能源利用与可持续发展
上海电力
2005年第6期
上海市火电厂污染物排放控制及环境影响
黄 嵘1, 伏晴艳1, 罗永浩2, 胡 敏1, 吴迓名1, 陆 涛1
(1. 上海市环境监测中心, 上海 200030; 2. 上海交通大学, 上海 200240)
摘 要:电厂是上海市大气重点污染源之一, 上海要保证2010年世博会期间的大气环境质量, 以及在2020年建成生态型城市, 必须加强火电厂的污染物控制。文章在调研了上海市2003年17家电厂污染物排放现状的基础上, 结合上海的实际和未来发展规划, 为该17家电厂制定了削减电厂颗粒物、SO 2和NO X 排放的改造方案, 并使用A DM S -U r ban 模型对改造前后的环境质量进行了模拟。由计算可知, 改造方案实施后, 17家电厂排放的颗粒物、SO 2和N O X 的总量分别可削减67%、91%和46%。关键词:火电厂; 污染物排放; 颗粒物; SO 2; N O X ; 监测子站中图分类号:X82; T M 621 文献标识码:A
电厂是上海市的大气重点污染源之一。根据上海市2003年大气污染物排放研究, 全市颗粒物(烟尘、粉尘和扬尘) 排放总量为59. 32万t, 电力行业为3. 89万t, 占总量的6. 6%; 全市二氧化硫(SO 2) 排放总量为58. 77万t, 电力行业为23. 56万t, 占总量的40. 1%; 全市氮氧化物(NO X ) 排放总量为45. 96万t (含机动车、轮船、飞机等流动源) , 电力行业为15. 11万t, 占总量的32. 9%。
上海市在2010年将举办世博会, 要保证世博会期间的大气环境质量, 一方面需要准确预测现有污染源和新增污染源对大气质量的影响, 另一方面对污染源的根除或防治要有切实可行的对策。从远期目标来看, 上海市在2020年将建成生态型城市, 对大气质量提出更高的要求, 需要提出分阶段实施的行动计划和控制大气质量的长效管理措施。在这样的背景下, 重点污染源排放与大气污染控制的研究显得非常重要。燃煤电厂作为大气污染的主要来源之一, 必须加强控制, 才能有效保障本市大气环境的改善。
上海市火电厂污染物排放控制及环境影响研究是上海市环保局2004年设立的一个重要攻关课题。基于上海市电力能源发展的前景上, 通过调研国内外在电力环保方面的先进控制技术, 对上海市17家电厂逐一提出了治理方案, 并采用英国剑桥ADM S -Ur ban 模型对污染物扩散影响和预期治理效果进行了预测模拟。
质量监测国控点, 其中淀山湖子站为清洁对照点,
通过和市环境监测中心计算机联网, 监测并发布上海市环境空气质量数据。图1显示的是10个国控大气自动监测子站在地图上的分布位置, 主
要分布在外环线以内的城区。
图1 10个国控大气自动监测子站的地理位置分布情况
根据2001~2004年的监测结果显示(见表1) , 本市环境空气污染属煤烟型和石油型并重的复合型污染, 主要污染物年日平均浓度已处于国家规定的环境空气质量优良标准限值边缘。近年来, 虽然通过能源结构调整, 使空气污染在一定程度上得到缓解, 但随着城市的高速发展, 能源消耗日益增长, 机动车保有量持续上升, 区域有限的大气环境容量已无法满足排放总量增加的负荷, 必须对现有大气污染源采取有效的减排措施, 抑制住环境空气质量不断恶化的趋势。
1 上海市空气质量现状
上海市现有10个自动监测子站为环境空气)
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表1 上海市城区大气污染物年日平均浓度
上海电力
3
能源利用与可持续发展
3
mg /m 3
年 份SO 2NO 2
年年年年优良标准限值
0. 100
0. 0600. 080
0. 0430. 0350. 0430. 0550. 0630. 0580. 0570. 062
可吸入颗粒物0. 1000. 1080. 0970. 099
SO 2为100m g/m ; NO X 为250mg/m 。相比之下, 上海市在严化地方排放标准方面显得较为滞后。
根据2003年污染物排放资料统计, 17家电厂中, 颗粒物排放总量约为3. 89万t, 排放量居前5位的电厂是崇明电厂、金山电厂、石洞口第一电厂、闵行电厂和宝钢电厂, 占电厂总排放量的64%; SO 2排放总量约为23. 56万t, 排放量居前5位的电厂是金山电厂、闵行电厂、吴泾热电厂、吴泾第二电厂和石洞口第一电厂, 占电厂总排放量的55%; NO X 排放总量约为15. 11万t, 排放量居前5位的电厂是吴泾热电厂、外高桥电厂、石洞口第一电厂、闵行电厂和石洞口第二电厂, 占电厂总排放量的59%。目前, 外高桥电厂二期2台共180万kW 的燃煤电站已投入运行, 计划将再建设2@100万kW 的燃煤电站, 以满足不断增加的电力需求。可见, 如不及时出台相应污染控制政策及进行技术导向, 上海火电厂的大气污染物排放将对上海的环境空气质量及区域环境带来巨大的负面影响。
2 电厂排放现状
2003年, 上海共有电厂17家, 其中宝钢电厂、金山电厂和高桥电厂是3家企业自备电厂。图2是17家电厂在上海的地理位置图, 其分布集中在吴淞口和黄浦江沿岸, 呈南北纵向分布, 其中有5家电厂分布在外环线以内的城区。
3 控制措施
