（环境工程专业论文）燃煤电厂烟气同时脱硫脱硝工艺的技术经济评价研究.pdf

中文摘要 摘要 本文通过对电厂烟气同时脱硫脱硝工艺进行技术和经济性能的分析，筛选出 工艺主要的技术经济参数，并从环境性能、经济性能、技术性能三个方面综合考 虑分析，建立了燃煤电厂烟气同时脱硫脱硝技术经济综合评价的指标体系；采用 层次分析法确定了不同规模机组评价指标的权重；利用隶属函数对各评价指标进 行定量化处理；基于多级综合模糊评价理论，运用二级模糊数学综合评价方法建 立了燃煤电厂技术经济综合评价模型，并分别选取1 0 0 2 0 0 m w 和5 0 0 m w 规模机 组进行技术经济评价，通过工程实例对模型进行了验证。论文不仅建立了完善的 烟气同时脱硫脱硝技术经济评价指标体系，而且采用层次分析法与模糊数学中 f u z z y 聚类分析评价法相结合的方法构建综合评价模型。 通过对所选取的两组主流烟气同时脱硫脱硝工艺的模糊综合评价，结果表明： 1 0 0 2 0 0 m w 规模机组烟气同时脱硫脱硝工艺采用活性炭法最优，其它依次为鲁奇 c f b 法，s n r b 法，c u o 法，整体干式s 0 2 n o x 工艺法；5 0 0 m w 规模机组采用 电子束法最优，其它依次为w s a s n o x 法，活性炭法，s n r b 法，n o x s o 法， p a r s o n s 烟气工艺法，鲁奇c f b 法。通过工程实例对该模型的合理性和实用性进行 验证，结果与工程实际较为吻合。模糊综合评价法为燃煤电厂烟气同时脱硫脱硝 技术选择及管理部门制定政策提供了合理的参考指标和技术经济分析的依据。 关键词：同时脱硫脱硝，模糊数学，层次分析法，综合评价 英文摘要 a b s t r a c t i t a n a l y z e dt e c h n i c a l a n de c o n o m i c p e r f o r m a n c eo fd e s u l f u r i z a t i o n d e n i t r i f i c a t i o n p r o c e s sf o rp o w e rp l a n tf l u eg a s b e s i d e s ，e n v i r o n m e n t a lp e r f o r m a n c e 、e c o n o m i c p e r f o r m a n c ea n dt e c h n i c a lp e r f o r m a n c ew a s c o n s i d e r e dt oc r e a t eai n t e g r a t e d a s s e s s m e n ts y s t e mf o rd e s u l f u r i z a t i o n d e n i t f i f i c a t i o np r o c e s s a h p ( a n a l y t i ch i e r a r c h y p r o c e s s ) w a se m p l o y e dt o d e t e r m i n et h ew e i g h to fd i f f e r e n ts i z em a c h i n es e t , s u b o r d i n a t ef u n c t i o nw a su s e dt o q u a n t i f yi t e m s ，a n db a s e do nm u l t i l e v e lr 亿z y c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nt h e o r y ，t h et w of u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nw a s e m p l o y e dt oc r e a t et h ee n c o n o m i c t e c h n i c a le v a l u a t i o nm o d e lo ft h ep o w e rp l a n t ， d e f f e r e n ts i z em a c h i n es u c ha s10 0 2 0 0 m wa n d5 0 0 m ww a se n c o n o m i c t e c h n i c a l e v a l u a t i o n e c o n o m i ci n t e g r a t e de v a l u a t i o nm o d e lw h i c hw a sd e m o n s t r a t e db yt h e p r o j e c te x a m p l ew a sc r e a t e d p e r f e c te n c o n o m i c t e c h n i c a le v a l u a t i o ns y s t e m ，a sw e l la s i n t e g r a t e de v a l u a t i o no fa h pc