燃煤污染物的生成与减排.ppt

燃煤污染物的生成与减排徐明厚华中科技大学 煤燃烧国家重点实验室华中科技大学煤燃烧国家重点实验室姚 洪•1987年 华中工学院 动力系 本科•1994年 华中理工大学 煤燃烧 硕士研究生、博士研究生(中退)•1998-2005 日本 博士、博士后、助教 (期间：2001.9 澳大利亚Newcastle 大学;2002.9美国 Pittsburgh大学; 2004.5/2005.6 美国Arizona大学;2004.8美国Chicago大学)•2005.9 煤燃烧 教授•2005.10-11 加拿大Alberta大学研究方向: 煤燃烧与气化/生物质燃烧与气化/垃圾处理与焚烧/ 重金属污染控制/颗粒物…华中科技大学煤燃烧国家重点实验室燃煤排放物• •NOxNOx；；SOxSOx；；粉尘粉尘• •有毒痕量元素有毒痕量元素• •可吸入颗粒物（可吸入颗粒物（PMPM1010））• •COCO2 2华中科技大学煤燃烧国家重点实验室报告内容报告内容2 可吸入颗粒物 PM103 二氧化碳 CO24 减排非常规污染物的若干新方法1 重金属 / Hg华中科技大学煤燃烧国家重点实验室燃煤重金属的污染特点及危害 Ø 重金属不会因燃烧而消除Ø 煤燃烧析出的重金属形态、价态多变,毒性差 异大Ø 会产生剧毒金属化合物Ø 许多重金属有强烈的三致作用,不易生物降解Ø 产生毒性效应的浓度低华中科技大学煤燃烧国家重点实验室重金属排放标准（GB16297-1996） 华中科技大学煤燃烧国家重点实验室农用粉煤灰中污染物控制标准 GB8173-87华中科技大学煤燃烧国家重点实验室煤中重金属的一般含量范围＊＊燃煤痕量元素的排放与控制，郑楚光，徐明厚等著，2002华中科技大学煤燃烧国家重点实验室煤燃烧后重金属的去向Ø 极易挥发型,如Hg,As等重金属随烟气进入大气, 通过干/湿沉降进入地面,危害陆生生态系统Ø 易挥发型,如Cr,Cd,Pb,Zn,Cu等重金属燃烧过程 中从煤中析出,当烟气冷却时凝结,富集在颗粒 上,最终滞留在飞灰中Ø 不易挥发的亲岩元素,如Al、Si等一般滞留在底 灰中华中科技大学煤燃烧国家重点实验室Hg0 VaporElectron Static Precipitator(ESP) 33.3% (Solid)SO2 Scrubber36.0% (Liquid)Smokestack30.6%(Gas)Pulverized coal flame0.1% (Solid)Coal（Service：Yokoyama, T.et al. : CRIEPI Rep., No. ET91002(1991) ）Partition ratio of Hg1. Elemental mercury (Hg0 ) → Volatile and Insoluble matters2. Biatomic mercury (Hg2+) → HgCl2, HgO, HgSO4, etc.Soluble matters 3. Organic mercury → High toxic mattersHg2+ Vapor汞在燃烧中的转化华中科技大学煤燃烧国家重点实验室汞在环境中的转化与影响华中科技大学煤燃烧国家重点实验室汞的危害q 对人体的主要影响ü 对中枢神经系统造成损害，其接触方式有呼吸吸 入，皮肤吸附，食物摄入等ü 人体汞中毒一般来自于食用受汞污染的鱼类和其 它生物q 对生态环境的主要影响ü 汞排放到大气、水体、土壤中，在环境中循环， 通过食物链引起生物圈中汞的蓄积，对人类及野 生动植物造成很大危害华中科技大学煤燃烧国家重点实验室砷中毒直接伤害人的 内脏，最终导致癌变 砷中毒砷中毒华中科技大学煤燃烧国家重点实验室初步研究结果Ø 燃烧后绝大部分汞存在于烟气和飞灰中，少部分存在于底灰中Ø 反应机理（反应动力学）Ø 在加入石灰石之后，汞排放会降低*＊ 