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火力发电厂烟囱排放含硫的烟气问题探讨

火力发电厂烟囱排放含硫的烟气问题探讨

摘 要:a)高烟囱排放含硫烟气作为减轻燃煤电厂周边地区大气SO2污染较为有效的方法,曾因其经济简易符合当时我国国情而获得广泛应用,并取得了一定的经济及局部环境效益。但应当指出,这是一种以扩大污染范围为代价减少局部地面污染的办法。
b)高烟囱排放含硫烟气因未能减少大气SO2排放量,不是治理酸雨及大气SO2污染的根本方法。大气SO2排放量超过降水的自净能力时,会产生酸雨,使工农业生产蒙受巨大损失,生态环境遭到严重破坏。
c)限制高烟囱排放含硫烟气,强制建设烟气脱硫设施,削减大气SO2排放总量是解决酸雨及大气SO2污染问题的最终途径。严重污染现状面前,我们必须从警醒到行动,严格遵守和执行大气污染防治法规,重点治理,狠抓实效。
d)污染严重或不利于烟气扩散的地区应考虑建设水电站、核电站或远程输电工程,如西电东送工程等。同时,面对传统能源资源的日益枯竭和对生态环境造成的巨大破坏,积极开发绿色能源和生物碳氢燃料以取代传统能源。现有采用高烟囱排放含硫烟气的电厂应采用固硫型煤作燃料,调整负荷,并充分利用大气监测手段,使周边大气污染达到国家标准,以减少因地形、气象因素影响而造成的各种污染事件的发生。
高烟囱排放含硫烟气是一种应用广泛的、经济简便的污染治理办法,它使烟气在高空扩散、稀释并随风长距离传输,大大减轻燃煤电厂周边地区酸雨及大气SO2污染。但因SO2排放总量没有削减,超过降水自净能力时,就会产生酸雨,使工农业生产蒙受巨大损失,生态环境遭到严重破坏。高烟囱排放含硫烟气不是解决酸雨及大气SO2污染的根本办法。限制高烟囱排放,强制建设脱硫设施,削减SO2排放总量才能真正解决酸雨及大气SO2污染问题。
关键词:高烟囱排放;含硫烟气;酸雨;脱硫设施
1 以高烟囱排放含硫烟气的应用情况
电力工业是将一次能源转换为清洁、方便电能的工业,对改善环境起到了积极作用。但我国火电以燃煤为主,燃烧过程不可避免排放出各类大气污染物,加上多燃用高硫、高灰劣质煤,大气污染物排放的绝对量很大。目前,燃煤电厂排放的SO2占全国总排放量的1/3,成为酸雨及大气SO2污染的主要污染源。高烟囱排放燃煤电厂含硫烟气既经济又简便,是20世纪60年代末及70年代初西方发达国家盛行的控制酸雨及大气SO2污染的支柱方法。它的多项优越性与我国当时经济能力低下的国情相符合,在我国燃煤电厂得到了极为广泛的应用。而且,为了保证排放到大气中SO2扩散稀释后的浓度合乎大气环境质量要求,烟囱高度也越来越高,目前,我国烟囱最高已达240m。燃煤发电厂不同高度烟囱数量与年份关系如表1所示。表1显示了燃煤电厂广泛采用高烟囱排放含硫烟气,高度和数量在逐年增加,以便更好地稀释扩散排放的大气污染物,延缓燃煤电厂周边地区环境质量日益恶化的趋势。我国每年有400多家燃煤电厂利用500多座高烟囱向大气排放5Mt以上的SO2。由于我国采用高烟囱排放含硫烟气及分散布点的政策,利用了大气环境的自净作用,使得含硫烟气排放总量在逐年增大的情况下,局部地区大气SO2浓度基本上仍得到控制。然而,大量的统计数据表明,我国酸雨及大气SO2污染恶化的趋势日益明显,采取有效措施予以治理已迫在眉睫。
2 高烟囱排放含硫烟气获得长期应用的原因分析
  1995年修订版《大气污染防治法》实施以前,我国长期把高烟囱排放含硫烟气作为减轻燃煤发电厂周边地区大气污染较为有效的办法,是由我国当时具体国情及高烟囱排放含硫烟气固有的多项优点决定的。
2•1 以煤为主的能源格局长期未变
我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国,占世界煤产量的25%。据1996年统计,我国煤炭产量达1•38Gt,煤炭占我国一次能源消费量的75%,而且煤炭总产量的84%用于直接燃烧。这就需要建造大量的高烟囱将燃煤产生的大量烟气排放到大气。
