火电机组SO2,NOx的产生、危害及治理

火电机组SO2，NOx的产生、危害及治理

甘肃电力技术

火电机组SO2,NOx的产生,危害及治理

王政宏

(甘肃省电力试验研究所甘肃兰州730050)

[摘要]从电力生产环境保护的角度出发,论述了火力发电过程中

SO,NO的产生机理及其对环境的

危害,并简单介绍了我国sO控制目标和国内外研究动态.

[关键词]火电机组sONO危害

0前言

随着人类社会工业化进程的不断发展,人口的

增加和人类话动的不断扩大,使得人类赖以生存的

地球环境变得日趋恶化.环境保护所面临的问题日

趋复杂,其多样性几乎是其他领域所不能够比拟的,

并已经渗透到社会生产,生活的各个方面.世界各

国普遍认识到环境污染已严重阻碍了经济发展和社

会进步,治理环境污染已刻不容缓.

工业生产是以消耗某种能源而获得另外一些物

质的复杂系统,这个系统中化石燃料(如煤,石油,

天然气等)是目前最常见,使用最多的一种能源.

燃料在燃烧过稗中进行能量转换的同时也产生了大

量有害污染物,如烟尘,so2,NOx,碳氢化合物等,

正是这些有害污染物在不断威胁着人类的生存.在

这些燃料中气体燃料是最清洁的(如天然气),煤和

石油是污染型能源,煤的污染尤为严重

我国是世界上最大的煤炭生产和消费国,也是

世界上少数儿个以煤为主要能源结构的国家.1991

年.原煤产量达1087.4Mt.消费量1088Mt.占世界

耗煤量的25%.根据我国的能源资源条件,技术和

经济发展水平以及世界能源形势,在未来的30-50

年内,我国以燃煤为主的能源结构不会改变.而且

煤炭在未来能源系统中的地位将更重要,如表l

表1我国煤炭占一次能源构成的比例()

SO2统计结果表明,供炼焦和化工原料用煤占

l4%,电站用煤占2l%,其余65%用于工业锅炉,

工业窑炉和民用.由此可见,电站锅炉和中小型锅

炉是燃料消耗的主要渠道,也是主要的污染源.近

年来,随着静电除尘器广泛应用,烟尘的污染已大

大减轻,而SO2,N的污染却日趋严重,火电厂已

成为s的排放大户,如表2.

表2s0z来源及占总排放量比倒(%)

来源占总排放量比例(%

煤炭燃烧

其中:燃煤发电厂

工业锅炉

工业炉窑

铁路机车

生活民用

其他(有色.冶金,化工)

合计

从SO2排放来看,电站燃用劣质煤,特别是坑

口电站燃用当地劣质煤,而且煤矿深挖后.煤中含

硫量增加,故s排放量将大大增长.随着电力l

业的迅速发展,火电机组容量的不断增加,NO2的

排放量也是逐渐增加的.

我国的电力结构以煤电为主,火电的装机容量

逐年增加,1997年.国家电力公司”两控区”火电

厂145个,共排放SO2417万t;到2000年火电装机

容量达到220GW以上.到2O10年达到370GW,年

平均增长率为7.2%.要保证装机容量增加.SO2排

放量减少,就必须加大SO的削减力度.

本文将对火电机组SO2,NOx的产生机理作详

细论述.并简单介绍SO2,NOx排放对环境的危害

档

i3

火电机组SO2,NOx的产生,危害及治理

以及国内外研究动态.

1污染物产生机理

1.1s0产生机理

不同的燃料.硫的存在形态,含硫量也不相同,

囡而SO,产生机理也不相同.煤和重油的含硫量较

高,前者人多数为03~5.O%,后者为0.5～3.5%.汽

油千¨轻油含硫量较低,约为0.25q2.75%,含硫量高

的燃料,燃烧时生成的SO也多.由于煤的发热值

比重溜低得多,当产生相同热量时,耗煤量比重油

多.所以,即使燃用燃科的含硫量相同,煤燃烧烟

气中的SO2相对要多.气体燃科中的硫量以硫化氢

(H )状态存在,较易脱除,有机硫也可用吸附脱

除,闻而其燃烧烟气中的SO2含量极少.表3列出

了各种污染物排放量与燃料种类的关系.