对于那些仍使用除尘效率较低的老式除尘器的电厂, 改造方案建议采用静电除尘。由于目前大部分电厂已经采用除尘效率较高的静电除尘器, 但是可能由于使用时间过长等原因导致除尘效率下降, 因此对这些电厂可以通过改进除尘器并与湿法脱硫结合起来的改造措施使除尘效率达到99%以上, 排放浓度小于50m g/m 。
烟气脱硫(FGD) 是世界上唯一大规模商业应用的、最有效的脱硫方法, 按照脱硫剂的形态分, 主要有干法、半干法和湿法脱硫3种。虽然半干法和干法烟气脱硫具有处理后烟气温度低、从烟囱中排除适宜于扩散和不产生废水等优点, 在脱硫市场上占有一定的份额, 但是脱硫效率不够高、脱硫剂利用率不高、需增加除尘负荷等缺点也比较明显, 限制了其推广应用。湿法烟气脱硫是在离子条件下的气液反应, 系统运行稳定可靠、脱硫速度快、脱硫效率高、吸收剂利用率高, 虽然也需解决废渣和废水的后处理以及烟气再热等问题, 但是由于上述优点, 故在目前的脱硫市场中占据主导地位。因此, 针对上海市电厂的脱硫改造方案, 全部采用湿法脱硫, 脱硫效率可达90%以上。
脱硝技术全部采用空气分段低NO X 燃烧, 使
)
3
图2 上海17家电厂的地理位置分布情况(2003年)
17家电厂的发电总装机容量为976. 2万kW, 其中燃煤机组883. 7万kW, 占90%。经过调研了解, 除崇明电厂仍在使用除尘效率较低的水膜除尘器外, 其他电厂都已装了静电除尘器, 但和布袋除尘器以及先进的湿法脱硫装置加静电除尘器相比, 除尘效率偏低; 在降低SO 排放上所
2
采取的措施主要是使用低硫煤, 并没有安装脱硫装置; 对于NO X 排放控制, 125M W 以下的小机组很少采用低氮燃烧器, 即使大型机组也只是采用简单的一次风浓淡分离和燃尽风(OFA) 低NO X 燃烧技术。
国外发达国家对电力环保一般采用两项措施:一是增加清洁能源发电比例, 主要是天然气发电和核能发电; 二是严格控制燃煤机组的污染物排放。北京根据绿色奥运的建设目标, 在2002年制订了更为严格的排放标准:颗粒物为30mg/m ;
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NO X 排放浓度降低30%~40%; 有条件的电厂采用天然气再燃, NO X 排放浓度可降低60%~70%; 新建厂用选择性催化还原(SCR) 法, NO X 排放浓度可降低90%; 或者采取相当的新脱硝技术。
此外, 由于历史发展的原因, 火电厂的布局也不合理, 在中心城区和近郊存在较大规模的燃煤机组, 而且有不少是污染重、效率低的老电厂。这些老电厂没有预留空间, 无法增设高效的环保设备, 为制定改造方案增加了技术难度。
经过综合考虑, 针对上海市17家电厂, 逐一设计了改造方案, 如表2所示。预计改造方案实施后, 上海市的电厂颗粒物、SO 2和NO X 的排放量分别可削减67%、91%和46%, 削减后的排放量分别为1. 29万t 、2. 18万t 和8. 15万t 。
表2 上海17家电厂的改造方案
序号[***********]4151617
厂 名外高桥电厂长兴岛第二电厂
南市电厂杨树浦电厂石洞口第二电厂石洞口第一电厂吴泾第二电厂青浦热电厂闵行电厂星火电厂吴泾热电厂崇明电厂高桥电厂金山电厂宝钢电厂闸北电厂(燃油) 闸电燃机电厂(燃油)
改造方案
空气分段+湿法脱硫空气分段+湿法脱硫拆除, 分布式供能
老厂:联合循环
新厂:天然气再燃+湿法脱硫天然气再燃+湿法脱硫天然气再燃+湿法脱硫空气分段+湿法脱硫投石灰石运行燃气) 蒸汽联合循环空气分段+湿法脱硫
老厂:改成2台300M W 机组, 湿法脱硫+S CR+静电除尘新厂:空气分段+湿法脱硫空气分段+
湿法脱硫+布袋除尘石油气再燃+湿法脱硫流化床锅炉:投石灰石运行
煤粉锅炉:空气分段+湿法脱硫燃油锅炉:不改空气分段+湿法脱硫联合循环联合循环
界层结构被可直接测量的物理参数定义, 这使得随高度变化而变化的扩散过程可以更真实地表现出来。这些功能是通过ADMS -Urban 模型中内嵌的气象预处理器得以实现的, 该处理器可处理各种输入数据, 如日期、时间、风速、风向、温度等, 自动计算边界层参数。气象数据可以是原始数据、小时值或经统计分析的数据。该模型另一个特点在于可以与地理信息系统联合使用, 将污染物在大气中的扩散影响直观地表现出来。
5 环境影响测算
本次测算的目的是, 通过设定17家电厂改造方案实施前后的排放量变化, 来预测上海市环境质量的改善情况。设定2003年为基础年, 将2003年各电厂烟囱高度、废气排放速度、污染物排放量等参数整理后输入模型, 建立污染源数据库。将2003年整年上海市逐小时的风速、风向、地面温度等气象因子输入模型(国际气象组织测点代码583620) , 建立气象数据库。图3显示的是2003年上海市气象风玫瑰图。
图3 2003年上海市气象风玫瑰图
为了便于评估改造方案实施前后环境空气质量的变化情况, 将本市10个环境空气质量监测国控点的经纬度坐标作为控制点输入模型。
将改造方案实施前17家电厂的排放量输入模型进行计算, 得到各电厂排放的污染物对上海市中心城区环境空气质量年平均浓度的贡献率, 如表3所示。对颗粒物浓度贡献率进行排序, 最高的5家电厂依次是杨树浦电厂、吴泾热电厂、崇明电厂、高桥电厂和闵行电厂, 合计贡献率达到65%。对SO 2浓度贡献率进行排序, 最高的5家电厂依次是杨树浦电厂、吴泾热电厂、南市电厂、闵行电厂和高桥电厂, 合计贡献率达到71%。对