o m b i n e sf u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o d ，w a s f o r m e dt oe v a l u a t ed e s u l f u r i z a t i o n d e n i t r i f i c a t i o np r o c e s s b a s e do nt h ee v a l u t i o no f n o r m a ld e s u l f u r i z a t i o n d e n i t r i f i c a t i o np r o c e s s ，w ec a nc o n c l u d et h a ta c t i v t yc a r b o nw a s t h eb e s tp r o c e s sf o rd e s u l f u r i z a t i o n d e n i t r i f i c a t i o n ，t h e nl u r g ic f b ，s n r b ，c u o ， o v e r a l ld r ys 0 2 n o x p r o c e s s b u tf o r5 0 0 m w t h ee l e c t r o nb e a mp r o c e s si st h eb e s t p r o c e s s ，t h e nw s a s n o x ，a c t i v t yc a r b o n ，s n r b ，n o x s o ，p a r s o n sf l u eg a sp r o c e s s ， l u r g ic f b 1 1 1 ee n g i n e e r i n gp r o j e c ts u g g e s t e dt h a tt h ev e r i f i c a t i o no ft h i sm o d e lw a s a p p l i c a b l et ot h ep r a c t i c a lp r o j e c t s ，a n dt h er e s u l ti n i t i a l l yp r o v e dt h er a t i o n a l i t ya n d p r a c t i c a l i t y o ft h em o d e l ，m e a n w h i l e ，t h i sf u z z ye v a l u a t i o nm e t h o dp r o v i d e dt h e r e a s o n a b l et h e o r ys u p p o r tf o rc o a l f i r e dp o w e rp l a n to nt h es e l e c t i o no fs i m u l t a n e o u s d e s u l f u r i z a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o np r o c e s s ，b u ta l s of o rm a n a g e m e n td e p a r t m e n to n p o l i c ym a k i n g k e y w o r d s ：s i m u l t a n e o u sd e s u l f u r i z a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o n ，f u z z ym a t h e m a t i c s ， a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ，c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n i i i 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的煦 士 学位论文 赠蚴蟠涮瞰丝罩鲻虚继垃遗通婶箢是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究 所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：限宝孟 导师签名： 签字日期： 矽参7 ，f 千 签字日期：溯、ff 、冲 学位论文使用授权书 本人完全了解重庆大学有关保留、使用学位论文的规定。本人完全同意中 国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程( 以 下简称“章程 ) ，愿意将本人的鳆士学位论文继舭越鲢掣进盘戡樾崎帮啸览 提交中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社( c n k i ) 在中国博士学位论文全文数 据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库以及重庆大学博硕学位论文全文 数据库中全文发表。