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1、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
2、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（PMPM10 10） ） COCO 2 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 PM10 3 二氧化碳 CO2 4 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 重金属不会因燃烧而消除 煤燃烧析出的重金属形态、价态多变,毒性差 异大 会产生剧毒金属化合物 许多重金属有强烈的三致作用,不易生物降解 产生毒性效应的浓度低 华中科技大学煤燃烧国家重
3、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 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 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 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
4、重点实验室 Hg0 Vapor Electron Static Precipitator (ESP) 33.3% (Solid) SO2 Scrubber 36.0% (Liquid) Smokestack 30.6%(Gas) Pulverized coal flame 0.1% (Solid) Coal （Service：Yokoyama, T.et al. : CRIEPI Rep., No. ET91002(1991) ） Partition ratio of Hg 1. Elemental mercury (Hg0 ) Volatile and Insoluble matters 2
5、. Biatomic mercury (Hg2+) HgCl2, HgO, HgSO4, etc. Soluble matters 3. Organic mercury High toxic matters Hg2+ 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 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 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 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
6、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 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 反应机理（反应动力学） 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 PM10 3 二氧化碳 CO2 4 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100m PM10： 空气动力学直径小于10m的颗粒物 IP： 可吸入颗
7、粒物（漂尘）, PM10 PM2.5： 空气动力学直径小于2.5m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 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 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
8、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PMPM10 10 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PMPM10 10 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PMPM2.5 2.5 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
9、% 春季 可吸入颗粒物 优 SO2 NO2 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1 燃煤的贡献率 对TSP为33%；对PM10为35%；对PM2.5为35% 不同粒径占TSP的比例(数量) PM10占TSP的82%；PM2.5占TSP的63% 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
10、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4.3m附近。 PM10的粒径分布 研究结论1 1 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（2m
11、 )和小尺度气溶胶 ( 0.01m) % 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1 1 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
12、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 PM10 3 二氧化碳 CO2 4 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) 1990199
13、720102020 美国1345148017871979 中国62082214572091 前苏联1034646728875 日本274297331354 全世界58366175814610,009 Source: 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
14、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
15、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% 199062051482.99815.881.29 199680162581.413817.2111.37 199782266180.414818121.46 20051,18693278.621318403.37 20101,4571,11576.527719654.46 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
16、19961996年年 我国的我国的COCO 2 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 OO 2 2 /CO/CO 2 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 COCO 2 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 NH4HCO3 14+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
