中国燃煤电厂大气污染物排放及环境影响研究
燃煤电厂大气污染物排放与净化技术研究

燃煤电厂大气污染物排放与净化技术研究随着工业化的推进和经济的快速增长,我国燃煤电厂逐渐成为重要的能源供应来源。
然而,燃煤电厂在发电过程中产生的大气污染物排放,给环境和人类健康带来了巨大的威胁。
因此,研究和发展燃煤电厂大气污染物排放控制和净化技术,成为当今环境保护的重要课题。
1. 燃煤电厂大气污染物排放现状燃煤电厂燃烧过程中产生的大气污染物主要包括二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、颗粒物等。
这些污染物对大气质量和人类健康造成严重威胁,尤其是细颗粒物和二氧化硫对呼吸系统的损害更为突出。
因此,控制和减少燃煤电厂的大气污染物排放是保护环境和改善空气质量的当务之急。
2. 排放控制技术的发展为了减少燃煤电厂大气污染物排放,人们开发了一系列排放控制技术。
其中,烟气脱硫技术、脱硝技术和除尘技术被广泛应用于燃煤电厂。
烟气脱硫技术主要采用湿法石膏法和半干法海藻糖法,能有效减少二氧化硫排放。
脱硝技术主要包括选择性催化还原法、氨法和吸附法,可有效减少氮氧化物排放。
除尘技术则包括静电除尘、布袋除尘和湿电除尘等多种方式,可以减少颗粒物排放。
3. 燃煤电厂大气污染物净化技术的研究尽管排放控制技术在一定程度上减少了燃煤电厂的大气污染物排放,但仍然存在一定的局限性。
因此,研究和发展更高效的大气污染物净化技术显得尤为重要。
近年来,一些先进的净化技术开始受到关注,如湿式电除尘技术、烟气脱硝催化剂技术和多级除尘器技术。
湿式电除尘技术是一种新型的烟气脱硝技术,通过利用水膜和电场的作用,将烟气中的颗粒物和有害气体去除。
与传统除尘技术相比,湿式电除尘技术具有更高的除尘效率和更低的能耗。
烟气脱硝催化剂技术则采用催化剂催化剂转化烟气中的氮氧化物,使其转化为氮气和水蒸汽。
多级除尘器技术则利用多级过滤的原理,逐级净化烟气中的颗粒物,达到更高的除尘效果。
4. 技术研究的挑战与展望燃煤电厂大气污染物净化技术的研究面临着一些挑战。
首先,成本问题是一个重要的考虑因素。
燃煤电厂在不同气象条件下对大气污染物排放的影响研究

燃煤电厂在不同气象条件下对大气污染物排放的影响研究近年来,随着全球工业化进程的加快和能源需求的不断增长,燃煤电厂逐渐成为了主要的电力供应来源之一。
然而,燃煤电厂所排放的大气污染物对空气质量和人体健康产生了不可忽视的影响。
在不同气象条件下,燃煤电厂的排放浓度和传输距离存在着一定的差异,这对于环境保护和公众健康至关重要。
首先,气温是影响燃煤电厂大气污染物排放的重要因素之一。
在较低的气温下,燃煤电厂所排放的二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)等污染物会更加显著地积聚在空气中,导致空气质量下降。
冬季是气温较低的季节,燃煤电厂在这个季节的排放会更加严重,进一步加剧了大气污染。
因此,在气温较低的地区,对燃煤电厂的排放控制需要加强监管和管理。
其次,风速也对燃煤电厂排放的污染物的传输和扩散产生重要影响。
风速较低时,燃煤电厂所产生的污染物会在较小的范围内积聚,导致污染物浓度较高。
而当风速较高时,污染物排放会更快地扩散到周围的环境中,减少了局部区域的污染程度。
因此,对于位于风速较低地区的燃煤电厂,应加强对排放浓度的监测和控制,以减少污染物积聚对环境的影响。
另外,降水量也会影响燃煤电厂大气污染物排放的传输路径和浓度。
降水可以通过湿降、干沉等方式将污染物清除,并将其沉降到地面,减少了大气中的污染物浓度。
因此,降水量较高的地区可能会受到燃煤电厂排放的影响较小。
然而,降水后的地表水循环中,污染物也会进入水体,从而对水环境造成潜在的影响,因此在降水较多的地区,也需要防止水污染的发生。
此外,气象条件还包括气压、湿度和逆温等,这些因素对于燃煤电厂排放的污染物运动和扩散也具有一定的影响。
逆温是指大气温度在一定高度范围内随着高度的增加而增加的现象。
逆温条件下,污染物往往会在较低的空间范围内积聚,造成局部区域的严重污染。
因此,在逆温条件下,应采取有针对性的控制措施,以减少污染物排放对环境的影响。
综上所述,燃煤电厂在不同气象条件下对大气污染物排放的影响具有一定的差异性。
燃煤电厂的污染控制及环境影响

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循环流化床锅炉(CFB)产生的颗粒物多呈不规则形状, 具有较大的表面积。由于 CFB 燃烧温度低于煤粉炉,气 化凝结的颗粒物少,主要为残灰粒子,且多为未熔或部分 熔融矿物。
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2 废水污染物
燃煤电厂排放的废水是一种人为的污染源。主要有灰水,化 学酸碱废水,洗煤废水,含油废水,煤场脱硫水,暖水(清 水)和其他工业废水。其中,直接冷却水排放的冷凝器,接 近 10×104m3/h,占比火电厂用水总量的 90%。但一般不作 为废水处理。冲灰水有排放量大、污染最为严重和循环使用 率低的特点,针对冲灰水存在的问题,发电厂主要用于干灰, 浓浆输灰,等一系列的贮灰场排水回收和处理措施。目前现 有的技术已经对冲灰水进行了较好的处理,因此一般污水主 要是指厂区排水和灰场排水。燃煤电厂的除灰方式在首选干 除灰或水力除灰的方式,目的是使灰水使用后回收再利用, 形成一个有效的循环模式。
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徐鸿等在研究燃煤电厂除尘装置时通过实验得出其对微粒的 控制效率规律:电除尘器对粒径10μm以上颗粒很容易捕集, 但对5μm以下颗粒捕集效率急剧下降,对PM2.5的捕集效率更 低,从而导致相当数量的细颗粒排放到大气环境中。
有以上研究结果可知,静电除尘器对 PM2.5的脱除效果较差,主要原因是 粉尘荷电对0.1μm左右的细微颗 粒效果很差,导致对PM2.5 的脱除 效果不好。
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三、燃煤电厂产污环节
根据传统的燃煤电厂工艺流程,煤储存、输送、煤燃烧、 发电的过程都可能会对环境造成污染。综合看来,主要的排 污环节可以分为以下几个:
(1)燃煤的贮存及输送过程。
(2)燃油的贮存及输送过程。
燃煤电厂对大气污染的控制研究