中国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论 文全文数据库可以以电子、网络及其他数字媒体形式公开出版，并同意编入c n k i 中国知识资源总库，在中国博硕士学位论文评价数据库中使用和在互联 网上传播，同意按“章程”规定享受相关权益和承担相应义务。本人授权重庆大 学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公开论文的全部或部分内 容。 导师签名：垄亟 年1 月斗日 备注：审核通过的涉密论文不得签署。授权书一，须填写以下内容： 该论文属于涉密论文，其密级是，涉密期限至年一月一日。 说明：本声明及授权书堂盈装订在提交的学位论文最后一页。 1 绪论 l 绪论 大气污染是当前人类社会生存和发展所面临的最严重问题之一，尤其是酸雨 和光化学烟雾问题。二氧化硫和氮氧化物则是酸雨和光化学烟雾的最主要成分， 它们主要来源就是煤炭的燃烧，而我国以煤为主的能源结构，致使这个问题更加 突出。燃煤是我国大气污染的主要来源，特别是燃煤电厂锅炉排放出大量的硫氧 化物和氮氧化物( 分别约占s 0 2 和n o x 总排放量的4 0 5 0 和3 6 i 心1 ) 。我国电力 以煤电为主，一直占总发电量的7 5 以上。以2 0 0 6 年和2 0 0 7 年为例，2 0 0 6 年火 电占电力装机总量的7 7 8 2 ，在当年新增装机总量1 1 亿千瓦中，火电为8 4 0 5 0 万千瓦。在2 0 0 7 年火电占电力装机总量的7 7 6 0 ，在当年新增装机总量1 0 亿千 瓦中，火电占8 1 5 8 3 5 万千瓦。燃煤发电机组增加的同时加剧了我国大气环境的污 染负荷，2 0 0 6 年我国大气中s 0 2 排放总量为2 5 8 9 万吨，其中火电排放1 3 5 0 万吨 p j ；2 0 0 7 年s 0 2 排放总量为2 4 6 8 1 万吨【4 1 ，其中火电排放1 2 2 7 万吨。燃煤电厂的 二氧化硫污染已经得到一定的控制，但近年来电厂的氮氧化物污染问题越来越严 重。我国2 0 0 0 年所排放的n o x 为1 2 0 0 万吨，其中火电厂排放的n o x 占3 5 8 ， 约4 3 0 万吨，2 0 0 4 年我国氮氧化物排放量为1 8 6 0 万吨，电力行业约6 7 0 万吨，2 0 0 7 年我国火电n o 。排放量为8 3 8 3 万吨，比2 0 0 3 年的5 9 7 3 万吨增加近4 0 3 ，预 计2 0 1 0 年全国氮氧化物排放量为2 1 9 4 万吨，而到2 0 2 0 年约为2 9 0 0 万吨【5 l ，电力 行业是最大的n o x 来源将不会改变。面对严峻的环保形势，我国制定了电厂污染 物相关排放控制标准，并严格执行，其中新建电厂二氧化硫的排放标准限制为 4 0 0 m g m 3 ，氮氧化物最高排放浓度为4 5 0 m g m 3 。同时根据排污费征收使用管理 条例规定，氮氧化物与二氧化硫自2 0 0 4 年7 月1 日起均按0 6 元污染当量收费。 排放标准的提高以及排污收费的实施直接影响到电厂发电成本的增加，这就要求 电厂在脱硫的同时还需要加装脱硝装置，电厂面临新的选择，已运行电厂是在已 有脱硫设施的基础上加装脱硝设施，还是改造成同时脱硫脱硝的工艺；新建电厂 是分别安装脱硫装置和脱硝装置，还是直接安装同时脱硫脱硝的装置。电厂工艺 的选择主要从技术经济角度来权衡和比较的，最终作出选择。烟气同时脱硫脱硝 技术因其经济、技术、运行管理等方面的优势，会随着工程应用和技术经验的不 断积累在未来电厂污染控制中占据重要的位置，具有广阔的市场前景。因此，在 当前加强s 0 2 、n o x 污染治理、研究开发适合我国国情的烟气脱硫脱硝技术对控 制我国的8 0 2 、n o x 污染具有十分重要的意义，然而如何才能结合自己的特点从 众多技术工艺中选择适合自己的烟气脱硫脱硝工艺，这就要运用技术经济评价方 法评价出各种工艺的优劣程度，尤其是根据电厂的实际情况，运用技术经济评价 重庆大学硕十学位论文 方法选择适合自己的烟气脱硫脱硝技术工艺，同时为电厂工艺选择提供参考。 1 1s 0 2 和n o x 的污染现状 根据对主要大气污染物的分类统计分析，燃料燃烧产生的大气污染物约占总 量的7 0 f 6 1 。燃煤排放的大气污染物数量约占燃料燃烧排放总量的9 6 ，大气中 9 0 的s 0 2 、7 0 的n o 以及7 0 的粉尘均来自煤炭的直接燃烧1 7 j 。 在我国城市大气中，二氧化硫大多来自燃料的燃烧，根据2 0 0 7 和2 0 0 8 年的 中国环境现状公报，2 0 0 8 年二氧化硫排放量为2 3 2 1 2 万吨m j ，与2 0 0 7 年二氧化 硫排放量2 4 6 8 1 万吨相比下降5 9 4 1 。据公报中的数字统计2 0 0 5 2 0 0 8 近四年的 二氧化硫排放量分别是2 5 4 9 万吨1 9 j 、2 5 8 8 8 万吨、2 4 6 8 1 万吨、2 3 2 1 2 万吨，而 有关研究表明，我国基本消除酸雨污染所容许的s 0 2 年排放量约为1 2 0 0 万一1 4 0 0 万吨【1 0 l ，从数据中我们可以得出我国的二氧化硫污染排放已经得到有效的控制， 但排放总量和酸雨问题依然很严峻。