表3污染物排放量与燃料种类的关系

燃料中的硫燃烧后,形成的SO2绝大部分从烟

气中排出,少部分(约占5～10%)硫则以硫酸盐形

式残留在灰渣中.

煤炭中的可燃硫有两种,即有机硫和黄铁矿硫.

有机硫构成煤分子的一部分,在煤中均匀分布,它

的主要形式是硫茂(噻吩),这是一种杂环约占有

机硫的60%,它是煤中最普通的含硫有机结构.其

余有机硫有硫醇R—sH,硫化物R—s_R,二硫化

物Rs—R等.无机硫的成份是FeS2(黄铁矿),

颗粒尺寸较小,它在煤中通常呈独立相弥散分布.

据分析,低硫煤中主要是有机硫,约为无机硫的8

倍,高硫煤中主要是无机硫,约为无机硫的3倍.

煤受热后,在热解释出挥发份的同时,煤中有

机硫与无机硫也挥发出来,松散结合的有机硫(如

硫醇,硫化物)在低温(<700K)下分解,紧密结

合的有机硫在高温度(<800)下分解释出.遇到氧

气时,它们全部氧化成SO2,在还原性物质的作用下,

挥发出的主要气体是H2s,它经如下动力学路线氧化

成SO2,即:

H2S—HS—SO—SO2

无机硫的分解速度很慢,在还原性物质作用和

温度<800KF,无机硫将分解成FeS,S2和H2SO.

生成的FeS在更高的温度(≥1700K)和更长的时间

才能分解,其分解产物为Fe,s2和COS等,它们再

氧化成SO2和少量SO3.有一部分FeS残留在焦炭

中,它与灰中的其它成分形成低熔点共熔体,将导

致结渣.所生成的H2S如同前述反应生成SO2,总

之,FeS2在还原性物质F的反廊为:

FeS2一FeStS2tH2S—SO—SO2

在氧化剂的作用F,FeS2可直接氧化生成SO2:

4FeS2+I1O2~2Fe2Os+8SO2

残留在焦炭中的无机硫与灰中的碱金属氧化物

反应生成硫酸盐,并被灰固定下来.

SO2的产生量与以F因素有关:

(1)燃料中的含硫量越多,SO2的生成量越人.

(2)过剩空气系数越大,SO2的生成量越多.

(3)火焰中心温度越高,生成的SO2也越多.

12N0x的生成机理

燃料中的N通常以原子状态与各种碳氢化合物

相结合,形成环状化合物或链状化台物,在燃烧时

很容易分解出来,经氧化反应生成大量的NO.氮

的氧化物NOx(主要是NO和NO2,其次是O,

N2O3,N2O4,和N2O5)大部分是燃烧过程中形成的.

由于烟气在炉内停留时间很短,在炉膛燃烧中心所

生成的NO来不及与烟气中的氧气进行反应而排出.

只有在排向大气的流动过程中NO才逐渐被氧化成

NO2,即:

<650℃

2No+O,2N02

上式的反应速率与空气中NO含量多少有关.

当NO为12.5mg/Nm时,在20℃F,10%的NO氧

化为NO2需1,5h,50%的NO转变为NO2需10.75h,

当NO为lppm时,10%的NO转变为NO2需8h以

上.由此可见,NO很少时,它在空气中可稳定很长

时间.

至于反应:NO+NO2一N2O3,在空气中也可能

发生,但生成的N2o3甚少,对大气污染影响不大.

另外,生成的No2在阳光照射F,会分解成

NO和O,即:

hv

NO2———————————+NO+O

因此,大气中的NO和NO2以及N2O,N2O3,

N2O5等自成一个循环系统,统称为NOx.

