燃煤电厂掺烧废弃物现状及环境管理建议

我国燃煤电厂掺烧废弃物进入了快速发展期,但也暴露出底数不清、现状不清等问题。基于文献调研和国家排污许可平台统计数据介绍了国内外燃煤电厂掺烧废弃物的现状。相较国外,目前我国燃煤电厂掺烧生物质的项目较少,以掺烧污泥为主,包括城市污水厂污泥以及各种工业污泥,烟气污染物排放标准交叉引用GB 13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》、GB 18485—2014《生活垃圾焚烧污染控制标准》、GB 18484—2001《危险废物焚烧污染控制标准》和地方排放标准等,烟气、粉煤灰等污染治理措施普遍沿用电厂原有技术路线。据此,全面梳理了现阶段我国燃煤电厂掺烧废弃物存在的无序掺烧、污染物管理与排放控制要求缺失、信息公开力度不够等环境管理问题,并提出了相应的对策建议。     

燃煤电厂石灰石-石膏湿法脱硫系统中痕量元素的迁移分布规律

燃煤电厂是煤炭消耗的主力军,煤炭在燃烧过程中,大量痕量元素随烟气排出.随着我国环保要求的不断提高,燃煤电厂的痕量元素排放受到广泛关注.石灰石-石膏湿法烟气脱硫(WFGD)系统不仅能高效吸收烟气中的SO₂,同时影响痕量元素的迁移分布.本研究对安徽省3个超低排放燃煤电厂的WFGD系统中进/出口烟尘、石灰石、工业水、污泥、石膏和脱硫废水等环境样品进行了采集,研究了Cr、As、Cd、Pb和Hg等痕量元素的迁移分布特征.结果表明：(1)WFGD系统对烟尘中痕量元素的去除率在95%以上,脱硫污泥中Cr、As和Hg浓度分别为29.9～52.2、12.5～36.7和2.2～6.5 mg/kg,约为石膏中Cr、As和Hg浓度的7～9倍.(2)元素质量平衡分析表明,痕量元素主要来源于烟气和石灰石,主要输出为污泥和石膏,废水中仅富集少量Cd.研究显示,脱硫石膏和污泥的处置及再利用过程中需着重关注痕量元素的环境影响.     

基于监测数据的我国燃煤电厂汞排放分析

燃煤是最大的人为汞排放源之一,我国已加强对燃煤电厂的汞排放控制要求。通过对16家燃煤电厂32台机组的汞排放情况进行全要素监测,分析总结出符合我国燃煤电厂特点的汞排放情况:我国燃煤机组中的汞质量平衡范围在70%~130%是合理的;燃烧后的汞经过烟气污染物处理设施后,70%以上进入粉煤灰和脱硫石膏,经烟气排入外环境的平均不足30%;安装SCR脱硝装置有助于烟气中汞的去除;除尘、脱硫设施对烟气中汞平均去除效率为38.5%、52.5%;各污染物控制设施对烟气中汞的总协同去除效率平均为74.1%,说明我国燃煤机组现有的污染物处理设施的协同控制对降低烟气中的汞排放有较好的作用。     

燃煤电厂大气汞及其他痕量元素排放标准研究

为探究中国超低排放燃煤电厂汞及其他有害痕量元素未来标准制定的可行性及建议,综合比对了中国与欧盟、美国等发达国家燃煤电厂大气痕量元素排放标准限值,并基于燃煤电厂现场测试相关文献调研分析,系统地评估了中国燃煤电厂汞及其他9种典型痕量元素（砷、铅、硒、镉、铬、锑、钴、镍和锰）的排放现状.结果表明：与美国、欧盟、加拿大等发达国家相比,目前我国燃煤电厂大气污染物排放标准限定的痕量元素污染物种类较为单一（仅规定了烟气汞及其化合物排放限值,≤30μg/m³）且排放标准限值较为宽松;在全国燃煤电厂已普遍完成超低排放升级与改造的新形势下,现行的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）已难以起到对燃煤电厂大气汞及其他痕量元素排放控制的实际限制作用和对先进新技术的示范引领作用.作为世界上的最大燃煤消费国,中国燃煤电厂每年消耗煤炭占中国煤炭消费总量的一半左右,是国际社会和《关于汞的水俣公约》重点关注的排放源.因此,推动燃煤电厂大气汞排放标准限值的修订及其他有害痕量元素排放标准的制定,对于保护生态环境和公众健康及国际履约均具有较大的可行性及重要的现实意义.     