近4 年二氧化硫的排放量如图1 1 所示。 图1 1 二氧化硫2 0 0 4 2 0 0 8 年的排放量 f i g 1 1e m i s s i o no fs u l f u ro x i d e sf r o m2 0 0 4t o2 0 0 8 氮氧化物近年增长迅速，特别是燃煤电厂氮氧化物的排放，加剧了我国光化 学烟雾的污染及酸雨复合型的转化。2 0 0 0 年我国氮氧化物排放量为1 11 7 万吨，而 到2 0 0 5 年则达到了1 9 0 0 万吨，2 0 0 7 年则达到2 1 0 0 万吨，而我国氮氧化物的环 境容量仅为1 8 0 0 万吨。火力发电所排放的n o x 占总排放量的比例呈持续增加态 势，2 0 0 0 年为3 5 8 ，预计2 0 1 0 年为4 2 0 。2 0 0 7 年我国火电n o x 排放量为8 3 8 3 万吨【引，比2 0 0 3 年的5 9 7 3 万吨增加近4 0 3 ，总体上我国火电厂氮氧化物排放 量随着火电行业的发展呈不断增长的趋势。近几年氮氧化物排放量的增长趋势如 图1 2 所示。 2 1 绪论 图1 22 0 0 2 2 0 0 7 年氮氧化物的排放量 f i g1 2e m i s s i o n so fn i t r o g e no x i d e sf r o m2 0 0 2t o2 0 0 7 1 2s 0 2 和n o x 的污染危害 二氧化硫对人体健康的危害主要通过两个途径来实现，一条途径是将二氧化 硫气体吸入体内，直接作用于呼吸道黏膜，引发或加重呼吸系统的疾病；另一途 径就是外界大气环境中二氧化硫通过对皮肤和眼粘膜强烈的刺激作用，对青少年 的生长发育有不良的影响，降低其免疫功能和抗病能力。此外，二氧化硫及其生 成的硫酸雾会腐蚀金属表面，对许多植物造成危害，对纸制品、纺织品、皮革制 品等也造成损伤。 氮氧化物中对人体健康危害最大的是n 0 2 ，它主要影响呼吸系统，引起支气 管炎和肺气肿。大气中n o x 和挥发性有机物v o c 达到一定浓度后，在太阳光照射 下经过一系列复杂的光化学反应，就会产生以高浓度0 3 和细颗粒物为特征的光化 学烟雾。此外，由于大气的氧化性n o x 在大气中可形成硝酸和硝酸盐细颗粒物， 同硫酸和硫酸盐细颗粒物一起，发生远距离传输，从而加速了区域性酸雨的恶化。 1 3s 0 2 和n o x 的污染控制 1 3 1s 0 2 和n o x 的控制标准 我国的二氧化硫和氮氧化物的控制主要依据国家环保部颁布的g b l 3 2 2 3 2 0 0 3 火电厂大气污染物排放标准 1 1 1 和排污费征收使用管理条例【1 2 】，其中火 电厂大气污染物排放标准对火电厂s 0 2 与n o x 排放标准分时段和按锅炉燃料类 型作了详细的规定。具体如表1 1 、表1 2 所示。 重庆人学硕士学位论文 表1 1 火力发电锅炉二氧化硫最高允许排放浓度 t a b l e 1 1h i g h e s te m i s s i o nc o n c e n t r a t i o no f s u l f u ro x i d e sf r o mt h e r m a l - p o w e re l e c t r o c i t vb o i l e r 时段第l 时段第2 时段第3 时段 实施时间 2 0 0 5 1 12 0 1 0 1 12 0 0 5 1 - 12 0 1 0 1 12 0 0 4 i 1 燃煤锅炉 2 1 0 0 ( 1 1 2 0 0 ( 1 2 1 0 04 0 04 0 0 ( m g m 5 )1 2 0 0 ( 21 2 0 0 ( 2 8 0 0 ( 3 1 2 0 0 ( 4 注：( 1 ) 该限值为全厂第1 时段火力发电锅炉平均值。 ( 2 ) 在本标准实施前，环境影响报告节已批复的脱硫机组，以及位于西部非两控区的 燃用特低硫煤( 入炉燃煤收到基硫分小于0 5 ) 的坑口电厂锅炉执行该限值。 ( 3 ) 以煤矸石等为主要燃料( 入炉燃料收到基低位发热量小于等于1 2 5 5 0 k j k g ) ( 4 ) 位于西部非两控区的燃用特低硫煤( 入炉燃煤收到基硫分小于o 5 ) 的坑口电厂 锅炉执行该限值。 表1 2 火力发电机组氮氧化物最高允许排放浓度 t a b l e 1 2h i g h e s te m i s s i o nc o n c e n t r a t i o no f n i t r o g e no x i d e sf r o mt h e r m a l - p o w e re l e c t r o c i t yu n i t s 时段第1 时段第2 时段 第3 时段 在排污费征收使用管理条例中规定了对电厂s 0 2 与n o x 的排污收费标准， 氮氧化物与二氧化硫执行相同的排污费征收标准，标准约为0 6 元千克当量。征 收的排污费将全部用于污染治理项目，包括对电厂购买脱硫脱硝设施的资金支持。 1 3 2 电厂脱硫的现状 近年来我国火电净装机量持续高速增长，2 0 0 2 年净增装机1 8 0 8 4 0 万千瓦， 2 0 0 6 年达到1 0 4 8 1 5 2 万千瓦，2 0 0 7 年为1 0 亿千瓦，总装机量为7 1 3 万亿千瓦， 每年新增的火电机组占总装机组的7 4 左右。