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《华北电力大学(北京)》 2017年
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燃煤电厂近零排放综合控制技术及工程应用研究

王树民  
【摘要】:中国能源资源禀赋是“富煤、贫油、少气”,以煤为主的能源消费结构在今后一个时期内难以改变。煤炭大量利用及其粗放利用方式带来的环境问题,尤其是大气污染问题日益突出。大力推进煤炭的清洁高效利用,是支撑中国能源安全战略、建设“清洁低碳、安全高效”现代能源体系的必然要求。当前,中国的发电用煤占煤炭消费总量的50%左右。现行《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)规定的燃煤电厂大气污染物中烟尘、SO_2、NOx排放浓度限值分别为30mg/m~3、100~400mg/m~3、100~200mg/m~3,重点地区特别排放限值分别为20mg/m~3、50mg/m~3、100mg/m~3。论文针对燃煤发电这一最主要的煤炭利用方式,开展了燃煤电厂大气污染物近零排放的相关研究。论文提出了针对燃煤电厂烟尘、SO_2、NOx排放浓度限值的近零排放标准,即燃煤电厂达到GB13223-2011中规定的天然气燃气轮机组大气污染物排放浓度限值的煤电新标准(烟尘排放浓度5mg/m~3、SO_2排放浓度35mg/m~3、NOx排放浓度50mg/m~3,需要说明的是,不同于天然气燃气轮机组15%的基准含氧量,燃煤机组基准含氧量为6%)。论文讨论分析了燃煤电厂近零排放标准实施过程中综合集成控制技术的可行性。通过集成创新,系统提出了燃煤电厂“炉内低氮燃烧+选择性催化还原脱硝+低温省煤器+低低温静电除尘器(高效电源)+高效湿法脱硫+湿式电除尘器”的原则性技术路线。基于上述技术路线,在浙江舟山电厂4号新建燃煤机组完成了近零排放工程示范,成为全国首台新建近零排放燃煤机组,实现了第一套国产湿式电除尘器在燃煤电厂近零排放工程示范中的应用;在河北三河电厂现役燃煤机组完成了近零排放实践,该项目是国家能源局确定的燃煤发电机组环保示范项目,近零排放工程实施后减排效果显著,其4号机组烟尘排放浓度达到0.23 mg/m~3。截至2017年2月底,该技术路线在全国56台(28504MW)燃煤机组完成了工程实践,经国家或地方环境监测单位现场监测,烟尘、SO_2及NOx排放浓度均达到近零排放标准。论文考察了300MW(350MW)亚临界、350MW超临界、600MW亚临界、660MW超临界、1000MW超超临界近零排放燃煤机组的污染物排放特性。长时间的运行结果表明,不同机组在不同负荷、不同煤质条件下的污染物排放浓度有一定变化,但其烟尘、SO_2及NOx排放浓度在基准含氧量为6%时均分别低于5、35、50mg/m~3。论文针对某电厂300MW等级燃煤机组深入研究了不同污染物控制单元设备对PM_(2.5)、PM10、SO_3等的排放影响特性,研究表明:湿式静电除尘器对PM_(2.5)、PM10具有很高的脱除效率,并对SO_3具有较好的脱除效果,其中PM_(2.5)脱除效率为98.37%,PM10脱除效率为97.31%,SO_3脱除效率为42.23%;脱硫除尘一体化装置对烟尘具有协同脱除效果,额定负荷下协同除尘效率从35%提高到85%以上;低温省煤器投运后,静电除尘器后烟气中SO_3浓度从15.35mg/m~3降至8.27mg/m~3,SO_3脱除效率从25.88%提高到46.12%。论文对300~1000MW燃煤机组实现近零排放的经济性进行了分析,结果表明燃煤机组从重点地区达标排放(烟尘排放浓度20mg/m~3、SO_2排放浓度50mg/m~3、NOx排放浓度100mg/m~3)到近零排放,增加的投资及运行成本为0.26~1.13分/千瓦时。综合考虑燃煤发电与燃气发电在售电完全成本等方面的差异,当前达到近零排放标准的燃煤发电,在经济性上仍然优于燃气发电。论文为客观反映燃煤电厂近零排放改造前后的大气污染物减排效果,以2013年中国环境保护部、中国电力企业联合会、地方政府全口径及火电的排放统计数据为基准进行分析,若中国燃煤电厂全部实现近零排放,则其烟尘减排95.3%、SO_2减排94.3%、NOx减排92%。实践证明,燃煤电厂近零排放的技术路线可行,经济性具有优势,环境效果和社会效益显著,近零排放煤电是能够达到天然气燃气轮机组大气污染物排放浓度限值的清洁煤电,是“安全有保障、利用清洁化、百姓用得起”的能源。
【学位授予单位】:华北电力大学(北京)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:X773

【参考文献】
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