4 大气扩散模型介绍
本研究选用的大气扩散模型是英国CERC (Cambridge Environmental Research Consultants
Ltd. ) 公司开发的ADMS -Urban 模型。该模型由国家环境保护总局、中国环境规划院推荐使用。ADMS -Urban 模型区别其他用于城市地区大气扩散模型的显著特点是, 该模型应用了现有基于M o -nin -Obukhov 长度和边界层高度描述边界层结构的参数的最新物理知识。在这个最新的方法中, 边)
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NO X 浓度贡献率进行排序, 最高的5家电厂依次是杨树浦电厂、吴泾热电厂、闵行电厂、外高桥电厂和南市电厂, 合计贡献率达到60%。各电厂对环境中污染物浓度的贡献率大小与其污染物排放量的多少基本吻合, 但也有特殊情况, 例如, 杨树浦电厂排放量排名虽然居后, 但地处内外环的城市中心区域, 距离四漂厂大气自动监测子站仅2km , 因此, 计算得到的贡献率最高; 而崇明电厂位于崇明岛上, 距中心城区远, 受到长江口海陆风影响, 扩散条件好, 因此, 其排放的颗粒物对中心城区的影响反而减小。
表3 电厂排放物对中心城区空气质量
年平均浓度的贡献率
厂名杨树浦电厂吴泾热电厂高桥电厂闵行电厂石洞口第一电厂外高桥电厂南市电厂宝钢电厂
石洞口第二电厂吴泾第二电厂
金山电厂闸北电厂崇明电厂闸北燃机电厂星火电厂长兴岛第二电厂青浦热电厂
1颗粒物浓度
[1**********]3
32122
2
2
SO 2浓度
[1**********]352
32
图4 改造后各子站所测的污染物下降幅度
污染物排放总量的持续上升, 区域有限的大气环境容量已无法满足排放总量增加的负荷, 环境空气质量将趋于恶化。
(2) 17家火电厂是本市煤烟型大气污染物的主要排放源。电厂实施除尘器改造、烟气脱硫和脱硝技术经济上可行, 其颗粒物、SO 2和NO X 的排放总量将得到大幅度削减。
(3) 由于17家电厂所处地理位置和污染物排放强度的不同, 对各个大气自动监测子站周边的环境空气质量影响有明显差别, 根据各电厂污染物排放量及贡献率的排序情况, 建议对杨树浦电厂、吴泾热电厂、外高桥电厂、闵行电厂、石洞口第一电厂优先实施改造计划。
(4) 通过测算可知, 改造方案实施后, 电厂排放的颗粒物、SO 2和NO X 的总量分别可削减67%、91%和46%, 而由电厂排放引起的颗粒物、SO 2和NO X 的环境浓度可分别下降73%、94%和55%。
由此可知, 污染物排放总量的下降, 对本市环境空气质量的改善将起到积极的作用, 为确保2010年世博会期间的大气环境质量找到了一个切实可行的对策, 并为更远的将来建成生态型城市, 建立可持续发展的长效管理机制, 打下了良好的基础。
收稿日期:2005-11-23
作者简介:黄嵘(1977-) , 男, 工程师, 大学, 从事大气污染源和环境空气质量分析工作, 021-64395930; 伏晴艳(1973-) , 女, 高级工程师, 硕士, 从事大气环境的研究工作, 021-64395930; 罗永浩(1962-) , 男, 教授, 博士, 从事清洁燃烧、生物质能与氢能、节能技术等领域的教学和研究工作, 021-54742820; 胡敏(1966-) , 男, 高级工程师, 硕士, 从事大气污染源监测工作, 021-64395930; 吴迓名(1976-) , 男, 工程师, 大学, 从事环境有机化学分析工作, 021-64395930; 陆涛(1974-) , 男, 工程师, 硕士, 从事环境信息系统GIS 的研究工作, 021-64395930。
(责任编辑:李 毅)
%
NO X 浓度
[1**********]64
322
将改造方案实施后17家电厂的排放量代入模型进行计算, 结果显示, 10个监测子站的污染物浓度都有不同程度的下降, 如图4所示。颗粒物、SO 2和NO X 的污染浓度平均降幅分别达到了73%、94%和55%。特别是十五厂子站和上师大子站, 受到南、北两个风向吹来的污染物的叠加影响最为显著, 上海市的大气高污染区域也主要集中在这一带的南北走向上, 因此, 改造方案实施后, 该区域的空气质量改善效果最为明显。测算结果说明, 改造方案实施后, 污染物排放量大幅度下降, 对本市环境空气质量的改善起到了积极的作用。改造方案实施前后, 3种污染物在环境空气中浓度分布的效果图可见本刊彩页。
6 结语
(1) 上海正处于城市高速发展和能源消耗总量快速增长时期, 如不加以有效引导, 将导致大气
)
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响应5京都议定书6, 减少发电过程的CO 2排放
曾 闳
(上海电气电站集团, 上海 201108)
摘 要:5京都议定书6尽管在2012年前的第一承诺期未对发展中国家提出减排任务, 但我国由于排放的绝对量大, 因而受到的压力越来越大。我国的电站设备生产企业, 可通过提高发电设备效率、调整产品结构来减少CO 2排放。文章介绍了5京都议定书6对各国的温室气体减排配额、CDM 机制、温室气体对气候影响的两种学说, 以及中国温室气体的排放情况, 并着重对上海电气集团生产的发电设备的CO 2减排情况进行了分析比较。关键词:京都议定书; 温室气体; CDM ; 发电设备中图分类号:X511; T K17 文献标识码:A