燃煤电厂对大气污染的控制研究燃煤电厂是目前世界上主要的电力生产方式之一,但是燃煤电厂在发电过程中会产生大量的大气污染物,对环境和人类健康造成严重影响,因此如何控制燃煤电厂对大气污染的影响成为一个迫切需要解决的问题。
本文将对燃煤电厂对大气污染的影响及其控制措施进行研究。
燃煤电厂对大气污染的影响主要表现在以下几个方面:一是二氧化硫排放。
燃煤电厂中的硫含量较高,燃烧过程中会产生大量的二氧化硫排放到大气中,形成酸雨等污染。
二是氮氧化物排放。
燃煤电厂中的高温燃烧会导致大量氮气和氧气反应,产生氮氧化物排放,对大气质量造成严重影响。
三是颗粒物排放。
燃煤电厂在燃烧过程中会产生大量的颗粒物排放,对空气质量和人体健康都会造成危害。
为了控制燃煤电厂对大气污染的影响,需要采取一系列的控制措施。
首先是采用先进的脱硫技术来减少二氧化硫排放。
脱硫技术主要分为干法脱硫和湿法脱硫两种,其中湿法脱硫效果更好,可以达到90%以上的脱硫率。
其次是采用低氮燃烧技术来减少氮氧化物排放。
这种技术主要包括SNCR技术和SCR技术,可以有效降低燃煤电厂的氮氧化物排放量。
还可以采用除尘设备来减少颗粒物排放。
除尘设备主要包括静电除尘器、布袋除尘器和电袋复合除尘器等,可以将燃煤电厂的颗粒物排放控制在国家规定的排放标准之内。
除了以上的控制措施之外,还可以通过提高燃煤电厂的燃烧效率来减少污染物的排放。
提高燃烧效率不仅可以减少燃煤的消耗,降低运行成本,还可以减少污染物的排放。
还可以采用烟气脱硝和烟气脱硫的技术来进一步降低氮氧化物和二氧化硫的排放量。
这些技术在减少大气污染方面发挥着重要的作用。
除了技术手段外,政府和企业也可以采取一些管理措施来控制燃煤电厂对大气污染的影响。
加强对燃煤电厂的环境监管,严格执行排放标准,加大对违规排放行为的处罚力度等。
还可以鼓励燃煤电厂进行清洁生产和节能减排,通过经济和政策手段来促使企业自觉降低排放。
控制燃煤电厂对大气污染的影响是一项复杂的系统工程,需要政府、企业和科研机构的共同努力。
燃煤电厂大气污染排放控制研究

燃煤电厂大气污染排放控制研究随着工业化的快速发展,燃煤电厂成为主要的能源供应来源。
然而,燃煤电厂排放的大量废气和颗粒物中的有害物质却严重污染了大气环境,对人类健康和生态系统造成了巨大的威胁。
因此,开展燃煤电厂大气污染排放控制研究,探索解决途径和技术手段,成为当今环保领域的重要课题之一。
1. 燃煤电厂大气污染排放现状目前,燃煤电厂排放的主要有害物质包括二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)、颗粒物和重金属等。
这些物质会引发雾霾、酸雨等环境问题,对空气质量造成恶劣影响,且部分有害物质具有潜在的致癌和毒性。
燃煤电厂大气污染的严重性不容忽视,迫切需要采取有效措施加以控制。
2. 燃煤电厂大气污染排放控制技术控制燃煤电厂大气污染排放,需要综合运用多种技术手段。
首先,燃烧优化技术可以提高燃煤电厂的燃烧效率,减少废气排放。
其次,脱硫技术可以将二氧化硫转化为硫酸盐或硫元素,并实现无害化排放。
此外,脱氮技术可以减少氮氧化物的排放,包括选择性催化还原技术(SCR)、选择性非催化还原技术(SNCR)等。
最后,颗粒物捕集技术可以有效控制颗粒物排放,包括静电沉积、湿式电除尘等。
3. 燃煤电厂大气污染排放控制效果评估对于已经引入大气污染排放控制技术的燃煤电厂,需要进行排放控制效果评估。
评估指标主要包括排放浓度、排放速率和排放总量等。
通过定期监测和数据分析,可以评估控制技术的有效性,并为进一步改进和优化提供参考。
4. 燃煤电厂大气污染排放控制的挑战与前景燃煤电厂大气污染排放控制面临许多挑战。
首先,技术成本较高,需要投入大量资金进行设备安装和运维。
其次,实施过程中需要解决技术选型、设备更新和运维管理等问题。
同时,煤炭资源的限制和能源结构调整也对燃煤电厂大气污染排放控制提出了新的要求。
然而,燃煤电厂大气污染排放控制的前景仍然值得期待。
首先,科技发展为技术手段的改进和创新提供了新的机遇。
例如,利用先进的脱硫、脱氮和除尘技术,可以将污染物的排放降到最低。
我国火电厂大气污染防治现状研究

我国火电厂大气污染防治现状研究1. 引言1.1 研究背景:在当今社会,火电厂作为我国主要的电力供应方式之一,扮演着至关重要的角色。
随着火电厂的不断增加和运行,其排放的大气污染物也日益严重,给人们的生活和环境带来了严重影响。
研究火电厂大气污染防治的重要性愈发凸显。
火电厂在煤炭、燃料油等燃料的燃烧过程中,会释放大量的二氧化硫、氮氧化物、颗粒物等有害气体和颗粒物质,直接导致空气质量恶化和大气污染问题严重。
尤其在雾霾天气频发的情况下,火电厂排放的污染物对空气质量的影响更为显著。
研究我国火电厂大气污染防治的现状,探讨其来源、政策、技术和分析防治效果,对于有效减少大气污染物排放、改善环境质量,具有重要意义。
这也是本研究的背景所在。
通过深入研究和分析,可以为我国火电厂大气污染防治工作提供科学依据和参考,推动相关政策和技术的进一步发展,实现环境保护与可持续发展的良性循环。
1.2 研究目的研究目的是为了深入了解我国火电厂大气污染的现状和问题,明确相关政策和技术的应用情况,分析防治措施的有效性和不足之处,为进一步完善我国火电厂大气污染防治政策提供科学依据。
通过对我国火电厂大气污染防治现状进行研究,可以发现现有政策与技术在实际应用中的效果,为未来改进策略和措施提供参考,推动我国火电厂大气污染防治工作向更加科学、有效的方向发展。
本研究旨在全面了解我国火电厂大气污染防治的现状和问题,为未来持续改进和提升我国火电厂大气污染治理水平提供理论和实践支持。
1.3 研究意义我国火电厂大气污染防治的研究意义主要体现在以下几个方面:火电厂是我国能源生产的主要来源之一,也是大气污染的重要排放源之一。
通过对火电厂大气污染防治的研究,可以有效减少大气污染物排放,改善空气质量,保护人民健康。
火电厂大气污染防治的研究对于推动我国能源清洁化、低碳化发展具有重要意义。
随着我国经济和社会的发展,能源消费量不断增加,大气污染问题日益严重。
通过研究火电厂大气污染防治技术,可以提高能源利用效率,降低碳排放,促进绿色发展。
燃煤电厂对大气污染的控制研究

燃煤电厂对大气污染的控制研究燃煤电厂作为中国主要的能源源之一,为满足国家经济发展的需求做出了重要贡献。
燃煤电厂在发电过程中产生的废气和粉尘等污染物对大气环境造成了严重的影响。
研究燃煤电厂对大气污染的控制具有重要的现实意义。
燃煤电厂排放的污染物主要包括二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)、颗粒物(PM)、一氧化碳(CO)等。