燃料在燃烧过程中NOx生成与以下因素有关:

(11燃料含N量(如表4);

火电机组SO2,NOx的产生,危害及治理

(2)过剩空气系数

(0)燃烧温度.

表4锅妒用燃料的台氰量

2s0,NO的危害

2.1s0的危害

SO2单独存在时.其危害性主要是剌激粘膜.引

起呼吸道疾病,如支气管炎,肺气肿,肺癌.生成

硫酸烟雾后.其毒性较so2大1O倍以上,而且形成

酸甫,使土地酸度增加,树木和其它植物毁坏,建

筑物受到侵蚀.

22N0的危害

2.2.1在空气中NO浓度越大,毒性明显增加,而NO2

的毒性更大,约为NO的4.5倍,它们很易和动物血

液中血色中面色素结台,使血液缺氧,引起中枢神

经麻痹症NO2还对Ⅱ乎吸器官粘膜有强烈的刺激作

用,引起肺气肿和肺癌,其毒性较so2和NO强

在吸入40--80ppm的NO2的大气中停留lh.或在

400ppmNO2r停留5rain就会死亡.此外.N02对人

体的心脏,肝脏,肾脏和造血组织等都有损害.

22.2NO2在太阳光的照射下,会形成毒性更强的

光化学烟雾.这种以O3,PAN(过氧乙酰基硝酸酯)

和H2sO4(如有SO2存在时)为主要成分的光化学

烟雾,不仅会减少可见度,而且对人的眼睛与呼吸

道有强烈的刺激陛,使眼睛红肿,肺功能发生变化,

且PAN有致癌作用.

2.2.3NO破坏了平流层中的臭氧层,使之失去了对

紫外光辐射的屏蔽作用,对地面生物造成危害.

2.2.4NOx,SO2和粉尘共存,可生成毒性更大的硝

酸或硝酸盐溶液,并形成酸雨.

3我国SO2控制目标及国内外研究动

态

国函5号文确定的”两控区”工业污染源控制

的主要目标是,到2000年排放SO2的工业污染源达

标排放.并实行S02总量控制,到2010年.S02排

放量控制在2000年排放水平以内.

为减少SO2,NOx的排放.保护大气环境,世

界各国都根据本国的技术经济承受能力,并充分考

虑地区的气象,地理和生态环境,制订了各自的摊

放标准.并采取了不同的治理措施.如浓度控制,

总量控制或采取脱硫设备进行污染物控制.我国采

取so2最高允许排放量和总量控制来限制SO,的排

放.并辅之以排污收费制度:美国按锅炉输入百万

英热单位(MBtu)的热量容允排出多少so2并规定

应有脱硫措施及其脱硫效率;日本采用K值法按摊

炯高度的平方值限制so2排放量;德国按不同机组

容量限定排烟中的SO2浓度.并同时规定有脱硫措

施:俄罗斯按锅炉输入单位热值规定SO2容许排放

量和烟气SO2浓度.从脱硫技术的发展来看,70年

代初.日本,美国开始建立工业示范装置,70年代

中期,进入商业运行阶段,此后,脱硫装置的建设

数量稳步增长.8O年代中期,欧洲很多国家,尤其

是原联邦德国,由于严格环保法规,使脱硫装机容

量迅速增长.至1991年底,已有15个国家在燃煤

电厂装设烟气脱硫装置,其中,美国,德国和日本

按其处理容量处于领先地位.我国在脱硫技术的开

发应用方面还处于相对落后的阶段.

收稿日期200I一∞一0

t』二接第41页)

6小结

通过对永昌电厂机,炉及容器上首次应用磁记

一

『乙技术开展检l铡L作,结台其它无损探伤方法进行

验证,我们认为该种检测方法具有设备小巧,操作

简单,检测速度快,灵敏度高,判断准确等特点,

是铁磁性金属部件寻找应力集中点或缺陷,预防设

备早期损伤,早期失效较为理想的检测技术,可大

大减轻探伤人员的劳动强度,克服盲目性,使用面

宽,有着广阔的发展前景.?

收稿日期2001—07—2s