1 5京都议定书6对温室气体的减排任务
1997年形成的5京都议定书6是一部限制各国二氧化碳(CO 2) 等温室气体排放量的国际法案, 2005年2月16日正式生效。这是人类历史上首次以法规形式限制温室气体排放。作为全世界范围内现存的唯一一个关于抑制全球气候变暖的国际公约, 5京都议定书6的实行, 成为扭转全球气候变化的第一步。
5京都议定书6规定, 2008~2012年, 所有发达国家(工业化) 的CO 2、甲烷(CH 4) 、氧化亚氮(N 2O) 、六氟化硫(SF 6) 等6种温室气体的排放量, 要比1990年减少5. 2%。为达到限排目标, 各参与公约的工业化国家都被分配到了一定数量的减少排放温室气体的配额。其中欧盟削减
8%、美国削减7%、日本削减6%、加拿大削减6%、东欧各国削减5%~8%。新西兰、俄罗斯和乌克兰可将排放量稳定在1990年水平上。议定书同时允许爱尔兰、澳大利亚和挪威的排放量比1990年分别增加10%、8%和1%。主要发达国家和地区的温室气体减排配额见表1。另外, 5京都议定书6本着/公平性0原则, 考虑到发达国家在其发展历史过程中对地球大气造成严重的破坏及发展中国家经济发展的需要, 对发达国家和发展中国家给予有差别的减排目标, 发展中国家在2012年前的第一承诺期中将不承担减排义务。
2 清洁发展机制(C DM)
各国在减排目标制定后, 可以根据现状采取各种协作行动, 包括:对于难以完成减排任务的国
Fossil power plant pollutant emission control and its impact upon environment in Shanghai
H UAN G Rong 1, F U Qing-y an 1, L UO Yong-hao 2, H U Min 1, W U Ya -ming 1, L U T ao 1
(1. Shang hai M unicipal Environment Mo nitoring Center, Shanghai 200030, China;
2. Shanghai Jiaotong Univ. , Shanghai 200240, China)
Abstract:Po wer plant is one o f the ma in air pollutio n sources in Shang hai. As Shang hai has to g uar ant ee the quality of the atmospher e and env ir onment dur ing t he period o f 2010Wor ld Exposit ion and to beco me an eco lo gy favor ing city in 2020, the contro l of the po llutant fro m the fossil pow er plants sho uld be strenghened. Based upon the r esults of the 2003invest-i g atio n and study o f the stat us guo of the pollutant emissio n fr om the 17pow er plants in Shang hai, a retr ofit scheme to re -duce the particulat es, SO 2and N O X emission o f the abov e 17po wer plants ar e fo rmulated in combination w it h the practical futur e development plan of Shang hai. A DM S -U r ban mo del w as used to simulate the quality o f the env iro nment befo re and after the retr ofit. T he r esult o f computat ion sho ws that after the implementat ion of the retr ofit scheme t he to tal quantity of the par ticulate, SO 2and N O X emission can be reduced fo r 67%, 91%and 45%respectively. Key words:fossil power plant; pollutant emission; particulates; SO 2; NO X ; branch monitoring station
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上海市火电厂污染物排放控制及环境影响
黄 嵘1, 伏晴艳1, 罗永浩2, 胡 敏1, 吴迓名1, 陆 涛1