这些污染物不仅对大气环境造成严重的污染,还对人体健康产生负面影响。
研究如何对这些污染物进行控制和减排是非常重要的。
在研究燃煤电厂对大气污染的控制方面,主要可以从两个方面进行:一方面是研究如何提高燃烧效率,减少燃煤电厂的污染物排放;另一方面是研究如何对燃煤电厂的废气进行净化处理,降低排放的污染物浓度。
提高燃烧效率可以减少燃煤电厂的污染物排放。
目前,有多种技术可以用于提高燃烧效率,如燃烧优化技术、燃烧控制技术等。
燃烧优化技术主要包括改善燃烧工况、优化燃烧参数等,可以提高燃烧效率,降低二氧化碳和一氧化碳的排放。
燃烧控制技术主要是通过控制燃烧过程中的氧气和燃料比例,达到最佳的燃烧效果。
这些技术可以有效地减少燃烧过程中产生的污染物。
除了提高燃烧效率,对燃煤电厂废气的净化处理也是重要的研究方向。
废气净化技术主要包括烟气脱硫、脱硝和除尘等。
烟气脱硫是目前最常用的净化技术之一,可以通过吸收剂吸收或氧化形成的气体脱硫。
脱硝技术主要通过催化剂将氮氧化物还原为氮气和水。
除尘技术主要使用颗粒物收集设备,如静电除尘器、布袋除尘器等,将颗粒物从废气中去除。
除了燃烧优化和废气净化这些技术,燃煤电厂对大气污染的控制还可以从其他方面进行研究。
减少煤炭含硫量,可以减少燃烧过程中产生的二氧化硫。
加强燃煤电厂的管理和监控,可以及时发现和处理污染物排放问题。
还可以通过相关政策和法规的制定,对燃煤电厂的排放进行严格的管控。
燃煤电厂对大气污染的控制研究

燃煤电厂对大气污染的控制研究随着工业化和城市化的不断推进,燃煤电厂成为大气污染的重要来源。
燃煤电厂燃烧煤炭产生的废气中含有二氧化硫、氮氧化物、颗粒物等污染物,对大气环境造成了严重的污染。
如何有效控制燃煤电厂对大气的污染成为社会关注的焦点之一。
一、燃煤电厂对大气污染的影响1. 二氧化硫排放:燃煤电厂燃烧煤炭会产生大量的二氧化硫(SO2),这种气体在大气中会形成酸雨,对植物、土壤和水体造成危害,同时还会影响人类的健康。
2. 颗粒物排放:燃煤电厂废气中还含有大量的颗粒物,这些颗粒物会影响空气的透明度,降低能见度,对大气环境造成污染。
3. 氮氧化物排放:燃煤电厂排放的氮氧化物(NOx)是造成酸雨、光化学烟雾等环境问题的重要来源,氮氧化物还会对大气中的臭氧层产生破坏。
1. 脱硫技术:脱硫技术是燃煤电厂控制二氧化硫排放的主要手段,通过石膏法、碱液法、氨法等方法将废气中的二氧化硫捕集、转化为石膏或硫酸,在排放之前进行处理,有效降低了二氧化硫的排放量。
2. 脱硝技术:脱硝技术是控制氮氧化物排放的有效途径,通过SCR(Selective Catalytic Reduction)和SNCR(Selective Non-Catalytic Reduction)等技术,将废气中的氮氧化物还原成氮气和水蒸气,从而减少氮氧化物的排放。
3. 烟气脱除技术:烟气脱除技术主要指的是除尘技术和脱硫技术,通过静电除尘器、布袋除尘器等设备将废气中的颗粒物去除,净化排放的烟气。
4. 高效节能燃烧技术:通过优化燃烧控制技术和燃料供给系统,提高燃烧效率,减少燃料的使用量,降低排放的污染物。
5. 清洁能源替代:推动清洁能源替代燃煤发电,比如风能、太阳能等替代能源,减少对煤炭的依赖,从根本上减少燃煤电厂对大气的污染。
虽然现在已经有了各种各样的大气污染控制技术,但是在实际应用中仍然面临着一些挑战。
1. 资金投入不足:大气污染控制需要大量的资金投入,燃煤电厂如果要更新设备或者进行技术改造,需要耗费大量的资金,而一些小型燃煤电厂可能难以承受这样的经济压力。
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·附件2论文中英文摘要作者姓名:赵瑜论文题目:中国燃煤电厂大气污染物排放及环境影响研究作者简介:赵瑜,男,1981年10月出生,2003年09月师从于清华大学郝吉明教授,于2008年7月获博士学位。
中文摘要燃煤电厂是我国大气污染和区域酸沉降控制的重点。
开展对燃煤电厂污染物排放水平及其环境影响的研究,对我国未来大气污染控制和能源、环境与社会发展的综合决策具有重要意义。
本研究建立了综合排放特征、污染控制情景、空气质量影响和生态风险评价于一体的)、氮氧化物(NOx)和PM(颗燃煤电厂污染控制决策方法,对我国燃煤电厂的二氧化硫(SO2粒物)排放的时空分布,及其对区域空气质量和生态系统酸化的影响进行了全面的分析和评价。
研究采用以烟气分析仪和低压荷电捕集器(ELPI)为主体的固定源大气污染物排放采样、NOx和PM的排放特征基础数据系统,通过现场测试获得全国6个典型电厂9台机组的SO2和烟气处理设施的污染控制效果。
结果表明,大多数燃用烟煤的煤粉炉的硫释放率在90%-95%排放,“十一五”期间普遍使用的之间,循环流化床锅炉在燃煤过程中能够降低约25%的SO2的去除效率可达95%以上。
NOx排放水平与燃烧器布置型式和煤湿法脱硫装置(WFGD)对SO2种等因素有关,使用墙式对冲燃烧器和燃用低挥发分煤种更易于炉内NOx的生成。
低氮燃烧)的质器(LNB)对NOx生成仅有30%左右的控制效果。
燃煤电厂产生的可吸入颗粒物(PM10量浓度约占总烟尘的9.9%-28.1%;经除尘器作用后,该比例上升至27.9%-83.6%,且质量浓度呈双模态对数正态分布,峰值分别出现在粒径0.2-0.3μm和2.0-3.0μm处。
静电除尘器(ESP)对总烟尘去除效率超过99%,但对细微颗粒物(PM)的去除效率较低,约90.9%-96.8%;2.5的最大穿透率均出现在粒径0.1-1.0μm WFGD对颗粒物也有一定协同去除作用;各除尘器对PM10范围内。
根据现场实测和文献统计结果,本研究建立了涵盖各类机组,具有合理源分类方式的中国燃煤电厂大气污染物排放因子库。
按美国AP-42排放因子库的标准,各类机组的NOx 排放因子可靠度达到B级,使用ESP的煤粉炉机组的PM排放因子可靠度达到A级。
根据我国燃煤电厂详细调查信息,本研究建立了“基于机组”的电厂活动水平统计及污染物排放清单研究方法,用以深入揭示锅炉类型、燃烧方式、燃料质量及控制技术对污染物排放特征及地理分布的影响;并基于节能减排政策的需要,使用该方法完成全国煤电行业大气污染物排放清单的测算。
2000-2005年,全国燃煤电厂SO、NOx和PM的排放分别增长了247%、61%和22%。
2005年,全国煤电装机容量约356 GW,电力部门的煤炭消耗量约1069百万吨(Mt),约占全国煤炭消耗总量的49%;SO、NOx和PM排放总量分别为16097、6965和22774千吨(kt),分别占全国人为源排放的53%、36%和9%。