政府大力推进烟气脱硫脱硝产业化 来抑制电厂的污染，并在2 0 0 7 年底国家发改委联合环保总局印发的现有燃煤电 厂二氧化硫治理十一五规划中提出，到2 0 1 0 年现有的燃煤电厂二氧化硫将比 2 0 0 5 年下降6 1 4 ，规划中指出十一五期间，需要安装1 3 7 亿千瓦脱硫设施。 在国家政策的大力扶持下，我国火电厂的烟气脱硫治理工作卓有成效。自2 0 0 4 年 4 结呛 以后新建的电厂基本在电厂建设的同时就【r 司步安装r 熘气h 兑硫设施，旧时老电厂 也帽应地进行淘汰小锅炉、对大型机组改选加装脱硫j 艺设施除此之外在“两 控慝”内的所_ 自大刑电厂均纳入了环保局的在线监测系统，实施实时监测管理。近 几年崮家环保局环境状况公报的统计数据霏球，我因的：氧化1 ； c 污染物排放量扦 始逐年减少烟气脱硫的装机容量不断增加，具体如图l3 所示、表l3 所示。 农i3 近5 年全旧装机弈址增睦悄况 年份 总装机容量( 7 干札)净增装机弈晕( 万千瓦) 同比增长( 哟 2 0 0 23 5 6 5 7 0 91 8 0 84 053 4 2 0 0 3 3 9 1 4 07 83 4 8 36 99 7 7 2 0 0 44 4 2 3 87 35 0 9 79 51 30 2 2 0 0 5 5 1 7 i84 87 4 7 97 51 6 9 l 2 0 0 66 2 2 0 00 0 1 0 4 8 15 22 02 7 2 0 0 77 13 0 00 0 1 0 0 0 00 048 i 图i3 我i q 近儿年火电装机弈破、发电量及耗煤量 f i g l3 t h e m a lp o w e r i n s t a l l e dc a p a c i t y , g e n e r a t e d e n e r g yc o a lc o n s u m p t i o n i no u r c o u n t r y i n l a t e s t y e a r s 1 33 电厂脱硝的现状 据统n 到2 0 0 8 年底约柏9 0 多家电厂近2 0 0 台总装机容量为10 5 亿k w 的 脱硝机组l 通过环评，其一p 已建、在建或拟建的火电厂烟气脱硝项1 7 达到5 7 4 5 万 k w 装机容量。采用的 艺技术t 要是选择性催化还原法( s c r ) ，约占9 6 ，非 选择性非还原催化法( s n c r ) 只占4 。据华北电力大学高级工程师主采德2 0 0 4 年底的估算】t 2 ，到2 0 1 0 年辛囤电力行业约需新建改建的烟气脱q j 机组总容量可达 r 亿千5 c 脱硝市场将达到1 1 0 亿元。据统计，到2 0 0 7 年底我国火电厂n o x 排放 重庆大学硕十学位论文 量为8 3 8 3 万吨，占全国总排放量的3 6 ，居各行业第一。按照目前的发展速度， 到2 0 1 0 年火电厂n o x 年排放量将达到1 0 11 力吨，2 0 1 5 年达1 1 5 0 力吨，其增长 如图1 2 所示。按照火电行业环境保护规划的要求，到2 0 1 0 年需要削减2 9 8 万吨、 2 0 1 5 年4 8 0 万吨1 5 j ，减排任务相当艰巨。自电厂氮氧化物排污征费以来，我国通 过引进、消化吸收国外成熟脱硝工艺，目前已经形成良好的市场氛围，国内的个 别大型脱硝企业开发出自主专利的技术工艺，如华电技术、清华同方、苏源环保、 东方锅炉等。据2 0 0 8 年底的统计，全国脱硝机组中5 5 1 5 0 m w 为s c r 工艺，2 4 0 0 m w 为s n c r 工艺，目前已经运行的大约5 0 多套。 訾 k 日哪 摧 枯 h 呈 脚 亡 1 时，才能取得较好的脱硝效率) ；烟气中的氧含量；停留时 间。 s n c 砌垂行中主要存在以下的问题：氨的腐蚀与喷射系统；气流分布：氨逃逸； 氨的存储与运输。其中氨逃逸不仅会造成环境的污染，而且会形成铵盐堵塞和腐 蚀下游设备，通过加入某些添加剂可以有效减少氨逃逸。研究表明在8 5 0 ，随 同n h 3 力i n , - - 定量的c h 4 可以显著减少氨的逃逸【2 7 】。而随着烟气中c o 浓度的增 加，氨逃逸也逐渐减少，在温度窗口为7 5 0 - - 一1 0 7 5 ，c o 含量2 0 0 0m g l 时，氨的 逃逸d 、t 5 m g l t 2 引。 s n c r 脱硝技术系统简单、占地小，投资低，脱硝率在2 5 4 0 之间，投资约 为s c r 法的5 0 一7 0 ，操作费用较低，工艺参数确定受机组负荷的影响较大，温度 控制较难，氨气泄漏可能造成二次污染。 通过对s n c r 脱硝技术工艺的分析，可得在s n c r 脱硝工艺设计运行中主要 的参数有：脱硝率；氨的贮存及氨的逃逸；n h 3 n o x 摩尔比；反应温度；停留时 间；工艺的投资；运行成本；工艺的电耗等。 