燃煤电厂SO2超低排放技术的生命周期评价

于伟静

(中国大唐集团科学技术研究院有限公司 华中分公司，河南 郑州 450000)

燃煤电厂SO2超低排放技术的生命周期评价

于伟静

(中国大唐集团科学技术研究院有限公司 华中分公司，河南 郑州 450000)

运用生命周期评价的方法，以某电厂1000MW机组脱硫系统超低改造项目为研究对象，对材料制造、运行增加石灰石的开采与破碎、工程材料和石灰石的运输及烟气脱硫4个过程进行了生命周期清单分析，并分别计算了各过程的能耗和对环境的影响。结果表明：一年内脱硫系统超低改造项目对环境的影响负荷增加量为451.1kg，低于未进行超低排放对环境影响负荷的增加量17180.7kg，有利于大气环境改善。

燃煤电厂；SO2超低排放；生命周期评价；资源消耗；环境影响

0 引言

随着大气污染形势的日趋严峻，国家对燃煤电厂SO2的控制越发严格[1-2]。新的《火电厂大气污染物排放标准》[3]、《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)》[4]、《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》[5]等多项政策的颁布，要求全国所有具备改造条件的燃煤电厂力争实现超低排放，就SO2而言，要求在基准含氧量6%条件下，SO2排放浓度不高于35mg/m3。

目前SO2超低改造技术主要包括增加喷淋层、性能增强环、双塔串联技术、单(双)托盘塔技术、单塔一体化脱硫除尘深度净化技术等[6-10]，根据工程经验，上述技术都可以实现SO2的超低排放[11-13]。

超低排放技术对环境改善具有一定的积极意义[14]，但同时需要付出巨大的物耗和能耗，因此需要重新对超低排放技术的环境效益进行评价。生命周期评价(LCA)是一种“从摇篮到坟墓”的环境影响评价方法，既要评价产品的环境影响，也要考虑原材料获取、生产及产品使用直至最终处理整个周期[15]。目前此方法已应用于燃煤电厂脱硫系统评价[15-18]、脱硝系统评价[19]、城市垃圾焚烧评价[20]等方面。

本文以某燃煤电厂1000MW机组脱硫系统超低改造项目为研究对象进行生命周期评价。

1 脱硫系统超低改造方案

某电厂1000MW机组脱硫系统采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术，一炉一塔布置方式，采用石灰石作为脱硫剂，配置二级石膏脱水系统，超低改造中增设两层喷淋层，由原脱硫系统的四层喷淋增加为六层喷淋，系统处理烟气量3258720m3/h，年运行时间4000h。改造后SO2排放浓度由原来的100mg/m3降至35mg/m3，污染物排放情况见表1。

表1 超低改造前后污染物的年排放情况

项 目改造前改造后增加值SO2年排放量/kg1303488456221-847267CO2年排放量/kg30725074843073089980582496

2 SO2超低排放技术的生命周期评价

2.1 生命周期评价范围的界定

在进行生命周期分析时考虑脱硫系统超低改造工程材料制造、运行增加石灰石的开采与破碎、工程材料和石灰石的运输及烟气脱硫4个过程对环境的影响，主要从环境影响和能耗2个方面进行分析。

为便于计算，做如下假设：

(1)进行生命周期评价时只考虑超低改造前后各污染物浓度的变化值，烟气粉尘浓度、NOx浓度变化较小，不计入生命周期评价的范围；

(2)超低改造消耗材料只计入钢材的消耗，其他忽略不计；

(3)超低改造前后排放的其他废物忽略不计。

2.2 SO2超低排放技术整个生命周期清单分析

SO2超低排放技术整个生命周期增加能量消耗及对环境的污染物清单如表2所示。从表2可以看出，SO2超低排放技术整个生命周期中，烟气脱硫过程增加电耗和煤耗最多，分别占总电耗的99.27%、总煤耗的99.12%，其中材料运输过程消耗了100%的汽油。

SO2超低排放技术生命周期过程中主要排放的是气态污染物，其中排放量最大的CO2，占总排放量的99.95%，其他污染物排放量较少。

进一步分析可以看出，排放增加CO2、NOx、SO2三种污染物主要来自烟气脱硫过程，所占比例分别为99.15%、88.32%、91.85%，排放增加的粉尘主要来自材料制造过程，而CO、HC的排放全部来源于材料的运输。此外，超低改造后脱硫系统SO2年排放量减少了847267kg，但多排放了4011558kgCO2、822kgNOx、200kgCO、23kgHC、552kgSO2和409kg粉尘。