由于人口密度和经济发展程度对我国电力建设的布局影响很大,东部、中南、华北和东北地区燃煤电厂的SO2、NOx和PM排放总量分别占全国煤电行业排放量的78%、84%和85%。
预计“十一五”期间,我国电力行业将持续高速发展,燃煤量年均增长率将超过10%。
2010年,全国煤电装机容量将达到680 GW,其煤炭消耗量将达到1700 Mt。
随着WFGD在全国大型燃煤机组普遍使用以及污染控制技术落后的高能耗机组逐步关停(电力规划情景),2010年全国煤电行业的SO2排放量将下降至11801kt,WFGD对颗粒物的协同捕集作用使煤电PM的排放也减少至2540 kt,煤电SO2和PM的排放分别占全国人为源排放总量的42%和10%。
与此同时,电厂NOx的排放缺乏相应政策和有效控制,预计2010年全国煤电行业NOx排放量将达到9680 kt,占全国人为源排放的39%。
如果关停小火电和“酸雨和二氧化硫控制区”(两控区)政策得到严格执行(电力控制情景),SO2、NOx和PM的排放量将分别进一步下降至7956、9059和1901 kt,分别占全国人为源排放总量的33%、38%和7%。
由于缺乏2010年后全国电力建设详细规划,本研究设置高、中、低三种经济与能源发展情景和基准、参考、强化政策三种污染控制方案,对2010- 2020年全国燃煤电厂的污染物排放趋势进行预测。
在不同经济社会发展速度和发电能源清洁化程度的假设下,预计2015和2020年我国煤电发电量分别为4197-4732 TWh和4640-5905 TWh,煤电机组装机分别为823-926 GW和967-1230 GW,耗煤量分别为2009-2281 Mt和2176-2769 Mt。
基准方案下,2015和2020年煤电行业的SO2和PM排放量有所上升;但参考方案和强化政策方案下两者排放明显下降,不同控制方案的力度较能源消耗水平的差异对未来排放总量的影响更大,尤以PM更为明显。
中能源情景的参考方案下,2015和2020年的煤电行业的SO2排放量分别为10000和9560 kt;PM排放量分别为2083和1528 kt。
能源消耗水平和控制技术应用率对燃煤电厂的NOx排放影响较为复杂,大部分情景方案下,未来煤电NOx排放将有所增加;中能源情景的参考方案下,2015和2020年煤电NOx排放总量已高于SO2,NOx将取代SO2成为燃煤电厂的首要污染物,控制形势比较严峻。
本研究选取基于生态系统“剂量-响应”关系的酸沉降临界负荷作为定量评估我国燃煤电厂大气污染物排放造成的环境危害的决策工具。
针对我国高盐基阳离子沉降的现状,研究对基于稳态质量平衡(SSMB)的临界负荷理论进行了方法学上的扩展。
扩展模式同时动态考虑了大气中硫、氮和盐基阳离子沉降在临界负荷计算中的作用和对生态系统酸化的综合影响,可为区域酸沉降控制提供更合理的削减策略。
基于临界负荷的扩展模式,本研究完成了中国硫和氮的临界负荷区划,作为评价全国生态系统酸化风险的指标。
利用区域空气质量模型CMAQ模拟分析电厂大气污染排放造成的环境影响,关注物种包括SO2、NOx和PM10浓度,SO42-、NO3-、总硫和总氮沉降。
基准年(2005年)模拟值和监测值的比对表明,模型对我国东、中南和华北地区城市浓度的模拟结果较好,而对西南、东北和西北地区城市的模拟偏低;在所有物种中,NO3-湿沉降模拟结果最理想。
从总体上看,模型结果能够满足全国尺度上的环境影响研究和控制决策分析的要求。
模拟结果表明,我国电厂排放对SO2浓度贡献最高的地区出现在东北、中南和西南;对NOx浓度贡献最高出现在东北和华北;对PM10浓度贡献最高出现在中南和西南。
总体来看,电厂排放对浓度的贡献率在北方地区较高,而对沉降的贡献率在南方地区较高。
“十一五”期间对电厂实施烟气脱硫效果明显,2010年在电力规划排放情景下,全国大部分地区SO2浓度较2005年有所下降,南方和西北大部分地区硫沉降也有不同程度的降低;由于缺乏严格的排放控制政策和措施,氮污染有进一步恶化趋势,大部分地区NOx浓度和氮沉降都有所上升,以华北和中南地区最为突出;PM10浓度的变化率相对较小。
在电力控制情境下,东北和西南地区的SO2浓度,以及东部和中南地区的硫沉降下降较为明显;NOx和PM10浓度,以及氮沉降的改善效果依然较差。
2005年硫的超临界负荷较严重的地区集中在东部、中南和西南地区,而氮的超临界负荷集中在宁夏和内蒙古中部。
在2010年电力规划情景下,西南和中南地区硫的超临界负荷情况有所改善,但东部硫沉降超临界负荷依然普遍存在,表明未来我国生态系统酸化风险仍不可忽视。
氮的超临界负荷在东部和中南地区趋于严重,并在很大程度上抵消因硫排放削减导致的生态系统酸化改善效果,因此燃煤电厂的NOx排放控制将成为未来我国区域大气污染治理的重要任务。
“十一五”期间以电厂脱硫为主的全国大气污染控制政策将明显减轻区域硫污染;尽管WFGD的广泛应用将会同时降低电厂的颗粒物排放,但由于电厂大多位于郊区,且对颗粒物的排放分担率和浓度贡献均较低,因此仅对电厂实施控制并不能有效解决城市大气颗粒物污染的问题,需在继续完善大型点源排放控制政策的同时,加强对其他重要排放源的管理与控制。
从减轻区域酸化风险的角度,大气中碱性颗粒的逐步控制和区域氮污染的恶化对未来SO2排放削减提出了更高的要求。
因此,发展多污染物协同控制理论对未来中国区域大气污染控制的重要意义。
关键词:燃煤电厂;排放因子;临界负荷;区域酸沉降Study on Air Pollutant Emission of Coal-fired Power Plants in Chinaand its Environmental ImpactsZhao Y uABSTRACTCoal-fired power plant is the main control target of air pollution and regional acid deposition in China. Study on its emission level and environmental impacts can be of significant importance for future air pollution control and comprehensive decision making for energy, environment and society. In this study, an