1 4 2 燃煤电厂脱硫、脱硝的技术原理及t 艺 图2 3s n c r 工艺流程图 f i 萨3s c h e m a t i cd i a g r a mo fs n c r 2 2 4s n c 刚s c r 联合烟气脱硝技术 s n c r s c r 联合工艺是把s n c r 工艺的还原剂喷入炉膛技术同s c r 工艺催化 反应结合起来，从而进一步脱出n o x ，是s n c r 工艺的低费用同s c r 工艺的高效 脱硝率及低氨逸出率的成功结合。在s n c r s c r 联合工艺中的前半段为s n c r 脱 硝喷氨过程，即以炉膛为反应器，在8 5 0 1 2 5 0 。c 的区域内喷入还原剂( 尿素) ， 该还原剂( 尿素) 迅速热解成n h 3 并与烟气中的n o x 进行选择性非催化还原反应 生成n 2 、n h 3 或尿素还原n o x 2 9 - 3 0 。 n h 3 为催化剂： 4 n h 3 + 4 n o + 0 1 2 - - 4 n 2 + 6 h 2 0 尿素为催化剂： 2 n o + ( n h 3 ) 2 c o + 1 2 0 2 2 n 2 + 2 h 2 0 + c 0 2 n h 3 反应的最佳温度在8 5 0 1 2 5 0 。c 内，当反应温度过高时，由于氨的分解使 n o x 还原率降低，温度适当地降低使反应器有效地减少了氨的逃逸， 并能同时保证为下游设备提供足够的氨。与s n c r 系统串连的s c r 系统，在系统 中只增设了- d , 型催化反应器，并加装少量的催化剂成分，利用上游烟道内足够 的余氨，在3 2 0 4 0 0 的温度差窗口内脱除。混合工艺需要安装一个辅助喷氨系统， 重庆大学硕士学位论文 通过试验和调节辅助氨喷射可以改善氨气在反应器中的分布效果，其工艺如图2 4 所示 图2 4s n c r 与s c r 混合工艺系统图 f i 醇4m i x e ds c h e m a t i cd i a g r a mo fs n c ra n ds c r s n c r s c r 联合烟气脱硝工艺一般由催化反应器、还原剂贮槽、空气加热器 等部分组成的，此外，为了弥补n o x 与n h 3 混合不均的问题，一般在其工艺中加 一个辅助氨喷射系统以减少催化剂中的缺氨区域。 s n c r 与s c r 混合型技术在运行过程中，还原剂可使用n h 3 或尿素，反应温度 前段9 0 0 1 1 0 0 ，后段3 2 0 - - 一4 0 0 ，后段加装少量催化剂( 以t i 0 2 ，v 2 0 s , w 0 3 为 主) ；脱硝效率为4 0 - - 一7 0 ；锅炉负荷不同还原剂喷射位置也不同，通常位于一 次过热器或二次过热器后端；s 0 2 的氧化比s c r 法低，n h 3 逃逸体积分数为5 l o 七 1 0 x 1 0 6 ；对空气预热器影响较s c r 低，造成堵塞或腐蚀的机会较低；催化剂用量 较s c r 小，产生的压力损失相对较低，燃料的影响与s c r 相同；受锅炉的影响与 s n c r 影响相同。在联合工艺的设计中，一个重要的问题是将氨与n o x 充分混合。 s n c r 与s c r 联合工艺可以达至l j 4 0 - - - 8 0 的脱硝效率，但氨的逃逸量较大【5 4 1 。 s n c r s c r 联合工艺的特点：脱硝的效率相对较高；设备简单；建设周期短； 占地面积小；催化剂用量较少；系统压损小；s 0 2 s 0 3 的氧化率较低，对下游设备 腐蚀相对较i x ；独特的辅助喷氨系统更易于控制管道内氨的分布；氨逃逸率低。 在s n c r s c r 联合工艺设计运行中主要的参数同s c r 法雷同，在此不做累述。 1 6 2 燃煤电厂脱硫、脱硝的技术原理及工艺 2 3 燃煤电厂同时脱硫脱硝原理及技术工艺 随着脱硫和脱硝技术的迅猛发展及各国环保标准的不断提高，各国积极开发 脱硫脱硝一体化工艺技术，目的是研发具有低于常规f g d 和s c r 组合工艺费用的 一体化工艺技术，并能稳定连续安全的运行，具体的技术工艺一般有以下几种。 2 3 1 活性炭吸收脱硫脱硝工艺 活性炭法是利用活性炭吸收二氧化硫、氧和水产生硫酸，并加入氨以达到同 时脱硫脱硝的目的。 活性炭法的工艺主要由吸附、解吸和硫回收三部分组成，最佳脱硫温度为 1 2 0 1 6 0 。c 。烟气中的s 0 2 在吸收塔的第一段被脱除，在第二阶段通过喷入氨除去 n o x ，最后应用c l a u s 工艺回收浓缩后的s 0 2 并将其转化成单质s 。其工艺流程 如图2 5 所示( 日本m i t s u i b f 工艺) 。 活性炭法在吸收塔内的化学反应： s o , + 凰d + o 5 d 1 堕鸟h , s q 4 d + 4 n h 3 + 0 2 4 2 + 6 上乞d 再生阶段的化学反应： h 2 s 0 4 一她+ 马d s 0 3 + 三c 一觋+ c 0 2 最后在c l a u s 工艺中，浓缩后的s 0 2 在用冶金焦炭作还原剂的还原反应器中转 化成单质硫： 马s + s 0 2 一3 s - t - 2 h 2 0 在高浓度s 0 2 的烟气中，活性炭进行的是s 0 2 的脱除反应；在s 0 2 浓度较低 的烟气中，n o x 脱除反应占据主导地位。然而，s 0 2 浓度越高，氨的消耗越高，这 就要求大多数活性炭工艺使用二级吸收塔，活性炭工艺在稳定的运行条件下，可 达到9 8 以上的脱硫率和8 0 以上的脱硝率3 0 1 。 