燃煤机组超低排放改造对汞的脱除效果研究

燃煤烟气中汞污染的控制是目前重要的环保课题之一,燃煤电厂利用现有的脱硝、脱硫、除尘设备去除汞,文章分析燃煤电厂烟气净化设备超低排放改造后汞的排放水平,说明现有废气处理设施超低排放改造,既能有效降低烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度,也有利于汞的去除,燃煤机组超低排放改造后汞的排放浓度远低于现行0.03 mg/m3的限值;通过分析燃煤电厂现有烟气净化设备对汞的协同去除效果和脱除汞的原理,提出了未来燃煤烟气汞污染控制措施的建议.     

市政污泥热电厂循环流化床协同焚烧技术验证研究

以市政污泥为原料,利用某热电厂循环流化床锅炉进行协同焚烧验证研究.试验表明,循环流化床锅炉热电厂污泥协同焚烧的泥煤质量比可在0～0.3之间根据用户需求调节,炉膛燃烧温度〉850℃,烟气停留时间2.59s,符合《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485—2001）中850℃烟气停留时间〉2s的要求;脱硫塔烟气进出口NOx、SO2浓度低于锅炉未掺烧污泥前浓度,粉煤灰重金属含量低于《农用粉煤灰中污染物控制标准》（GB8173-87）中粉煤灰农用标准限值（在酸性土壤上：Cd5mg·kg-1,Pb250mg·kg-1）,粉煤灰烧失量满足掺混前Ⅱ级品质要求.因此,循环流化床锅炉污泥协同焚烧可有效解决当地城镇污水厂污泥出路,最终实现污泥妥善、安全处置需求.     

不同排放标准下的燃煤电厂烟囱高度与落地浓度关系研究

燃煤电厂全面实施超低排放后,烟气污染物排放浓度及落地浓度得到较大程度降低,是否仍需采用高烟囱排放已引起各方关注.以西北某电厂为例,采用SCREEN3估算模式,对烟气污染物执行超低排放、特别排放及一般排放限值时,不同烟囱高度对应的最大落地浓度及落地距离进行预测.结果表明,执行超低排放限值后,SO2、NO2和PM10的最大落地浓度均显著降低,落地距离不发生变化;最大落地浓度受烟囱高度的影响较小,通过增加烟囱高度降低污染物落地浓度的效益不显著.     

燃煤电厂重金属排放与周边土壤中重金属污染特征及健康风险

为揭示燃煤电厂烟气中重金属排放对周边土壤环境的影响.以石家庄地区6座燃煤电厂为研究对象,测定了燃煤电厂烟囱入口烟气中As、Cd、Cr、Cu、Pb、Hg和Ni这7种重金属元素,同时对电厂周边土壤中重金属含量进行了测试分析,并对其进行了源解析和健康风险评价.结果表明,各燃煤电厂烟气经过一系列烟气污染物控制措施净化后,烟气中不同重金属元素的排放量范围为0.11~6.32 mg ·（MW ·h）^-1,Cu、Cr和Ni是主要排放污染物.各电厂向大气环境中排放的7种重金属元素总量在33.56~275.71 kg ·a^-1之间.燃煤电厂周边表层土壤中Cr、Cu、Pb、Hg和Ni这5种重金属元素含量平均值均高于河北土壤背景值,且超出背景值1.16~2.32倍.电厂周边土壤中重金属含量与烟气中重金属排放量具有一定相关性.不同风向上土壤中重金属含量随距电厂距离的增大,呈现出先增大后逐渐减小趋势.源解析表明煤炭燃烧排放对电厂周边土壤重金属的贡献率最大,达到41.4%,其次为工业排放,占比为23.6%,交通运输排放占比为19.6%.总而言之,人为活动对土壤重金属富集起主导作用,约占84.6%.健康风险评估显示电厂周边土壤中重金属元素的健康风险整体处于可接受范围内.     