(1. 上海市环境监测中心, 上海 200030; 2. 上海交通大学, 上海 200240)
摘 要:电厂是上海市大气重点污染源之一, 上海要保证2010年世博会期间的大气环境质量, 以及在2020年建成生态型城市, 必须加强火电厂的污染物控制。文章在调研了上海市2003年17家电厂污染物排放现状的基础上, 结合上海的实际和未来发展规划, 为该17家电厂制定了削减电厂颗粒物、SO 2和NO X 排放的改造方案, 并使用A DM S -U r ban 模型对改造前后的环境质量进行了模拟。由计算可知, 改造方案实施后, 17家电厂排放的颗粒物、SO 2和N O X 的总量分别可削减67%、91%和46%。关键词:火电厂; 污染物排放; 颗粒物; SO 2; N O X ; 监测子站中图分类号:X82; T M 621 文献标识码:A
电厂是上海市的大气重点污染源之一。根据上海市2003年大气污染物排放研究, 全市颗粒物(烟尘、粉尘和扬尘) 排放总量为59. 32万t, 电力行业为3. 89万t, 占总量的6. 6%; 全市二氧化硫(SO 2) 排放总量为58. 77万t, 电力行业为23. 56万t, 占总量的40. 1%; 全市氮氧化物(NO X ) 排放总量为45. 96万t (含机动车、轮船、飞机等流动源) , 电力行业为15. 11万t, 占总量的32. 9%。
上海市在2010年将举办世博会, 要保证世博会期间的大气环境质量, 一方面需要准确预测现有污染源和新增污染源对大气质量的影响, 另一方面对污染源的根除或防治要有切实可行的对策。从远期目标来看, 上海市在2020年将建成生态型城市, 对大气质量提出更高的要求, 需要提出分阶段实施的行动计划和控制大气质量的长效管理措施。在这样的背景下, 重点污染源排放与大气污染控制的研究显得非常重要。燃煤电厂作为大气污染的主要来源之一, 必须加强控制, 才能有效保障本市大气环境的改善。
上海市火电厂污染物排放控制及环境影响研究是上海市环保局2004年设立的一个重要攻关课题。基于上海市电力能源发展的前景上, 通过调研国内外在电力环保方面的先进控制技术, 对上海市17家电厂逐一提出了治理方案, 并采用英国剑桥ADM S -Ur ban 模型对污染物扩散影响和预期治理效果进行了预测模拟。
质量监测国控点, 其中淀山湖子站为清洁对照点,
通过和市环境监测中心计算机联网, 监测并发布上海市环境空气质量数据。图1显示的是10个国控大气自动监测子站在地图上的分布位置, 主
要分布在外环线以内的城区。
图1 10个国控大气自动监测子站的地理位置分布情况
根据2001~2004年的监测结果显示(见表1) , 本市环境空气污染属煤烟型和石油型并重的复合型污染, 主要污染物年日平均浓度已处于国家规定的环境空气质量优良标准限值边缘。近年来, 虽然通过能源结构调整, 使空气污染在一定程度上得到缓解, 但随着城市的高速发展, 能源消耗日益增长, 机动车保有量持续上升, 区域有限的大气环境容量已无法满足排放总量增加的负荷, 必须对现有大气污染源采取有效的减排措施, 抑制住环境空气质量不断恶化的趋势。
1 上海市空气质量现状
上海市现有10个自动监测子站为环境空气)
2005年第6期
表1 上海市城区大气污染物年日平均浓度
上海电力
3
能源利用与可持续发展
3
mg /m 3
年 份SO 2NO 2
年年年年优良标准限值
0. 100
0. 0600. 080
0. 0430. 0350. 0430. 0550. 0630. 0580. 0570. 062
可吸入颗粒物0. 1000. 1080. 0970. 099
SO 2为100m g/m ; NO X 为250mg/m 。相比之下, 上海市在严化地方排放标准方面显得较为滞后。
根据2003年污染物排放资料统计, 17家电厂中, 颗粒物排放总量约为3. 89万t, 排放量居前5位的电厂是崇明电厂、金山电厂、石洞口第一电厂、闵行电厂和宝钢电厂, 占电厂总排放量的64%; SO 2排放总量约为23. 56万t, 排放量居前5位的电厂是金山电厂、闵行电厂、吴泾热电厂、吴泾第二电厂和石洞口第一电厂, 占电厂总排放量的55%; NO X 排放总量约为15. 11万t, 排放量居前5位的电厂是吴泾热电厂、外高桥电厂、石洞口第一电厂、闵行电厂和石洞口第二电厂, 占电厂总排放量的59%。目前, 外高桥电厂二期2台共180万kW 的燃煤电站已投入运行, 计划将再建设2@100万kW 的燃煤电站, 以满足不断增加的电力需求。可见, 如不及时出台相应污染控制政策及进行技术导向, 上海火电厂的大气污染物排放将对上海的环境空气质量及区域环境带来巨大的负面影响。
2 电厂排放现状
2003年, 上海共有电厂17家, 其中宝钢电厂、金山电厂和高桥电厂是3家企业自备电厂。图2是17家电厂在上海的地理位置图, 其分布集中在吴淞口和黄浦江沿岸, 呈南北纵向分布, 其中有5家电厂分布在外环线以内的城区。
3 控制措施
对于那些仍使用除尘效率较低的老式除尘器的电厂, 改造方案建议采用静电除尘。由于目前大部分电厂已经采用除尘效率较高的静电除尘器, 但是可能由于使用时间过长等原因导致除尘效率下降, 因此对这些电厂可以通过改进除尘器并与湿法脱硫结合起来的改造措施使除尘效率达到99%以上, 排放浓度小于50m g/m 。