2•2 我国环境融资形式单一,环保资金投入不足
我国作为发展中国家由于受经济发展水平等客观条件或有限的资金投入到像消除贫困等更加优先领域,往往不能提供足够的资金用于环境保护。改革开放以来,经济快速发展带来了一系列污染问题,急需进行治理,但由于环境融资形式单一,环保资金投入明显不足,只能寻求经济、简易的污染治理方法。高烟囱与烟气脱硫设备,特别是与应用最广泛的烟气脱硫设备相比,具有如下多项优点(以广东连州电厂为例):
a)基建投资小。如广东连州电厂机组容量为2×125MW,总投资为13•92亿元,2000年底投运行的成套烟气脱硫设备基建投资为1•80亿元,约占电厂总投资的12•94%,而一座180m高烟囱基建投资约为1 167万元,仅占电厂总投资的0•84%,仅为成套烟气脱硫设备投资的6•48%,可见建造高烟囱可以节约大笔基建投资。
b)占地面积小。如广东连州电厂烟气脱硫设备占地面积约为3 000m2,而高烟囱占地面积很小。
c)不需要运行费用。如广东连州电厂烟气脱硫设备年运行成本(含折旧)约为2 000万元,而高
烟囱不需要运行费用。
d)技术难度低,施工快。早在20世纪60年代末及70年代里,高烟囱因其经济、简易就在污染严重的西方发达国家广泛应用,在设计及施工上积累了非常成熟的经验,而且技术难度低,能够做到一次设计,一次施工,一次投产成功。而烟气脱硫,特别是烟气脱硫技术是一项系统、复杂的工程,技术难度相当高,需经过精确的设计、复杂的施工、严格的调试及试运行方可投产。
e)管理维护简单。烟气脱硫设备管理维护需要配备专门的程控系统及一大批专业技术管理人员,而高烟囱维护简单,只需要定期检查、清灰即可。因此,我国在污染治理资金短缺的情况下,从经济角度考虑,也把高烟囱排放含硫烟气作为治理大气SO2污染较为有效的办法。
2•3 能较为有效地改善周边地区的大气环境质量
烟囱越高越有利于烟气的扩散和稀释,一般烟囱高度超过100m时效果就已十分明显。SO2进入大气后,若大气干燥清洁,可停留1~2星期。经高烟囱排放后,在1•5km高空风的影响下,24h之后会有50%以上超越700km之外,60h后,能扩散到1 100km之外。科学家曾估计过,我国部分省份排放的SO2,有一半以干湿沉降方式沉降在本省范围,有20~30%沉降到周围省份,其它
则沉降到较远的省份。大城市则更为突出,它们排放的SO2,仅20%左右沉降在本市内,80%则被传输到其它地方去了。高烟囱排放含硫烟气大大减轻了燃煤发电厂周边地区的大气SO2落地浓度,较为有效地改善了燃煤发电厂周边地区的大气环境质量。高烟囱排放含硫烟气凭着经济简易的显著特点,倍受我国燃煤发电厂的青睐,成为我国很长一段时期以来治理燃煤发电厂周边地区酸雨及大气SO2污染的主要途径。
3 高烟囱排放含硫烟气害大于益、危害深远
3•1 酸雨和大气SO2污染现状
随着经济的快速发展,我国煤炭消耗量逐年上升,因燃煤排放的SO2急剧增加。据统计,1990
年全国煤炭消耗量1•052Gt,到1995年全国煤炭消耗量增至1•28Gt, SO2排放量达23•70Mt,超过欧洲和美国,居世界首位。由于我国部分地区燃用高硫煤,燃煤设备未能采取脱硫措施,致使SO2排放量不断增加,造成严重的环境污染。如果不采取控制措施,预计到2010年我国的煤炭消耗量将高达1•8Gt, SO2排放量将达33Mt。据国家环境局对全国2 177个环境监测站13年(1981年~1993年)监测数据分析表明,环境空气中SO2超标城市不断增多。目前,已有62•3%的城市SO2年平均质量浓度超过国家二级标准,达不到保护居民和生态环境不受危害的基本要求;其日平均质量浓度超过三级标准,达不到保护居民和生态环境不受急性危害的最低要求。