燃煤电厂细颗粒物排放粒径分布特征

目前细颗粒物区域污染已成为普遍现象,控制燃煤电厂细颗粒物的排放是控制大气中细颗粒物的重要途径之一,而了解燃煤电厂细颗粒物的排放粒径分布及其形成的可能原因和影响因素显得尤为重要.针对浙江某电厂660 MW燃煤机组,在120、100、90和85℃四种不同运行工况下,采用Dekati ELPI+对电除尘器入口和出口以及烟囱60 m横断面处烟尘进行多平台同步采样测试,以研究该电厂所排放细颗粒物的粒径分布特征、不同工况下细颗粒物的排放浓度及其变化规律.结果表明:① 不同工况下,电除尘器出口和烟囱60 m横断面处颗粒物数浓度都主要集中在亚微米态（粒径 < 1 μm）,并随粒径增大而数浓度快速减小.② 随着烟冷器出口烟气温度的降低,烟气经过除尘装置后,无论是颗粒数浓度还是质量浓度均有一定程度的下降,但当烟气温度降至90℃时,继续降温对电除尘器除尘效果的影响基本趋于恒定.③ 无论燃用设计煤还是校验煤,当烟冷器出口烟气温度相对较低时,经脱硫后积聚模态颗粒物质量浓度较除尘后有明显增加;而烟气温度较高时,呈现出脱硫后较除尘后粗模态颗粒物质量浓度增长的现象.④ 当原烟气稀释倍数从7倍增至10倍时,6~27 nm粒径段颗粒物数浓度呈指数倍增长,说明稀释过程主要影响纳米级颗粒物的数浓度.⑤ 燃用设计煤,烟冷器出口烟气温度90℃时,电除尘器对PM₁的去除效果最明显为63.9%~99.8%,可见降低电除尘器入口运行烟温,可促进其对亚微米态颗粒物的捕集率.      

基于CFD方法的燃煤电厂烟气排放数值模拟

为研究燃煤电厂的烟气扩散,采用计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）方法对燃煤电厂烟气排放中污染物（包含气态污染物和固态颗粒物）的扩散形态进行模拟.燃煤电厂的排烟方式主要有烟塔合一和烟囱两种,根据几何参数建立烟塔合一及烟囱的数值模型,采用纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes equations,N-S equations）求解流场及气态污染物浓度场,采用离散相模型（Discrete Phase Model,DPM）计算固态颗粒污染物运动轨迹.结果表明:对于气态污染物,由于冷却塔下游漩涡的卷吸作用,采用烟塔合一排放的烟气最大浓度和超标范围随环境风速的增加逐渐增大,不利于烟气扩散.但随着环境风速的增加,空气的对流作用逐渐增强,从而加速了烟气的扩散.在漩涡和环境风的综合作用下,烟气的最大浓度和超标范围在环境风速为6 m/s时达到最大值,随后随着环境风速增加而减小.采用烟囱排放的烟气由于漩涡作用很小,因此其最大浓度及超标范围随风速的增加呈递减趋势.得益于烟气在冷却塔内的预扩散,采用烟塔合一排放的烟气最大浓度比采用烟囱排放的烟气最大浓度低将近1个数量级,但这种优势会随着环境风速的增加而减小.对于固态污染物,冷却塔后方的漩涡会加速颗粒物的扩散,因此采用烟塔合一排放的颗粒物的扩散状态远优于采用烟囱排放的颗粒物的扩散状态.      

600MW燃煤电厂痕量元素排放特性实验研究

使用USEPA Method 29方法对600MW燃煤电厂SCR、ESP和WFGD前后4个测点进行烟气痕量元素同时取样,研究了12种痕量元素（Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、As、Mo、Cd、Sb、Ba、Pb）的排放特性.结果表明：整个电厂系统、锅炉、SCR、ESP和WFGD中痕量元素的质量平衡率都在可接受范围内,实验结果准确可靠.这12种痕量元素主要分布于ESP飞灰中,相对分布率为69.97%~98.79%.底渣中痕量元素的相对富集指数在0.04~0.51之间,ESP飞灰中痕量元素的相对富集系数在0.3~1.23之间.ESP飞灰中的As、Cd和Pb以及WFGD废水中的Mn、Co和Ni可能会对土壤和地下水产生污染,需要引起关注.12种痕量元素向大气中的排放浓度位于0.02~12.57μg/m³之间,排放因子位于的0.01~2.13g/10¹²J之间,Ni、As、Cd和Pb这4种元素的排放浓度分别达到2.04、0.13、0.02和3.35μg/m³,都远超欧盟空气质量标准中的排放限值,需要加以重视进行限制.     