烟气脱硫(FGD) 是世界上唯一大规模商业应用的、最有效的脱硫方法, 按照脱硫剂的形态分, 主要有干法、半干法和湿法脱硫3种。虽然半干法和干法烟气脱硫具有处理后烟气温度低、从烟囱中排除适宜于扩散和不产生废水等优点, 在脱硫市场上占有一定的份额, 但是脱硫效率不够高、脱硫剂利用率不高、需增加除尘负荷等缺点也比较明显, 限制了其推广应用。湿法烟气脱硫是在离子条件下的气液反应, 系统运行稳定可靠、脱硫速度快、脱硫效率高、吸收剂利用率高, 虽然也需解决废渣和废水的后处理以及烟气再热等问题, 但是由于上述优点, 故在目前的脱硫市场中占据主导地位。因此, 针对上海市电厂的脱硫改造方案, 全部采用湿法脱硫, 脱硫效率可达90%以上。
脱硝技术全部采用空气分段低NO X 燃烧, 使
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图2 上海17家电厂的地理位置分布情况(2003年)
17家电厂的发电总装机容量为976. 2万kW, 其中燃煤机组883. 7万kW, 占90%。经过调研了解, 除崇明电厂仍在使用除尘效率较低的水膜除尘器外, 其他电厂都已装了静电除尘器, 但和布袋除尘器以及先进的湿法脱硫装置加静电除尘器相比, 除尘效率偏低; 在降低SO 排放上所
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采取的措施主要是使用低硫煤, 并没有安装脱硫装置; 对于NO X 排放控制, 125M W 以下的小机组很少采用低氮燃烧器, 即使大型机组也只是采用简单的一次风浓淡分离和燃尽风(OFA) 低NO X 燃烧技术。
国外发达国家对电力环保一般采用两项措施:一是增加清洁能源发电比例, 主要是天然气发电和核能发电; 二是严格控制燃煤机组的污染物排放。北京根据绿色奥运的建设目标, 在2002年制订了更为严格的排放标准:颗粒物为30mg/m ;
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能源利用与可持续发展
上海电力
2005年第6期
NO X 排放浓度降低30%~40%; 有条件的电厂采用天然气再燃, NO X 排放浓度可降低60%~70%; 新建厂用选择性催化还原(SCR) 法, NO X 排放浓度可降低90%; 或者采取相当的新脱硝技术。
此外, 由于历史发展的原因, 火电厂的布局也不合理, 在中心城区和近郊存在较大规模的燃煤机组, 而且有不少是污染重、效率低的老电厂。这些老电厂没有预留空间, 无法增设高效的环保设备, 为制定改造方案增加了技术难度。
经过综合考虑, 针对上海市17家电厂, 逐一设计了改造方案, 如表2所示。预计改造方案实施后, 上海市的电厂颗粒物、SO 2和NO X 的排放量分别可削减67%、91%和46%, 削减后的排放量分别为1. 29万t 、2. 18万t 和8. 15万t 。
表2 上海17家电厂的改造方案
序号[***********]4151617
厂 名外高桥电厂长兴岛第二电厂
南市电厂杨树浦电厂石洞口第二电厂石洞口第一电厂吴泾第二电厂青浦热电厂闵行电厂星火电厂吴泾热电厂崇明电厂高桥电厂金山电厂宝钢电厂闸北电厂(燃油) 闸电燃机电厂(燃油)
改造方案
空气分段+湿法脱硫空气分段+湿法脱硫拆除, 分布式供能
老厂:联合循环
新厂:天然气再燃+湿法脱硫天然气再燃+湿法脱硫天然气再燃+湿法脱硫空气分段+湿法脱硫投石灰石运行燃气) 蒸汽联合循环空气分段+湿法脱硫
老厂:改成2台300M W 机组, 湿法脱硫+S CR+静电除尘新厂:空气分段+湿法脱硫空气分段+
湿法脱硫+布袋除尘石油气再燃+湿法脱硫流化床锅炉:投石灰石运行
煤粉锅炉:空气分段+湿法脱硫燃油锅炉:不改空气分段+湿法脱硫联合循环联合循环
界层结构被可直接测量的物理参数定义, 这使得随高度变化而变化的扩散过程可以更真实地表现出来。这些功能是通过ADMS -Urban 模型中内嵌的气象预处理器得以实现的, 该处理器可处理各种输入数据, 如日期、时间、风速、风向、温度等, 自动计算边界层参数。气象数据可以是原始数据、小时值或经统计分析的数据。该模型另一个特点在于可以与地理信息系统联合使用, 将污染物在大气中的扩散影响直观地表现出来。
5 环境影响测算
本次测算的目的是, 通过设定17家电厂改造方案实施前后的排放量变化, 来预测上海市环境质量的改善情况。设定2003年为基础年, 将2003年各电厂烟囱高度、废气排放速度、污染物排放量等参数整理后输入模型, 建立污染源数据库。将2003年整年上海市逐小时的风速、风向、地面温度等气象因子输入模型(国际气象组织测点代码583620) , 建立气象数据库。图3显示的是2003年上海市气象风玫瑰图。
图3 2003年上海市气象风玫瑰图
为了便于评估改造方案实施前后环境空气质量的变化情况, 将本市10个环境空气质量监测国控点的经纬度坐标作为控制点输入模型。
将改造方案实施前17家电厂的排放量输入模型进行计算, 得到各电厂排放的污染物对上海市中心城区环境空气质量年平均浓度的贡献率, 如表3所示。对颗粒物浓度贡献率进行排序, 最高的5家电厂依次是杨树浦电厂、吴泾热电厂、崇明电厂、高桥电厂和闵行电厂, 合计贡献率达到65%。对SO 2浓度贡献率进行排序, 最高的5家电厂依次是杨树浦电厂、吴泾热电厂、南市电厂、闵行电厂和高桥电厂, 合计贡献率达到71%。对