incorporate methodology was developed, combining the emission estimation, control scenario setting, air quality impact and ecology risk assessment, to evaluate the sulfur dioxide (SO2), nitrogen oxide (NOx) and particulate matter (PM) emissions from coal-fired power plants with time and spatial distribution and the corresponding impacts on regional air quality and ecological acidification.Emission characteristics of SO2, NOx and PM and controlling effects of flue gas purification devices were measured at 9 units of 6 coal-fired power plants in China, with a sampling systemcontaining gas analyzer and electrical low pressure impactor (ELPI). According to those field tests, the sulfur release percentage for most bituminous coal-fired pulverized boilers ranged 90%-95%. Circulating fluid bed combustion (CFBC) could decrease the SO2 emissions by around 25%. Wet flue gas desulfurization (WFGD), the technology widely applied during 2006-2010 (the period for so called 11th Five Year Plan, 11th FYP), could reach an SO2 removal efficiency of 95%. The NOx emission level is related with the burner and coal type. Compared with tangentially-fired burner, the swirl burner was more liable to create high NOx emission. The removal efficiency of Low NOx burner (LNB) was approximately 30%. Regarding PM emission, the proportion of inhalable PM (PM10) to total PM mass produced by coal-fired power plants ranged 9.9%-28.1%, and that percentage increased to 27.9%-83.6% after the dust collectors. The size distribution of emitted PM10 displayed a bimodal lognormal distribution, with the peaks at 0.2-0.3 µm and 2.0-3.0 µm respectively. The removal efficiency of electrostatic precipitator (ESP) could exceed 99% for total PM but ranged only 90.9%-96.8% for fine PM (PM2.5). WFGD could also have benefits on PM emission control. It is estimated that 0.1-1.0µm was the size fraction where highest penetration rates of PM were found for all the dust collectors. Based on the filed measurement and literature statistics, an emission factor database of Chinese coal-fired power plants was established with reasonable source classification for all types of units. Under the criteria of US AP-42 emission database, the reliability of NOx emission factors for different unit types reached level B, and the reliability of PM emission factors for pulverized units with ESP reached level A.Based on the detailed survey information of Chinese coal-fired power plants, a “unit-based” methodology for activity level statistics and emission inventory estimation was establised in this study in order to explore the effect of boiler type, combustion type, fuel quality, and emission control technology on pollutant emission characteristics and spatial distribution. With that method, national atmospheric