发电用煤中含质量分数约1%的杂质硫燃烧产生的酸性气体SO2,是酸雨的主要成因。SO2随烟气经高烟囱排放到高空中后,在4~7d内在大气化学作用下将转化成SO3,之后同水结合生成硫酸,伴随降水落到地面。当大气中SO2排放量超过大气自净能力,导致降水酸度pH值小于5•6时,雨便成了酸雨。由SO2排放引起的酸雨污染范围不断扩大,已由20世纪80年代初的西南部地区,扩展到西南、华中、华南和华东的大部分地区,目前年均降水pH值低于5•6的地区已占全国面积的40%左右,受污染面积仅次于欧洲和北美,成为世界第三大酸雨区。其中,年均降水pH值低于4•5的酸雨控制区面积扩大到约为80×104km2,占国土面积8•4%,酸雨最严重城市重庆,历史上pH值曾为3左右。酸雨和SO2污染危害居民健康,腐蚀建筑材料,破坏生态系统,给工农业生产造成了巨大经济损失,已成为制约社会经济可持续发展的重要因素之一。我国每年酸雨造成的经济损失达1 100亿元以上。
3•2 高烟囱排放含硫烟气是酸雨与SO2污染的危害日益加剧的元凶高烟囱排放含硫烟气是以扩大污染范围来减少局部地面污染的大气SO2污染控制方法,治标不治本,不是治理大气SO2污染的根本办法,必须加以严格限制。高烟囱排放含硫烟气由于经常受到地理、气象等一系列因素的影响,不能保证扩散稀释达到设计要求。我国曾发生多起因地形、气象条件不利于污染物扩散而造成燃煤发电厂周边地区农作物污染受害、大量减产事件。同时,即使能使燃煤发电厂周边地区SO2的浓度符合大气环境标准,但因排放到大气中SO2的绝对量没有减少, SO2污染仍未解决,它只是将一个地区的SO2转嫁到另一个地区,造成其它地区的酸雨与SO2污染的危害日益加剧。久而久之,将使我国酸雨污染逐年加重,酸雨面积不断扩大。
4 实施烟气脱硫,彻底治理大气SO2污染
人们在加强对高烟囱排放含硫烟气利弊认识的同时,逐渐认识到酸雨是较大范围的区域性污染;大部分地区的酸雨仅仅是少部分大城市排放的酸性物质经大气长程传送形成的;只有强制大城市大型的二氧化硫排放源建设脱硫设施,真正削减SO2排放总量,大面积酸雨与大气SO2污染才会得到有效控制。酸雨及SO2污染问题成为环境治理和研究的焦点,越来越受到环保专家和国人的关注。彻底治理酸雨与大气SO2污染的呼声亦越来越高涨。在最近10年内,我国加大治理大气SO2污染的法律力度,颁布了一系列有关酸雨与SO2污染防治法规、条例及排放标准,积极推动我国两控区内燃煤电厂限制使用高烟囱排放含硫烟气,强制建设脱硫设施,减排SO2。最令人关注的是,在1998年1月国家环保局制定的《酸雨控制区和SO2污染控制区划分方案》中明确要求“两控区”内火电厂做到:到2000年达标排放;新建、改造燃煤含硫量大于1%的电厂,必须建设脱硫设施;现有燃煤含硫量大于1%的电厂,要在2010年前分期分批建
成脱硫设施或采取其它具有相应效果的减排SO2措施。另外,新修订的《大气污染防治法》对SO2排放要求更加严格。严格的法规、条例及排放标准是SO2污染治理和控制的强大动力和保证。预计,“两控区”内高烟囱排放含硫烟气的势头将得到遏止,酸雨及SO2污染问题也将会逐步得到解决。我国目前正大力发展具有自主知识产权的、产业化的脱硫技术,形成一大批从事脱硫设备科研、设计、施工到调试的强大而且成熟的专业技术队伍,并逐步实现脱硫高技术和设备国产化的目标,不断扩大我国脱硫产业的市场规模。脱硫项目实施工作也取得了突破性进展,2000年底,我国燃煤电厂已有11套烟气脱硫系统建成并投入工业化运行。此外,一大批电厂脱硫工程正进行建设、招标、可行性研究或可行性研究报告审查当中。可预见,在不远的将来,我国燃煤电厂烟气脱硫会有较大发展,将更有力地推进我国治理酸雨及大气SO2污染的步伐。
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