4 大气扩散模型介绍
本研究选用的大气扩散模型是英国CERC (Cambridge Environmental Research Consultants
Ltd. ) 公司开发的ADMS -Urban 模型。该模型由国家环境保护总局、中国环境规划院推荐使用。ADMS -Urban 模型区别其他用于城市地区大气扩散模型的显著特点是, 该模型应用了现有基于M o -nin -Obukhov 长度和边界层高度描述边界层结构的参数的最新物理知识。在这个最新的方法中, 边)
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NO X 浓度贡献率进行排序, 最高的5家电厂依次是杨树浦电厂、吴泾热电厂、闵行电厂、外高桥电厂和南市电厂, 合计贡献率达到60%。各电厂对环境中污染物浓度的贡献率大小与其污染物排放量的多少基本吻合, 但也有特殊情况, 例如, 杨树浦电厂排放量排名虽然居后, 但地处内外环的城市中心区域, 距离四漂厂大气自动监测子站仅2km , 因此, 计算得到的贡献率最高; 而崇明电厂位于崇明岛上, 距中心城区远, 受到长江口海陆风影响, 扩散条件好, 因此, 其排放的颗粒物对中心城区的影响反而减小。
表3 电厂排放物对中心城区空气质量
年平均浓度的贡献率
厂名杨树浦电厂吴泾热电厂高桥电厂闵行电厂石洞口第一电厂外高桥电厂南市电厂宝钢电厂
石洞口第二电厂吴泾第二电厂
金山电厂闸北电厂崇明电厂闸北燃机电厂星火电厂长兴岛第二电厂青浦热电厂
1颗粒物浓度
[1**********]3
32122
2
2
SO 2浓度
[1**********]352
32
图4 改造后各子站所测的污染物下降幅度
污染物排放总量的持续上升, 区域有限的大气环境容量已无法满足排放总量增加的负荷, 环境空气质量将趋于恶化。
(2) 17家火电厂是本市煤烟型大气污染物的主要排放源。电厂实施除尘器改造、烟气脱硫和脱硝技术经济上可行, 其颗粒物、SO 2和NO X 的排放总量将得到大幅度削减。
(3) 由于17家电厂所处地理位置和污染物排放强度的不同, 对各个大气自动监测子站周边的环境空气质量影响有明显差别, 根据各电厂污染物排放量及贡献率的排序情况, 建议对杨树浦电厂、吴泾热电厂、外高桥电厂、闵行电厂、石洞口第一电厂优先实施改造计划。
(4) 通过测算可知, 改造方案实施后, 电厂排放的颗粒物、SO 2和NO X 的总量分别可削减67%、91%和46%, 而由电厂排放引起的颗粒物、SO 2和NO X 的环境浓度可分别下降73%、94%和55%。
由此可知, 污染物排放总量的下降, 对本市环境空气质量的改善将起到积极的作用, 为确保2010年世博会期间的大气环境质量找到了一个切实可行的对策, 并为更远的将来建成生态型城市, 建立可持续发展的长效管理机制, 打下了良好的基础。
收稿日期:2005-11-23
作者简介:黄嵘(1977-) , 男, 工程师, 大学, 从事大气污染源和环境空气质量分析工作, 021-64395930; 伏晴艳(1973-) , 女, 高级工程师, 硕士, 从事大气环境的研究工作, 021-64395930; 罗永浩(1962-) , 男, 教授, 博士, 从事清洁燃烧、生物质能与氢能、节能技术等领域的教学和研究工作, 021-54742820; 胡敏(1966-) , 男, 高级工程师, 硕士, 从事大气污染源监测工作, 021-64395930; 吴迓名(1976-) , 男, 工程师, 大学, 从事环境有机化学分析工作, 021-64395930; 陆涛(1974-) , 男, 工程师, 硕士, 从事环境信息系统GIS 的研究工作, 021-64395930。
(责任编辑:李 毅)
%
NO X 浓度
[1**********]64
322
将改造方案实施后17家电厂的排放量代入模型进行计算, 结果显示, 10个监测子站的污染物浓度都有不同程度的下降, 如图4所示。颗粒物、SO 2和NO X 的污染浓度平均降幅分别达到了73%、94%和55%。特别是十五厂子站和上师大子站, 受到南、北两个风向吹来的污染物的叠加影响最为显著, 上海市的大气高污染区域也主要集中在这一带的南北走向上, 因此, 改造方案实施后, 该区域的空气质量改善效果最为明显。测算结果说明, 改造方案实施后, 污染物排放量大幅度下降, 对本市环境空气质量的改善起到了积极的作用。改造方案实施前后, 3种污染物在环境空气中浓度分布的效果图可见本刊彩页。
6 结语
(1) 上海正处于城市高速发展和能源消耗总量快速增长时期, 如不加以有效引导, 将导致大气
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能源利用与可持续发展
上海电力
2005年第6期
响应5京都议定书6, 减少发电过程的CO 2排放
曾 闳
(上海电气电站集团, 上海 201108)