pollutant emission inventory from coal-fired power sector was estimated and used for policy making of the energy saving and emission reduction strategy. During 2000-2005, the SO2, NOx and PM emissions of Chinese coal-fired power sector were estimated to increase by 47%, 61%, and 22% respectively. In 2005, the national installed capacity of coal-fired power plants reached 356 GW, and the coal consumption of power plants was estimated to be 1069 Mt, approximately 49% of national total coal consumption. SO2, NOx and PM emissions from coal-fired power plants were estimated to be 16097, 6965 and 2774 kt respectively in 2005, accounting for 53%, 36%, and 9% of the national anthropogenic emissions respectively. Since the power construction is largely influenced by the population density and economic development, eastern, south-central, north-central, and northeastern China accounted for 78%, 84% and 85% of national power sector emissions of SO2, NOx and PM respectively. It was predicted that the national power sector would keep fast development and the annual increasing rate of coalconsumption by power would exceed 10% during the 11th FYP. In 2010, the installed capacity and coal consumption of coal-fired power sector would reach 680 GW and 1700 Mt respectively. Due to wide application of WFGD and retirement of small, inefficient units (the plan case), SO2 and PM emissions from coal-fired power plants would decrease to 11801 and 2540 kt, accounting for 42% and 10% of the national anthropogenic emissions respectively. Without effective policy and control measures, however, NOx emission from coal-fired power sector would increase to 9680 kt, accounting for 39% of the total national emissions. Through full implementation of phasing out small units and emission control policy in the acid rain and sulfur dioxide control zones (the control case), SO2, NOx and PM emissions from coal-fired power sector would further decrease to 7956, 9059, and 1901 kt, accounting for 33%, 38% and 7% of national anthropogenic emissions respectively.Since the detailed plans of power construction after 2010 were not available, scenario analysis was applied to evaluate the emission trends of coal-fired power sector during 2010-2020. High, medium and low scenarios for economy and energy development, and base, reference and policy scenarios for emission controls were provided in the study. Under assumptions with different levels for social and economic development and shares of clean power, the electricity generated by coal-fired power plants in 2015 and 2020 was estimated to be 4197-4732 and 4640-5905 TWh respectively; the installed capacity of coal-fired power plants was estimated to be 823-926 and 967-1230 GW respectively; and the coal consumption by power sector was