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脱硝技术 内容目录 1 火电厂氮氧化物排放标准2 火电厂氮氧化物排放现状以及排污费征收标准3 减少氮氧化物排放的方法4 主要的烟气脱硝工艺5 脱硝工艺选择6 我国烟气脱硝市场现状以及发展趋势7 国外主要烟气脱硝公司在中国市场的发展情况Fuel tech公司烟气脱硝工艺的技术优势FBE公司烟气脱硝工艺的技术优势10 结束语 1 火电厂氮氧化物排放标准 火电厂大气污染物排放标准 GB13223 2003 DB11 139 2002锅炉污染物综合排放标准 规定大于45 5MW的燃煤锅炉氮氧化物排放量限值250mg m3 火电厂氮氧化物排放标准发展趋势 国家环境保护总局污染控制司大气处刘孜处长 国家规划在第十一个五年计划期间完成脱硝技术的引进和示范工程 在第十二个五年计划期间制定严格的NOx总量排放控制标准 电力规划院原院长汤蕴琳教授 国家排放标准一般八年修订一次 预计到2020年NOx排放控制标准可能降到200mg nm3 2 火电厂氮氧化物排放现状以及排污费征收标准 我国目前NOx的排污费征收标准为 0 63元 kgNOx 国内氮氧化物排放现状 我国近年氮氧化物 NOx 大气污染物的主要来源是火力发电厂 目前火电厂每生产1000千瓦时的电力 相应产生2 1千克的氮氧化物 2000年氮氧化物的排放量已达到358 02万吨 年 根据NOx生成机理 在实际应用中 主要采用低NOx燃烧技术和烟气脱除的办法对其控制 而我国目前应对氮氧化物污染的主要方式仅是新建机组采用低NOx燃烧技术 对于旧有机组 直接排放是导致氮氧化物污染的一项主要因素 中国典型燃煤机组的NOx排放情况 600MW及以上机组380 450mg Nm3200MW及200MW650 1300mg Nm3100MW及以下小型机组700 1800mg Nm3 2000年358 02万吨2002年520 00万吨2010年594 74万吨 预计 中国电力氮氧化物排放状况 国内氮氧化物排放现状 3 减少氮氧化物排放的方法 3 1NOx的形成及控制方法氮氧化物 NOx 的形成是由于氮与氧在非常高的温度时的结合 世界上控制NOx的技术包括锅炉内燃烧中尽量避免NOx的生成技术和NOx生成后的排除技术 3 2燃烧改良法燃烧器或炉膛被设计成可调整的分级进气或再燃烧 以做阶段式燃烧来降低氧化氮的生成3 3NOx的脱除技术设法消除燃烧后所生成NOx的技术 世界上比较成熟的有70年代开发并应用的选择性触媒还原法 SCR 80年代中期研发成功并得到广泛应用的选择性非触媒还原法 SNCR 以及90年代后期研发成功并在大型燃煤机组得到成熟应用的SNCR SCR混合法技术 燃烧改良法是控制NOx生成条件以达到脱硝目的 是一种经济的控制NOx的排放策略 控制NOx生成条件即在燃烧过程中 控制燃烧温度 一直保持让氧和氮分开 使二者结合生成NOx的可能性降至最低这种燃烧改善技术有低NOx燃烧器 LNB 空气分级燃尽风 OverFireAir 再燃技术 Reburn 及烟气再循环 FlueGasRecirculation 等在规划新建大型燃煤机组时 应一次设计到位考虑设置低NOx燃烧器对改造锅炉 实施低NOx燃烧器和现有的燃烧系统炉膛结构影响不一 故需要分别评估再决定 有时实施需对现有的供风系统和炉膛进行较大程度的改造而不适用燃烧改良法但是燃烧改良法通常无法单独的满足较严的NOx排放标准 