表2SO2超低排放技术整个生命周期清单

项 目能耗污染物排放/kg电耗/(kW·h)标煤/kg汽油/kgCO2NOxCOHCSO2粉尘材料制造-2054-514026--41257石灰石开采与破碎3248010069-249415--41材料运输--27742039616520023--烟气脱硫44160001368960-3977516726--507151合计44484801381083277420401155882220023552409

3 生命周期影响评价

3.1 环境影响评价方法

生命周期影响评价是理解和评价产品系统在产品整个生命周期中的潜在环境影响大小和重要性的阶段[22]，可将清单分析的结果转化为容易理解，反映环境影响潜值的指标[19]。生命周期影响评价的过程可分为四个步骤：计算环境影响潜值、数据标准化、加权评估及计算环境影响负荷。

3.2 环境影响评价

环境影响主要考虑资源消耗及各种气体对环境的影响，包括温室气体排放、酸雨、富营养、光化学臭氧合成和烟尘及灰尘5个方面，分别用温室效应指数ηGWP、酸化指数ηACP、富营养指数 ηNEP、光化学臭氧合成指数ηPOP及烟尘和灰尘指数ηSAP5个环境指数表征[19]。

全球变暖影响潜值(以CO2为参考)、酸化影响潜值(以SO2为参考)分别见表3和表4。

本研究选用1990年数据，为建立一评价基准年份，将各种影响潜力大小标准化，通过该基准年份，比较未来目标年份的影响削减目标，从而确定各种环境影响的相对严重性大小[19]。

3.3 环境影响潜值的标准化

对上述各种环境影响潜值采用相应基准进行标准化，从而比较相对大小，其结果如表5所示。从表5可以看出，此电厂SO2超低排放技术对环境影响负荷增加451.1kg。

表3 全球变暖影响潜值

项目排放量/kg环境影响当量因子环境影响潜值/kgCO2401155814011558NOx822320263040CO2002400

表4 酸化影响潜值

项目排放量/kg环境影响当量因子环境影响潜值/kgNOx8220.7575SO25521552

表5 环境影响潜值标准化和加权分析

项目影响潜值/kg标准化基准/kg·(人·a)-1标准化后影响值/kg权重因子加权后影响潜值/kgηGWP42749988700491.40.83407.9ηACP11273631.30.7322.9ηNEP135612.20.731.6ηPOP60.659.20.534.9ηSAP4091822.70.6113.8

从上述分析可以看出，燃煤电厂脱硫系统超低改造项目中，对环境的主要影响是全球变暖，其次是酸化、富营养化、烟尘与灰尘及光化学臭氧合成对环境的影响。

脱硫系统未经过超低改造多排放的污染物对环境的影响负荷为17180.7kg，远大于超低增加的环境影响负荷451.1kg，说明脱硫系统超低排放对环境的影响是积极的。

4 结语

(1)烟气脱硫过程在SO2超低排放生命周期中电耗和煤耗所占比例高，分别占总电耗99.27%、总煤耗的99.12%；SO2超低排放技术中污染物排放最多的CO2，占总排放量的99.95%。

(2)SO2超低排放技术应用中对环境的主要影响是全球变暖，其次是酸化、富营养化、烟尘与灰尘及光化学臭氧合成对环境的影响。

(3)脱硫系统超低改造对环境影响的增加量为451.1kg，低于未进行超低排放对环境的增加量17180.7kg，有利于大气环境改善。

[1]马双忱,于伟静,贾绍广,等. 燃煤电厂脱硫废水处理技术研究与应用进展[J]. 化工进展,2016(1):255-262.

[2]中华人民共和国环境保护部.2014年环境统计年报[EB/OL]. http://www.zhb.gov.cn/gzfw_13107/hjtj/hjtjnb/201606/P020160604812354990172.pdf .

[3]GB13223-2011, 火电厂大气污染物排放标准[S].

[4]国家发展和改革委员会.关于印发《煤电节能减排升级与改造计划(2014-2020年)》的通知[EB/OL]. http://bgt.ndrc.gov.cn/zcfb/201409/t20140919_626242.html,2014-09-12.