estimated to be 2009-2281 and 2176-2769 Mt respectively. In the base scenarios, SO2and PM emissions from coal-fired power sector would increase slightly, while considerable emission reduction could be found in the reference and policy scenarios. Compared with the energy consumption level, the emission control measures would have larger impact on the emission levels, particularly for PM. In the medium-reference scenario, the emissions from coal-fired power sector in 2015 and 2020 were estimated to be 10000 and 9560 kt for SO2 respectively, and 2083 and 1528 kt for PM respectively. The influence of energy consumption and emission control on NOx emission would be more complicated. In most scenarios, future NOx emissions by power plants would increase. In the medium-reference scenario, the NOx emission from coal-fired power sector would exceed SO2 and thus become the most important pollutant by the sector instead. That would be a great challenge for Chinese atmospheric pollution control.Acidifying critical load, which is based on the “dose-response”function of ecosystem, was selected as the decision making tool through quantitative evaluation of the environmental impacts from power sector emissions. Aiming at the extremely high depositions of base cations in China, an extension methodology of the steady status mass balance (SSMB) theory for critical load was developed. Atmospheric sulfur, nitrogen and base cation depositions were simultaneously taken intoaccount for their ecosystem effects in the critical load calculation, and better emission abatement policy could accordingly be made for regional acidification control. With this new-built model, the critical load maps for sulfur and nitrogen were updated based on former studies, and used as the criterion of ecosystem acidification.Models-3/Community Multiscale Air Quality (CMAQ) was applied to evaluate the environmental impacts of power plant emissions. SO2, NOx, and PM10 concentrations, and SO42-, NO3-, total sulfur, and total nitrogen depositions, were the most concerned species. The comparisons between monitored and simulated results for the base year (2005) indicated that model simulation could provide good concentration results for eastern, south-central and north-central China but might underestimate the concentrations in southwestern, northeastern and northwestern areas. Among all the species, simulated wet NO3-deposition matched best with the observation data. Generally, the simulation results could satisfy the need of environmental impact analysis and decision making for pollution control at the national level.According to simulation results, northeastern, south-central and southwestern China received largest contribution by power sector for SO2 concentration, northeastern and