联合使用燃烧改良和SNCR或SNCR SCR混合法 对改造锅炉较适用且经济 国外通常与烟气后脱硝技术SNCR或SCR法联合使用 燃烧改良法 燃烧后NOx的脱除技术 SCR技术 选择性触媒还原法SNCR技术 选择性非触媒还原法SNCR SCR混合法技术 选择性非触媒还原法和选择性触媒还原法的混合技术 4 主要的烟气脱硝工艺 选择性非触媒还原法SNCR工艺选择性触媒还原法 SCR 工艺SNCR SCR混合法工艺 4 1选择性非触媒还原法 SelectiveNonCatalyticReduction SNCR技术是非触媒的炉内喷射工艺80年代中期SNCR技术在国外研发成功 开始大量应用于中小型机组 至90年代初期成功地应用于大型燃煤机组 该技术的运行经验至今已成功的应用于600 800MW等级燃煤机组其原理是在炉内喷射氨 尿素等化学还原剂使之与烟气中的氮氧化物反应 将其转化成分子氮 N2 及水 H2O 此技术是选择仅减少氮氧化物而不涉及其它类氧化物 如CO2等 目前最新的SNCR技术与NOx有效反应温度范围已可达850oC 1250oC之间因为将化学反应剂喷入炉内正确的位置且随锅炉负荷变化而调整是非常重要的 因此要求SNCR技术在设计阶段对每台对象机组实施计算机模拟分析 从而设计出随温度场变化的运行控制系统 4 1选择性非触媒还原法 SelectiveNonCatalyticReduction 使用计算机流体力学 CFD 和化学动力学模型 CKM 进行工程设计 即将先进的虚拟现实设计技术与特定燃烧装置的尺寸 燃烧类型和特性 锅炉负荷范围 燃烧方式 烟气再循环 如果采用 炉膛过剩空气 初始或基线NOx浓度 炉膛烟气温度分布 炉膛烟气流速分布等相结合进行工程设 实际运行时SNCR的反应窗将随温度场的分布而实施自动追踪调整 不受燃料种类或煤的质量变化的影响最普遍应用的化学反应剂为尿素或氨SNCR脱硝效率对大型燃煤机组可在25 40 之间 对小型机组其效率可达80 工程造价低 占地面积小 适用于老厂改造 新炉可依据炉子设计加以配合 脱硝效率更高 4 2选择性触媒还原法 SelectiveCatalyticReduction SCR为一种炉后脱硝反应装置 最早由日本于70年代后期完成商业运行 至80年代中期欧洲也成功地实现了SCR的商业运行设置触媒装置于锅炉省煤器出口与空气预热器入口之间 其作用为使喷入之氨与烟气中之NOx加速反应实现脱硝在此情况时 其有效反应之温度范围较SNCR低的多 约在320oC 400oC之间最普遍使用的化学反应剂 还原剂 为氨与尿素 SCR反应原理示意图 脱硝效率和氨的逃逸率之相关关系 脱硝运行关系曲线 脱硝运行NH3 NOx摩尔比上限 小于设计的NH3未反应量 如 小于5ppm 下限 大于设计的脱硝效率 如 大于80 锅炉SCR脱硝系统装置的基本流程图 触媒框架结构 垂直流型 脱硝反应器的总括图 触媒层 未来层 整流器 缓冲层 烟气 NH3Storage SupplySystem NH3StorageTanker NH3Vaporizer NH3dilutiontanker NH3Loadingfacility 4 3SNCR SCR混合法工艺 SNCR SCR混合法技术是一种结合了炉内脱硝SNCR法及炉后脱硝SCR法而成的新系统于90年代后期研发成功并成熟的应用于多数大型燃煤机组 该技术非常适合新建大型机组 同时也非常适用于场地狭窄的老厂改造 