基于实测的燃煤电厂氟排放特征

选择我国4家电厂的6台煤粉锅炉,进行了烟气以及飞灰、底渣、脱硫石膏等燃煤副产物样品的采集和F(氟)含量分析,考察燃煤电厂F排放特征. 结果表明:经过烟气除尘、脱硫及脱硝装置后,烟气中氟化物浓度明显降低; 除尘器主要脱除烟气中颗粒态F,静电除尘器对烟气中氟化物的总脱除效率为19.50%~36.59%,布袋除尘器的脱除效率略高于静电除尘器;石灰石-石膏湿法脱硫装置可协同脱除烟气中94.19%的氟化物. 燃煤中的F经过燃烧和烟气净化装置后,有0.83%~3.37%由底渣排放;1.20%~2.00%转移到脱硫废水中;13.45%~33.80%转移到飞灰中;59.60%~79.66%转移到脱硫石膏中;只有2.04%~5.00%通过烟囱排入大气.      

超低排放燃煤电站三氧化硫的迁移和排放特征

采用美国环保署(USEPA)method 8推荐的方法,对典型超低排放燃煤电站满负荷工况下的燃煤、烟气、飞灰、渣进行三氧化硫监测.实验结果表明:燃煤电站超低排放环保设备对三氧化硫的总脱除率为71.86%,大气三氧化硫排放浓度为1.5 mg·m~(-3)(气体体积为标准大气压下的体积,下同).选择性脱硝催化剂(SCR)前烟气中三氧化硫生成量为二氧化硫的0.46%,在SCR催化剂SO_2/SO_3的转化率为0.58%,空气预热器内气态三氧化硫浓度显著降低.低温电除尘(LLT-ESP)内三氧化硫与飞灰结合得到脱除,LLT-ESP细灰中三氧化硫含量为粗灰的1.38倍.湿法脱硫系统(WFGD)对三氧化硫的脱除率为48.45%.超低排放燃煤电站大气三氧化硫排放因子EF_煤、EF_电分别为17.13 mg·kg~(-1)、4.41 mg·kW~(-1)·h~(-1).估算2018年我国燃煤电站三氧化硫大气排放总量约为3.99万t·a~(-1).     

小型燃煤机组烟气重金属排放特征研究

100 MW以下燃煤机组呈单台容量小、总台数大的特点,是燃煤重金属污染的主要排放源之一.选择7台12 MW燃煤机组,采用美国环境保护局Method 29法现场检测燃煤机组烟气重金属排放浓度,分析烟气中Hg、Pb、Cr、As的排放特征;采集机组产生的飞灰和底灰,分析除尘技术对重金属的富集特性.结果表明:100 MW以下燃煤机组烟气中重金属经脱硝除尘脱硫装置协同控制后,ρ（Hg）为0.20~0.44 μg/m3,烟气Hg以气态形式存在,其占比为100.0%;ρ（Pb）为0.5~2.6 μg/m3,烟气Pb主要以气态形式存在,其占比为38.7%~92.1%;ρ（As）为0.6~3.0 μg/m3,烟气As主要以气态形式存在,其占比为67.8%~100.0%;ρ（Cr）为3.6~23.9 μg/m3,烟气Cr主要以颗粒态形式存在,其占比为65.8%~99.2%.飞灰富集Hg、Pb、Cr、As的能力大于底灰.重金属主要富集于飞灰中的细颗粒物中,采取除尘技术可有效协同控制烟气中的Hg、Pb、Cr、As;飞灰中重金属元素Hg、Pb相对富集系数均与煤中硫含量呈负相关,半干法脱硫+袋式除尘技术对飞灰富集Hg有促进作用.小型燃煤机组烟气重金属Hg、Pb、Cr、As的排放因子分别为0.002 2~0.005 1、5~17、42~160、7~24 mg/t.研究显示,100 MW以下燃煤机组与100 MW及以上燃煤机组烟气重金属Hg、Pb、Cr、As排放特征不同,100 MW以下燃煤机组烟气Hg排放浓度较小,二者烟气Pb、Cr、As排放浓度相近,选用湿式电除尘技术可进一步降低烟气Hg、Pb、Cr、As的排放浓度.      