摘 要:5京都议定书6尽管在2012年前的第一承诺期未对发展中国家提出减排任务, 但我国由于排放的绝对量大, 因而受到的压力越来越大。我国的电站设备生产企业, 可通过提高发电设备效率、调整产品结构来减少CO 2排放。文章介绍了5京都议定书6对各国的温室气体减排配额、CDM 机制、温室气体对气候影响的两种学说, 以及中国温室气体的排放情况, 并着重对上海电气集团生产的发电设备的CO 2减排情况进行了分析比较。关键词:京都议定书; 温室气体; CDM ; 发电设备中图分类号:X511; T K17 文献标识码:A
1 5京都议定书6对温室气体的减排任务
1997年形成的5京都议定书6是一部限制各国二氧化碳(CO 2) 等温室气体排放量的国际法案, 2005年2月16日正式生效。这是人类历史上首次以法规形式限制温室气体排放。作为全世界范围内现存的唯一一个关于抑制全球气候变暖的国际公约, 5京都议定书6的实行, 成为扭转全球气候变化的第一步。
5京都议定书6规定, 2008~2012年, 所有发达国家(工业化) 的CO 2、甲烷(CH 4) 、氧化亚氮(N 2O) 、六氟化硫(SF 6) 等6种温室气体的排放量, 要比1990年减少5. 2%。为达到限排目标, 各参与公约的工业化国家都被分配到了一定数量的减少排放温室气体的配额。其中欧盟削减
8%、美国削减7%、日本削减6%、加拿大削减6%、东欧各国削减5%~8%。新西兰、俄罗斯和乌克兰可将排放量稳定在1990年水平上。议定书同时允许爱尔兰、澳大利亚和挪威的排放量比1990年分别增加10%、8%和1%。主要发达国家和地区的温室气体减排配额见表1。另外, 5京都议定书6本着/公平性0原则, 考虑到发达国家在其发展历史过程中对地球大气造成严重的破坏及发展中国家经济发展的需要, 对发达国家和发展中国家给予有差别的减排目标, 发展中国家在2012年前的第一承诺期中将不承担减排义务。
2 清洁发展机制(C DM)
各国在减排目标制定后, 可以根据现状采取各种协作行动, 包括:对于难以完成减排任务的国
Fossil power plant pollutant emission control and its impact upon environment in Shanghai
H UAN G Rong 1, F U Qing-y an 1, L UO Yong-hao 2, H U Min 1, W U Ya -ming 1, L U T ao 1
(1. Shang hai M unicipal Environment Mo nitoring Center, Shanghai 200030, China;
2. Shanghai Jiaotong Univ. , Shanghai 200240, China)
Abstract:Po wer plant is one o f the ma in air pollutio n sources in Shang hai. As Shang hai has to g uar ant ee the quality of the atmospher e and env ir onment dur ing t he period o f 2010Wor ld Exposit ion and to beco me an eco lo gy favor ing city in 2020, the contro l of the po llutant fro m the fossil pow er plants sho uld be strenghened. Based upon the r esults of the 2003invest-i g atio n and study o f the stat us guo of the pollutant emissio n fr om the 17pow er plants in Shang hai, a retr ofit scheme to re -duce the particulat es, SO 2and N O X emission o f the abov e 17po wer plants ar e fo rmulated in combination w it h the practical futur e development plan of Shang hai. A DM S -U r ban mo del w as used to simulate the quality o f the env iro nment befo re and after the retr ofit. T he r esult o f computat ion sho ws that after the implementat ion of the retr ofit scheme t he to tal quantity of the par ticulate, SO 2and N O X emission can be reduced fo r 67%, 91%and 45%respectively. Key words:fossil power plant; pollutant emission; particulates; SO 2; NO X ; branch monitoring station
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