应用于SNCR法的化学还原剂被设计成在炉内脱硝后之余氨再进入SCR的催化剂实施再脱硝 此系统可提供电厂比较经济的脱硝方式 它可提供电厂在符合环保法规的要求下 阶段性的增添设备及催化剂 而无需将资金做一次性投入 并可大量节省电厂脱硝运转费用SNCR SCR混合法可利用逃逸的氨作为后部SCR的还原剂 从而可使其脱硝效率逐步升级最终可达到80 以上 SNCR SCR混合型原理示意图 5 烟气脱硝工艺的选择 技术要求 经济性 SCR工艺 SNCR工艺及SNCR SCR混合工艺烟气脱硝技术比较 NOx脱硝率低 仅可达到25 40 因不增加SO3可较SCR放宽NH3逃逸条件对于多层喷入 控制系统适当的跟随负荷及温度能力工程造价较低 占地面积小 适用于老厂改造 新炉如依锅炉设计加以配合 脱硝效率会更高 SNCR工艺特点 SCR工艺 SNCR工艺及SNCR SCR混合工艺烟气脱硝技术比较 脱硝效率高 能达到90 以上 当要求氮氧化物脱除率较高时 经济性最好的工艺技术成熟 运行可靠 便于维护反应器对气体混合均匀度 温度 触媒实际操作情况等比较敏感易形成氨 硫化合物 ABS 堵塞空气预热器 SCR工艺特点 SCR工艺 SNCR工艺及SNCR SCR混合工艺烟气脱硝技术比较 有机结合了SCR工艺和SNCR工艺有利特点的新工艺 已于90年代后期研发成功并应用于大型燃煤机组SNCR SCR系统中 SNCR阶段逃逸的氨会随烟气流向下游的SCR系统 使得氨利用率更加完全大量节省催化剂的使用量SNCR SCR系统因锅炉内已装有SNCR系统而大幅度减少其所需的SCR反应容积 进而降低SCR系统的装置成本和空间 SNCR SCR混合工艺特点 烟气脱硝技术综合特性比较 1 建造成本比较 2 系统运行成本比较 3 综合成本比较 SNCR SCR及SNCR SCR的技术经济指标分析 脱硝装置建造成本比较 550MW1台脱硝效率70 的案例 脱硝装置系统运行成本比较 550MW1台脱硝效率70 的案例 综合成本比较 550MW1台脱硝效率70 的案例 总投资费用美元 KW 0305070100NOx减排率 75 150 10 20 30 50 SCR LNB SNCR SCR SNCR 氮氧化物控制技术的性能价格比 结论 脱硝工艺选择 当要求氮氧化物脱除率较高时 采用SCR工艺最经济 SCR工艺可提供一次到位的脱硝方式新建大型火电机组中以采用SCR比较合适 老厂改造则可以用SNCR或SNCR SCR方案 SNCR SCR混合法工艺兼有SNCR和SCR技术的优点 当要求氮氧化物脱除率不是很高时 采用SNCR SCR工艺更合适 项目可一次立项 实施可分阶段增添设备及催化剂 此系统可为电厂提供最经济合理的脱硝方式 6 我国烟气脱硝市场现状以及发展趋势 脱硝技术于我国起步较晚仅有极少数电厂采用脱硝技术控制NOx的排放 中国烟气脱硝工程项目现状 国内火电厂不加烟气脱硝装置的原因 我国目前NOx的排污费征收标准规定较低 为0 63元 kg火电厂大气污染物排放标准的要求也较低 在煤挥发分 20时 NOx排放的限度值为450mg m3一般SCR工艺脱除每公斤NOx的建造成本较高 约为1 32元 kg 别是运行成本也很高 约为1 23元 kg 我国烟气脱硝市场现状 SCR烟气脱硝排除每公斤NO2所需成本计算实例 1 550MW 影响我国烟气脱硝市场发展趋势的因素 政策法规我国电厂机组配置现状及脱硝要求新建大型火电机组改造工业锅炉及电站锅炉煤灰影响灰量大 煤种变化 质量变化 混烧煤 