同本三菱公司对德国b e r g b a u f o r s c h u n g 开发的活性炭吸收工艺作了改进后分 别于1 9 8 7 和1 9 8 9 年在a r z b e r g 燃煤电厂的1 0 7 m w 和1 3 0 m w 两台机组、德国的 h o e c h s t 燃煤电厂7 7 m w 机组分别进行了安装运行。1 9 9 5 年日本电力能源公司 ( e p d c ) 的3 5 0 m w 空气流化床锅炉中安装n o x 工艺，处理烟气量1 1 6 3 0 0 0 m 3 h ， 在温度1 4 0 。c 、活性炭循环速率1 4 6 0 0 k g h 、n h 3 n o x 化学计量比为0 8 5 时，其s 0 2 的脱除率达到9 0 以上，n o x 的脱除率可达到8 0 3 1 】。目前，国内的研究一般都将 重点放在活性炭负载催化剂的研究上，并取得了许多的科研成果【3 2 - 3 4 1 。 1 7 重庆大学硕士学位论文 图2 5 活性炭吸收脱硫脱硝工艺( 日本m i t s u i b f 上艺) f i 醇5p r o c e s s o fd e s u l f i c a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o na b s o r b i n gb ya c t i v a t e dc a r b o n ( m i t s u i b fp r o c e s s f r o mj a p a n ) 活性炭工艺的优点：具有很高的脱硫率；能去除湿法难以去除的s 0 3 ；能去 除废气中的h i c 、h f 、砷、硒、汞；在低温( 1 0 0 2 0 0 ) 得到高的脱氮率( 8 0 ) ； 具有除尘功能；过程中不用水，无需废水处理装置，没有二次污染；碱、盐类对 活性焦炭没有影响，不存在吸附剂中毒的问题；建设费用低、使用动力小、运行 费用低；占地面积小；可以回收副产品，高纯硫磺( 9 9 9 5 ) 或浓硫酸( 9 8 ) 或 高纯液态二氧化硫；已经得到商业化应用；适合老厂的改造。 活性炭工艺的不足：固态的热吸收剂循环使用采用机械的方式，操作较复杂； 吸附剂在运行中有磨损消耗；烟气通过吸附床有较大的压力降。 活性炭法在国外已经进行了多年的商业应用，积累了大量的实际运行经验。目 前活性炭法的初投资约在2 2 0 2 4 0 美元千瓦时，单位运行成本1 0 8 m i l l k w h 【2 引， 其脱硫脱硝的副产物可以回收综合利用，工艺耗电一般为占总发电量的1 5 3 5 ， 技术成熟稳定性好。 活性炭工艺的主要技术参数有：脱硫率；脱硝率；催化剂层的布置；安全稳 定运行性；系统压力损失；烟气量；氨的贮存及氨的逃逸。经济性能参数主要有： 单位投资；单位运行成本；占地面积；工艺耗电；活性炭的消耗等。 l g 2 燃煤电厂脱硫、脱硝的技术原理及工艺 2 3 2c u o 同时脱硫脱硝工艺 c u o 同时脱硫脱硝技术将c u o 作为活性组分，而其中主要以c u o a 1 2 0 3 和 c u o s i 0 2 为主，c u o 含量通常占4 - 6 ，在3 0 0 4 5 0 。c 的温度范围内与烟气中的s 0 2 发生反应形成的c u s 0 4 ，同时c u o 对s c r 法还原n o x 有很高的催化活性，吸收 饱和的c u s 0 4 被送去再生，再生过程一般用c h 4 气体对c u s 0 4 进行还原，释放的 s 0 2 可制酸，还原得到的金属铜或c u e s 再用烟气或空气氧化，生成的c u o 又重新 用于吸收还原过程。采用此工艺一般能达到9 0 的s 0 2 脱出率和7 5 8 0 的n o x 脱除率。在美国伊利诺伊燃煤电厂7 0 m w 机组进行了应用，取得了预期的效果。 具体工艺如图2 6 所示。国内的刘守军等人研究了用c u o a c 低温( 1 2 0 _ _ 2 5 0 。c ) 脱除烟气中的s o x 和n o x 。 c u o 同时脱硫脱硝工艺在吸收塔内的化学反应有： s q + o d + 妄d 2 一o 蚴 4 n o + 4 n h 3 + d 2j 嗡势乌4 2 + 6 1 - 1 2 0 2 n 0 2 + 4 乩+ qj 崤筹屿3 2 + 6 h 2 0 再生阶段的反应： c 1 1 s 0 4 + 二c h 。专c lt + s o 、+ 二c o 、+ h 、o ，l ，z c u + 三d 2 一g d 在工艺末端用c l a u s 法使浓缩后的s 0 2 气体转化为单质硫，再生后的氧化铜又 循环到反应器中。 c u o 同时脱硫脱硝工艺的优点：较高的脱硫率；催化剂对温度的适应性强； 吸收剂c u o 可再生循环回用；副产品可回收利用；过程中不用水，无需废水处理 装置，无二次污染；建设费用低、使用动力小、运行费用低；占地面积小；可以 回收副产品；适合老厂改造。 c u o 同时脱硫脱硝工艺的不足：技术工艺仍然尚未得到商业应用；固态的热 吸收剂循环使用，但再生中物化性能下降；运行成本较高；烟气通过吸附床有较 大的压力降。 