浙江大学热能工程研究所华中科技大学煤燃烧国家重点实验室报告内容报告内容2 可吸入颗粒物 PM103 二氧化碳 CO24 减排非常规污染物的若干新方法1 重金属 / Hg华中科技大学煤燃烧国家重点实验室TSP： 总悬浮颗粒物, 小于100µmPM10： 空气动力学直径小于10µm的颗粒物IP： 可吸入颗粒物（漂尘）, PM10PM2.5： 空气动力学直径小于2.5µm的颗粒物 ，又称可入肺颗粒物 几个定义几个定义TSP(Total Suspended Particulate) PM(Particulate Matter) IP(Inhalabe Particulate)华中科技大学煤燃烧国家重点实验室Electrostatic Precipitator燃煤电站是最重要的工业污染源之一大量细颗粒 排入大气Ø ESP对粗颗粒的除 尘效率可高达99% 以上，但对PM10的 捕获率不高华中科技大学煤燃烧国家重点实验室Ø 我国燃煤锅炉颗粒物排放量大约是电厂所用煤粉量的 1.2%－1.5% 电站煤炭年消耗量/亿吨3.9 5.4 17.0 发电用煤量华中科技大学煤燃烧国家重点实验室中国环境科学研究院中国环境科学研究院 北京北京19971997夏季夏季PMPM1010 未知源 12％海盐 2％建筑材料 4％汽车尾气 41％尘土 21％煤飞灰 21％北京北京19971997冬春季冬春季PMPM1010未知源 14％海盐 1％建筑材料 4％汽车尾气 32％尘土 13％煤飞灰 36％上海上海19991999年平均年平均PMPM2.52.5 同济大学同济大学未知源 13％重油燃烧 3％煤飞灰 21％汽车尾气 18％二次颗粒物 16％尘土 29％源解析83%SO2优5%12%春季可吸入颗粒物优SO2NO2可吸入颗粒物55%12%2%31%冬季颗粒物对城市空气质量的影响华中科技大学煤燃烧国家重点实验室北京市区全年能见度低于北京市区全年能见度低于4km4km的天数的天数颗粒物对大气能见度的影响华中科技大学煤燃烧国家重点实验室研究结论1Ø 燃煤的贡献率对TSP为33%；对PM10为35%；对PM2.5为35%Ø 不同粒径占TSP的比例(数量)PM10占TSP的82%；PM2.5占TSP的63%Ø 富集特性颗粒物中Ba、P、As、Cd、Pb等有害物质70%-80%富集 在PM10和PM2.5的颗粒物中1 中国环境科学研究院华中科技大学煤燃烧国家重点实验室微细颗粒的危害：大颗粒(PM2.5-10)• 收集于鼻、咽、气管， 不可入肺小颗粒（PM2.5）• 可入肺• 富集有毒重金属对多个城市的调查表明 PM2.5与 神经系统发病率有 直接相关性 Dockery et al (1993), N Engl J Med: 329(24), 1753.微细颗粒对人体的危害华中科技大学煤燃烧国家重点实验室%PM10呈相似的双峰分布，峰值分别在0.1 和4.3μm附近。

PM10的粒径分布研究结论11 华中科技大学煤燃烧国家重点实验室华中科技大学煤燃烧国家重点实验室PM10排放浓度变化（1400℃） PM10排放浓度变化（2μm )和小尺度气溶胶(< 0.01μm) % 3种降雨类型对大尺度气溶胶的湿去除效果均依次好于小尺度气溶胶 和中等尺度气溶胶 % 对于任何尺度的气溶胶, 雨强的增加将有利于它的湿沉降研究结论—雨强对气溶胶湿去除的影响分析11 华中科技大学煤燃烧国家重点实验室华中科技大学煤燃烧国家重点实验室% 在降雨量一定的情况下，对于对数正态雨滴尺度谱的(人工喷淋) 降雨过程，雨滴几何平均尺度越小，或者雨滴几何标准偏差越小， 越有利于小尺度和中等尺度气溶胶的湿沉降，而稍微不利于大尺度 气溶胶的湿沉降 % 启发：对于人工喷淋装置，在喷水量一定的情况下，通过调整喷 淋设备，使得水滴越小和越均匀，将有利于提高可吸入颗粒物的脱 除效率1 