north-central for NOx concentration, and south-central and southwestern for PM10. In general, larger contribution of power emissions was found in the north for concentration, and in the south for deposition. The implementation of FGD policy during 11th FYP period would have an effect: under the plan case the SO2 concentrations in most areas, and the sulfur depositions in southern and northwestern China, would be substantially decreased in 2010. However, nitrogen pollution would be exacerbated without strict emission control policy and measures: both NOx concentrations and nitrogen depositions in most areas would increase during the five years, particularly in the north-central and south-central areas. The variation of PM10 in the period would be relatively small. Under the control case, further abatement would be found for SO2concentrations in northeastern and southwestern China, and sulfur depositions in eastern and south-central China. The NOx and PM10 concentrations and nitrogen depositions would still not be obviously reduced.In 2005, the areas seriously exceeding sulfur critical load contained eastern, south-central and southwestern China, while nitrogen contained Ningxia and central Inner Mongolia. In the plan case in 2010, the sulfur critical load exceedance in southwestern and south-central would be mitigated, but the wide exceedance in eastern indicated that attention should still be paid on the ecosystem acidification risks in China. The exceedance of nitrogen critical load would become more serious in eastern and south-central China, and could largely counteract the acidification abatement from SO2 emission cutting. Thus NOx emission control of power sectors would become an important task of regional air pollution mitigation in the future.As the main measure of atmospheric pollution control during the 11th FYP period, the policyof FGD application on power sector would significantly reduce the regional sulfur pollution, and also cut part of the PM emissions. However, controlling PM emission from power plant separately could not effectively solve the PM pollution in cites, since most power plants are located in suburb and the emission share and concentration contribution of PM by power sector were relatively small. Therefore it is necessary to implement control measures for other important PM emission sources besides for large point sources. In the future, the control of alkaline particles and exacerbation of regional nitrogen pollution could raise pressure to limit acidification through further SO2 abatement. Therefore it is of great significance to develop the multi-pollutant control strategy for Chinese regional air pollution control.Key words: Coal-fired power plant; emission factor; critical load; regional acid deposition。