对氨逃逸及SCR催化剂的适用及风险触媒的砷硫及碱性物 如钙化物 中毒减效其他元素造成的触媒中毒减效 成本建造成本运行成本安全从运行安全考虑 以尿素或氨做还原剂的方式人口稠密区公众安全及生产安全考虑使用加压容器的安全催化剂选择催化剂结构适应不同压降 燃料和烟气成分要求 满足工程选择 影响我国烟气脱硝市场发展趋势的因素 我国烟气脱硝市场发展趋势 SNCR作为最经济的脱硝方式可广泛用于旧机组改造及新上小机组SCR作为脱硝效率最高的方式 可应用于任何类型机组SNCR SCR已经成功应用于大型燃煤机组 将是脱硝市场的一种新的发展模式在使用安全性上 尿素脱硝工艺可能最终取代氨脱硝工艺 尿素与氨的比较 国外脱硝还原剂选择在无水氨 氨水和尿素水溶液中进行还原剂选择 国际上 一般是从安全角度考虑 这是因为从管路 储存罐或从槽车罐的交通事故中泄漏出的氨气要比原本是尿素水溶液的危险性大很多 尽管 从历史上看 国外防范无水液氨事故技术越来越细 但由于从当局获得液氨的使用许可越来越难 安全防范要求也越来越多 相应花费的安全成本也越来越大 因此现在氨水和尿素正越来越多地作为还原剂被使用 特别是近10年 采用尿素作为还原剂的SCR比例迅速上升 世界SCR还原剂使用现状 液氨为国家重点控制监管的危险品 在电厂内设置的液氨储罐为重大危险源 尿素作为还原剂从工安角度讲是最好的选择 液氨相对尿素成本较低 而且市场占有率最高 故脱硝剂的选择应因地制宜 根据电厂的实际情况 合理选用 尿素与氨的比较 理化特性 无水氨 AnhydrousAmmonia 又名液氨 为GB12268 90规定之危险品 危险物编号23003无色气体 有刺激性恶臭味 分子式NH3 分子量17 03 相对密度0 7714g l 熔点 77 7 沸点 33 35 自燃点651 11 蒸气密度0 6 蒸气压1013 08kPa 25 7 水溶液呈强碱性 氨逸散后之特性 无水氨通常储存的方式为加压液化 液态氨变气态氨时会膨胀850倍 并形成氨云 另外液氨泄入空气时 会形成液体氨滴 放出氨气 其比重比空气重 虽然它的分子量比空气小 但它会和空气中的水形成水滴的氨气 而形成云状物 所以当氨气泄漏时 氨气并不自然的往空中扩散 而会在地面滞留 带给附近民众及现场工作人员伤害 2 燃烧爆炸性及腐蚀性 蒸气与空气混合物爆炸极限16 25 最易引燃浓度17 氨和空气混合物达到上述浓度范围遇明火会燃烧和爆炸 如有油类或其它可燃性物质存在 则危险性更高 与硫酸或其它强无机酸反应放热 混合物可达到沸腾 泄漏时 会对在现场工作的工人及住在附近社区的居民造成相当程度的危害 液态氨将侵蚀某些塑料制品 橡胶和涂层 不能与下列物质共存 乙醛 丙烯醛 硼 卤素 环氧乙烷 次氯酸 硝酸 汞 氯化银 硫 锑 双氧水等 3 对人体的危害性 若与氨直接接触 会刺激皮肤 灼伤眼睛 使眼睛暂时或永久失明 并导致头痛 恶心 呕吐等 严重时 会导致据悉系统积水 肺或喉部水肿 可能导致死亡 长期暴露在氨气中 会伤肺 导致产生咳嗽或呼吸急促的支气管炎 无水氨的特性 有水氨的特性 1 理化特性 有水氨 AmmoniaWater 氨溶液 35 含氨 50 为GB12268 90规定之危险品 危险物编号为22025分子式 NH3OH 分子量35 相对溶解度0 91 无色透明液体 有强烈的刺激性气味用于脱硝的还原剂通常采用20 22 浓度的氨水 较无水氨相对安全2 燃烧爆炸性及腐蚀性 其水溶液呈强碱性 强腐蚀性 当空气中氨气在15 28 爆炸界限范围内 