[5]环境保护部.关于印发《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》的通知[EB/OL]. http://www.mep.gov.cn/gkml/hbb/bwj/201512/t20151215_319170.htm,2015-12-11.

[6]赵永椿, 马斯鸣, 杨建平,等. 燃煤电厂污染物超净排放的发展及现状[J]. 煤炭学报, 2015, 40(11):2629-2640.

[7]李兴华, 何育东. 燃煤火电机组SO2超低排放改造方案研究[J]. 中国电力, 2015, 48(10):148-151.

[8]林朝扶, 兰建辉, 梁国柱,等. 串联吸收塔脱硫技术在燃超高硫煤火电厂的应用[J]. 广西电力, 2013, 36(5):11-15.

[9]李 娜. 石灰石-石膏法单塔双循环烟气脱硫工艺介绍[C].中建设计杯2014年全国烟气脱硫脱硝及除尘技术交流年会. 2014.

[10]朱法华, 王 圣. 煤电大气污染物超低排放技术集成与建议[J]. 环境影响评价, 2014(5):25-29.

[11]陈 阳, 邵 亮, 唐兆芳. 百万千瓦燃煤机组超低排放改造方案的研究[J]. 环境工程, 2015(S1):1026-1029.

[12]帅 伟, 李 立, 崔志敏,等. 基于实测的超低排放燃煤电厂主要大气污染物排放特征与减排效益分析[J]. 中国电力, 2015, 48(11):131-137.

[13]卢泓樾. 燃煤机组烟气污染物超低排放研究[J]. 电力科技与环保, 2014, 30(5):8-11.

[14]王临清, 朱法华, 赵秀勇. 燃煤电厂超低排放的减排潜力及其PM_(2.5)环境效益[J]. 中国电力, 2014, 47(11):150-154.

[15]冯 超, 马晓茜. 石灰石/石膏湿法烟气脱硫的生命周期评价[J]. 电力与能源, 2011, 32(5):379-382.

[16]邓 双, 杨 丽, 刘 宇,等. 石灰石-石膏湿法烟气脱硫的生命周期和可持续性分析[J]. 环境工程技术学报, 2015, 5(3):186-190.

[17]王 红. 燃煤电厂烟气脱硫工艺生命周期评估[D]. 杭州：浙江大学, 2012.

[18]Feng C, Gao X, Tang Y, et al. Comparative life cycle environmental assessment of flue gas desulphurization technologies in China[J]. Journal of Cleaner Production, 2014, 68(2):81-92.

[19]梁增英, 马晓茜. 选择性催化还原烟气脱硝技术的生命周期评价[J]. 中国电机工程学报, 2009(17):63-69.

[20]Ning S K, Chang N B, Hung M C. Comparative streamlined life cycle assessment for two types of municipal solid waste incinerator[J]. Journal of Cleaner Production, 2013, 53(1):56-66.

[21]中国电力企业联合会.中电联发布《2016年度电力供需形势分析预测报告》[EB/OL]. http://www.cec.org.cn/yaowenkuaidi/2016-02-03/148763.html,2016-02-03

[22]GB/T24040-2008, 环境管理.生命周期评价.原则与框架[S].

Life cycle assessment on SO2ultra-low emission technology in the coal-fired power plant

Four processes of SO2ultra-low emission technology in the coal-fired power plant by life cycle assessment methodology are analyzed, such as production of materials, extraction and crushing of increased limestone, transportation of materials and limestone and flue-gas desulphurization. The energy consumption and environmental impact of each process are collected and calculated respectively. The results show that the increasing environmental impact load (EIL) of SO2ultra-low emission technology in the coal-fired power plant is 451.1kg for one year, less than the EIL(17180.7kg) without SO2ultra-low emission, indicating SO2ultra-low emission having a good benefit for the atmospheric environment.

coal-fired power plant; SO2ultra-low emission technology; life cycle assessment; energy consumption; environmental impact

X701.3

B

1674-8069(2017)02-019-03

2016-10-22；

2016-11-17

于伟静(1990-)，男，硕士，助理工程师，主要从事燃煤电厂脱硫、脱硝、除尘等方面的研究工作。E-mail: 1204293732@qq.com