华中科技大学煤燃烧国家重点实验室研究结论—雨滴谱对气溶胶湿沉降的影响分析1华中科技大学煤燃烧国家重点实验室% 燃烧烟气中可吸入颗粒物源的脱除技术 – 光、热、电、声、化学吸附、过滤等技术的改进与组 合% 大气中可吸入颗粒物的清除技术% 室内可吸入颗粒物的清除技术% 改进燃烧过程控制可吸入颗粒物的形成可吸入颗粒物控制技术的可能方向华中科技大学煤燃烧国家重点实验室报告内容报告内容2 可吸入颗粒物 PM103 二氧化碳 CO24 减排非常规污染物的若干新方法1 重金属 / Hg华中科技大学煤燃烧国家重点实验室国家CO2 排放(Mtc)1990199720102020美国1345148017871979中国62082214572091前苏联1034646728875日本274297331354全世界58366175814610,009Source: Energy Information Administration/International Energy Outlook 2000世界CO2排放状况华中科技大学煤燃烧国家重点实验室 海平面上升与陆地淹没 气候带的移动 飓风的加剧  植被的迁徙与物种灭绝  洋流的变化与厄尔尼诺 雨型的改变；近50年的气候变暖主 要由人类使用化石燃 料排放的大量CO2等温 室气体的增温效应造 成的。

全球变暖的影响华中科技大学煤燃烧国家重点实验室（a）自然因素（太阳活动、火山喷发等）的影响 （b）人类活动产生的气体和微粒的影响地球温升和温室气体华中科技大学煤燃烧国家重点实验室地球表面气温变化华中科技大学煤燃烧国家重点实验室地球气候变化是否堪忧？地球气候变化是否堪忧？工业革命以前，CO2含 量极为稳定工业革 命到1959年，大气中 的CO2浓度从大约 280ppm增加到316ppm ，增加了13%仅在34 年就增加到357ppm， 又增加了13%，与前两 个世纪上升的幅度一 样大华中科技大学煤燃烧国家重点实验室人类活动对大气中CO2变化的影响华中科技大学煤燃烧国家重点实验室与能源有关的CO2排放的变化华中科技大学煤燃烧国家重点实验室化石燃料燃烧CO2排放华中科技大学煤燃烧国家重点实验室2121世纪温室效应世纪温室效应华中科技大学煤燃烧国家重点实验室年总量煤石油天然气MtcMtc%Mtc%Mtc%199062051482.99815.881.29199680162581.413817.2111.37199782266180.414818121.4620051,18693278.621318403.3720101,4571,11576.527719654.46中国化石能源CO2排放状况华中科技大学煤燃烧国家重点实验室19961996年年我国的我国的COCO2 2排放量分布排放量分布 Mt / Mt / 年年华中科技大学煤燃烧国家重点实验室OO2 2/CO/CO2 2燃烧方式燃烧方式华中科技大学煤燃烧国家重点实验室华中科技大学煤燃烧国家重点实验室COCO2 2的深海处理的深海处理移动船只 释放液态 二氧化碳管道释放二氧化碳华中科技大学煤燃烧国家重点实验室% NH3 +H2O+CO2 NH4HCO314+3 12+32 79每kg N 吸收12/14=0.9 kg C% 植物施肥后,因光合作用每kg N 促使草本植物增长 50 kg、木本植物增长 150 kg，相当于每kg N又固定了1.7 ~ 5 kg C用NH3吸收CO2生成化肥 NH4HCO3华中科技大学煤燃烧国家重点实验室报告内容报告内容2 可吸入颗粒物 PM103 二氧化碳 CO24 减排非常规污染物的若干新方法1 重金属 / Hg华中科技大学煤燃烧国家重点实验室Ø 近几年来已开发出多种燃煤发电技术，其中CFBC、PFBC －CC和IGCC在国际上得到广泛关注和重点研究及示范Ø 超临界机组技术是当今世界上一项既成熟又在发展中的 火电技术Ø 超超临界机组在本世纪将具。