基于污泥掺烧的某生活垃圾焚烧厂烟道气、飞灰及炉渣中的二(口恶)英特征

以我国南方某生活垃圾焚烧厂掺烧10%市政污泥的生活垃圾为研究对象,对前/后口废气、飞灰、炉渣及用于掺烧的污泥中17种二(口恶)英的含量进行了测定,并分析了其指纹分布特征.结合焚烧工况及处理设施,从生成机理角度探讨了二(口恶)英的排放特征、毒性当量浓度主成分特征及主要单体的排放因子线性关系.结果表明：掺烧10%的市政污泥后,废气中二(口恶)英的去除率为99.4%,低于国家排放标准;固体废物中二(口恶)英含量为飞灰 > 炉渣 > 污泥.这说明采用高温焚烧和"活性炭喷射+布袋除尘"装置不会影响掺烧10%污泥的达标排放.指纹分布特征表明,前口废气以1,2,3,4,6,7,8-HpCDF和OCDD为主,后口废气以OCDD和OCDF为主;飞灰、炉渣及污泥中的主要单体为OCDD、1,2,3,4,6,7,8-HpCDD、OCDF、1,2,3,4,6,7,8-HpCDF.主成分分析显示,前口废气和飞灰中的二(口恶)英毒性分布特征相似;炉渣和污泥的毒性分布特征相似;后口废气有自身的特征.这说明在相同工况条件下,经同一设施处理的废物中二(口恶)英排放特征相似.排放因子分析表明,2,3,4,7,8-PeCDF和1,2,3,6,7,8-HxCDF、1,2,3,6,7,8-HxCDD和1,2,3,7,8,9-HxCDD与总毒性排放因子具有较强的线性关系,且呋喃类（PCDFs）强于二(口恶)英类（PCDDs）.     

Atmospheric emission characterization of a novel sludge drying and co-combustion system

A novel system combining sludge drying and co-combustion with coal was applied in disposing sludge and its atmospheric emission characteristics were tested. The system was composed of a hollow blade paddle dryer, a thermal drying exhaust gas control system, a 75 tons/hr circulating fluidized bed and a flue gas cleaning system. The emissions of NH3, SO2, CH4 and some other pollutants released from thermal drying, and pollutants such as NOx, SO2 etc. discharged by the incinerator, were all tested. Polychlorinated dibenzo-p-dioxins and polychlorinated dibenzofurans （PCDD/Fs） in the flue gas from the incinerator were investigated as well. The results indicated that the concentrations of NOx and SO2 in the flue gas from the incinerator were 145 and 16 mg/m^3, respectively, and the I-TEQ concentration of 2,3,7,8-substitued PCDD/Fs was 0.023 ng I-TEQ/Nm^3. All these values were greatly lower than the emission standards of China. In addition, there was no obvious odor in the air around the sludge dryer. The results demonstrated that this drying and co-combustion system is efficient in controlling pollutants and is a feasible way for large-scale treatment of industrial sludge and sewage sludge.     

污泥与煤在循环流化床混烧过程中的汞排放特性

在密相床截面积为0.23m×0.23m、高度为7 00m的循环流化床燃烧试验装置上进行了含汞污泥与煤的混烧试验.测试并分析讨论了污泥与煤混烧过程中汞的分布,探讨了Ca/S摩尔比、脱硫剂种类、过量空气系数等运行参数以及烟气成分对汞在烟气、飞灰和炉渣中形态分布的影响规律.结果表明,大部分汞进入烟气,且元素汞是混烧烟气中的主要存在形态.钙基脱硫剂对烟气中氧化态汞有较强的吸附脱除作用,CaO对汞的脱除效果要好于CaCO3.随着烟气中SO2、NOx浓度的增大,烟气中二价汞所占份额呈上升趋势.过量空气系数对烟气和灰渣中汞的浓度和形态分布有较大的影响.