不大于1%时,锅炉烟气中SO2排放浓度应不大于2100mg/m3(标干烟气)。否则,SO2属超标排放。

(2) 当锅炉燃煤含硫量大于1.0%时,《标准》中第Ⅲ时段标准规定各烟囱SO2最高允许排放浓度为1200mg/m3(标干烟气),这一限值明显低于燃煤含硫量不大于1.0%时的限值2100mg/m3(标干烟气)。这实际上是规定第Ⅲ时段的火电机组在燃用高硫煤时,应上装置,采取降低SO2 排放量措施,使其烟气中SO2排放浓度低于1200mg/m3(标干烟气)。对不属于第Ⅲ时段、又没有采取措施的已建或在建火电机组,当其燃用含硫量大于1.0%的煤种时,在现阶段来讲,亦建议按表1中WyDW=20000kJ/kg时SO2排放浓度作为考评锅炉烟气中SO2排放的参考标准。

(3) 对属于第Ⅲ时段的火电机组,考评锅炉烟气中SO2排放时,应严格执行《标准》中有关规定,锅炉烟气中SO2排放浓度执行表2中的规定值。

(4) 考评火电机组锅炉烟气中SO2排放,其SO2监测点应设在除尘器出口