氧化铜同时脱硫脱硝一体化工艺2 0 0 m w 规模的初投资约为2 2 8 美元千瓦时， 5 0 0 m w 约为2 4 7 2 5 7 美元千瓦时，单位运行成本1 1 7 1 9 7 m i l l k w h 1 2 引，副产物可 以综合利用，工艺耗电一般为占总发电量的4 。 c u o 工艺的主要技术参数有：脱硫率；脱硝率；催化剂层布置；c u o 的再生； 安全稳定性；系统压力损失；烟气量；预热器；氨的贮存及氨的逃逸。经济性能 参数主要有：单位投资；单位运行成本；占地面积；工艺耗电；c u o 的消耗等。 1 9 重庆大学硕士学位论文 图2 6c u o 同时脱硫脱硝工艺 f i 9 2 6s c h e m a t i cd i a g r a mo fs i m u l t a n e o u sd e s u l f u r i z a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o n 2 3 3n o x s o 同时脱硫脱硝工艺 n o x s o 是一种干式、可再生系统，它是类似的干法可再生工艺，其吸附剂为 钠浸渍型a 1 2 0 3 ，s 0 2 和n o x 在1 2 0 c 的流化床中与吸附剂反应生成复杂的s - n 化 合物，反应产物在6 2 0 下加热释放n o x ，又用甲烷和蒸汽处理使释放出s 0 2 和 h 2 s 而得以再生。其工艺流程如图2 7 所示： n o x s o 工艺从1 9 7 9 年开始开发，小试己在t o r o n t o 电厂进行( 5 m w ) ，脱氮 率可达7 0 一9 0 ，脱硫率达9 0 【3 5 。6 1 ，1 1 5 m w 规模机组的工程示范在美国取得 了预期的效果。在n o x s o 基础上改进的工艺s n a p 氧化铝钠工艺技术在1 2 0 。c 温度下进行反应可获得9 0 s o s 脱硫率和7 0 - - - 9 0 n o x 脱硝率。 n o x s o 同时脱硫脱硝工艺的优点：n o x s o 同时脱硫脱硝系统工艺的锅炉适应 性好；脱硫脱硝的效率高；运行维护费用低；系统可靠性高；不产生二次污染。 n o x s o 同时脱硫脱硝系统工艺的不足：n o x s o 同时脱硫脱硝系统工艺投资费 用高；能耗大，耗电占电厂发电量的4 左右；工艺流程较复杂；工艺系统占地面 积大。 n o x s o 同时脱硫脱硝工艺的初投资成本与氧化铜接近，其运行成本要比氧化 2 燃煤电厂脱硫、脱硝的技术原理及t 艺 铜法低一些，工艺耗电一般为占总发电量的1 5 - 2 ，系统工艺在美国的o h i o e d i s o n sn i l e s 电站1 0 8 m w 机组和印第安纳州w a r r i c k 电站1 4 4 m w 机组进行了工 艺示范，脱硫率达到9 7 ，脱硝率达到7 0 。 n o x s o 工艺的主要技术参数有：脱硫率；脱硝率；流化床的布置；安全稳定 运行性；系统压力损失；烟气量；吸附剂的再生。经济性能参数主要有：单位投 资；单位运行成本；占地面积；工艺耗电；吸附剂的消耗等。 图2 7n o x s o 同时脱硫脱硝系统工艺 f i 醇7s c h e m a t i cd i a g r a mo fs i m u l t a n e o u sd e s u l f u r i z a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o nu s i n gn o x s o 2 3 4s n r b 技术工艺 s n r b ( s o x - n o x r o o x ) 技术是在省煤器后喷入钙基吸收剂脱除s 0 2 ， 在布袋除尘器的滤袋中悬浮有s c r 催化剂并在气体进布袋f j 喷入n h 3 以去除 n o x ，要求控制温度在3 0 旺5 0 0 之间。具体工艺如图2 8 所示 此技术现已经在美国r e b u r g e r 电厂进行了5 m w 规模的示范，其效果为：在 n h 3 n o x 摩尔比为0 8 5 、氨的逸出量小于4 m g m 3 时，脱硝率达9 0 ；在以熟石灰 为脱硫剂、钙硫比为2 0 时，可达到8 0 _ - 9 0 的脱硫率；除尘率达到9 9 8 9 。s n r b 技术工艺于1 9 9 2 年5 月在r e b u r g e r 电厂进行2 6 0 0 小时的测试，在f a b r i c 2 l 重庆大学硕士学位论文 d u r a b i l i t yt e s t 的工厂则进行了3 8 0 0 小时的试验积累大量的运行数据3 刀： 图2 8s n r b 脱硫脱硝技术工艺流程图 f i 醇8s c h m a t i cd i a g r a mf o rd e s u l f u r i z a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o no fs n c r s n r b 工艺将三种污染物的脱除集中在一个设备上，从而降低成本和减少占地 面积。该工艺在选择催化剂脱硝之前除去二氧化硫和颗粒物，因此减少了硫酸铵 在催化剂层的堵塞、磨损和中毒。s n r b 工艺要求的烟气温度范围为3 0