会有爆炸的危险性 所以氨水与液氨皆具有燃烧 爆炸及腐蚀的危害性禁忌物 酸类 铝 铜3 对人体的危害性 氨水对生理组织具有强烈腐蚀作用 进入人体之途径有四种 1 吸入方式 2 皮肤接触 3 眼睛接触 4 吞食等 其暴露途径与液氨非常相似 而对人体的危害可能造成严重刺激或灼伤 角膜伤害 反胃 呕吐 腹泻等现象 也可能造成皮肤病 呼吸系统疾病加剧等 尿素的特性 理化特性 尿素分子式是NH2CONH2 分子量 60 06 含氮 N 通常大于46 显白色或浅黄色的结晶体 它易溶于水 水溶液呈中性反应 吸湿性较强 因在尿素生产中加入石蜡等疏水物质 其吸湿性大大下降 危险性 与无水氨及有水氨相比 尿素是无毒 无害的化学品 无爆炸可能性 完全没有危险性 尿素在运输 储存中无需安全及危险性的考量 更不须任何的紧急程序来确保安全 使用尿素取代液氨运用于脱硝装置中可获得较佳的安全环境 因为尿素是在喷进混合燃烧室之后转化成氨 实现氧化还原反应的 因此 可以避免氨在电厂储存及管路 阀门泄露而造成的人体伤害 尿素SCR与液氨SCR的技术经济指标分析 1 建造成本比较 2 系统运行成本比较 3 安全成本分析a 美国对液氨的安全管理费用b 对中国液氨的安全管理及风险费用分析 4 还原剂选择的综合成本分析 建造成本比较 550MW1台的实际完成数据 系统运行成本比较 550MW1台每年的实际数据 系统运行之还原剂消耗比较 中国液氨 氨水 尿素的市场价格 美国对液氨的安全管理费用 对中国液氨的安全管理及风险费用分析 政治 社会影响 党中央 国务院对安全生产高度重视 把安全生产工作提到了极为突出的地位 作为与国计民生紧密相关的电力企业 更应不折不扣地贯彻中央领导同志的指示和国务院有关文件精神 突出抓好安全生产工作 一旦电厂由于使用液氨出现群伤群亡事故 将对大唐集团造成恶劣的社会影响 液氨安全管理费用 不如美国高昂 故取其半数 约为USD82 825 年 液氨事故所造成的直接经济损失 首先 需将氨发生意外所导致的发电损失纳入经济性评估的考虑因素中 假设在设备的15年设计寿命中发生一次严重的氨泄漏意外事件是一个合理的氨意外事故损失风险的考量 当液氨出现严重人身伤亡事故时 国务院安全生产监督管理部门必定介入调查 在原因调查清楚 以及保证相同事故不再发生的前提下 有可能强迫机组停机 造成发电损失 其计算方式如下 0 066USD KWH 550 000KW 75 24Hrs D 7D USD4 573 800则每年的氨泄漏意外风险值等于 USD4 573 800 15yr 304 920USD yr液氨事故所造成的间接经济损失 由于液氨严重事故造成的设备损伤及人员伤亡赔偿等所花费用也就不言而喻了 还原剂选择的综合成本分析 7 国外主要烟气脱硝公司在中国烟气脱硝市场的发展状况 脱硝技术的发展始于日本和德国 70年代开始发展美国 台湾地区 韩国发展迅速 国外主要烟气脱硝公司进入中国脱硝市场的情况 8 Fuel Tech公司的技术优势 SNCR工艺的优势工程造价低 占地面积小 适合于老厂改造 新炉会提高脱硝率因不增加SO3 可较SCR放宽NH3逃逸条件脱硝率25 40 Fuel Tech公司的尿素SNCR工艺的优势 与使用氨SNCR或SCR的脱硝工艺相比 尿素SNCR工艺可获得较佳的经济效益 与NH3相反 使用的还原剂尿素是无毒 无害的化学品由于没有大的系统因而投资较低 按喷射格栅 AIG 压缩机 旁路设计 钢支撑 不存在带压和危险的无水氨或氨水的储存 处