燃煤电厂灵活调峰宽温差SCR脱硝催化剂以及超低排放技术

,燃煤电厂灵活调峰宽温差SCR脱硝催化剂以及超低排放技术,技术交流,华北电力大学北京华电光大环境股份有限公司2018.01.24,汇报提纲,生物质发电成套设备国家工程实验室介绍,1,实验室概况,1-1,（1）批准建设2009年2月26日，国家发改委批准建设最早的国家级新能源类专业研究机构（2）项目法人单位华北电力大学（3）共建单位国能电力集团有限公司国能生物发电集团有限公司济南锅炉集团有限公司（4）项目总投资：4400万元，其中国家安排投资1300万元（5）建设周期：2.5年,发改办高技2009420号批文：,实验室概况机构设置,1-1,人才培养、交流与合作,1-2,培养本科生：新能源科学与工程（生物质）、应用化学研究生方向：可再生能源与清洁能源（硕士、博士）研究生工作站：培养工程硕士和专业硕士培养工程技术人员：400余人,研究方向,1-3,一、生物质高效清洁利用生物质高效清洁燃烧生物质高效热解转化生物质选择性热解生物质发电高温防腐防磨材料生物质发电过程测控与仿真生物质发电成套设备集成优化生物质利用前瞻性技术,研究方向,1-3,二、废弃物高效清洁利用&污染物治理锅炉烟气脱硝（SCR脱硝催化剂）锅炉烟气多污染物协同脱除生活垃圾高效热解转化化工有机废液高效焚烧废水处理前瞻性技术,技术应用,1-4,生物质直燃发电技术生物质常规热解与选择性热解技术有机废液焚烧技术生活垃圾热解处理技术烟气脱硝SCR催化剂技术其他相关技术社会服务能力,技术应用生物质直燃发电技术,1-4,实验室现已拥有生物质直燃发电全套设备的设计能力，为生物质发电的技术难点提供成套解决方案。,技术应用生物质热解技术,1-4,炭化（以焦炭产物为主）,液化（以液体生物油产物为主）,气化（以可燃气产物为主）,生物质热解,通过控制热解温度、气相氛围、滞留时间、加热速率等，可定向获得固体、气体或液体燃料,技术应用有机废液焚烧技术,1-4,完成高效环保焚烧系统的集成优化，实现焚烧技术和装置的工程示范，实现焚烧装置的长周期安全稳定运行，形成高浓度含碱有机废液焚烧技术和装置工程化应用的完整设计、制造和现场安装的工艺包。,热力计算,锅炉总图,技术应用生活垃圾热解处理技术,1-4,生活垃圾资源的能源化利用履带式热解反应器适应极端恶劣的工作环境，可有效处理生活垃圾生活垃圾无粉碎预处理，直接热解破坏纤维结构，降低固体焦炭破碎与成型的能耗以部分热解伴生气为热源，实现热解过程的自热循环,技术优势：,技术应用烟气脱硝SCR催化剂技术,1-4,技术应用烟气脱硝SCR催化剂技术,1-4,技术应用烟气脱硝SCR催化剂技术,1-4,相关催化剂产品已通过西安热工院、南京电力设备质量性能检验中心检测，达到国际领先水平。,技术应用烟气脱硝SCR催化剂技术,1-4,参与制定三项国家标准、一项国际标准（蜂窝式烟气脱硝催化剂、平板式烟气脱硝催化剂、烟气脱硝催化剂化学成分分析方法、IEEEP2404火电厂烟气脱硝平板式催化剂）。,技术应用烟气脱硝SCR催化剂技术,1-4,技术应用烟气脱硝SCR催化剂技术,1-4,技术应用烟气脱硝SCR催化剂技术,1-4,技术应用烟气脱硝SCR催化剂技术,1-4,技术应用烟气脱硝SCR催化剂技术,1-4,技术应用烟气脱硝SCR催化剂技术,1-4,技术应用烟气脱硝SCR催化剂技术,1-4,技术应用烟气脱硝SCR催化剂技术,1-4,技术应用烟气脱硝SCR催化剂技术,1-4,技术应用烟气脱硝SCR催化剂技术,1-4,汇报提纲,燃煤电厂灵活调峰宽温差SCR脱硝催化剂,2,目前大部分电厂都加装了SCR脱硝系统，但对于机组调峰中低负荷运行时烟气温度降低的情况，常规SCR脱硝催化剂无法适用，进而造成的NOx超标排放等问题，将给企业带来不利影响。,数据来源中国环境统计年鉴,随着我国烟气污染物治理政策的推进实施，我国NOx排放正逐年减少，但脱硝任务依然艰巨，尤其电站锅炉烟气脱硝仍是重点。,年份,近年来我国NOx排放量,我国重污染行业NOX贡献率,技术背景和市场需求,2-1,技术背景和市场需求,2-1,能源局、发改委、环保部近期发布了若干关于火电灵活性方面的政策文件,技术背景和市场需求,2-1,送风机,空预器,SCR脱硝,低温省煤器,除尘器,引风机,烟囱,水冷壁,省煤器,脱硫塔,燃煤电厂低负荷运行,进入SCR系统烟气温度过低,典型锅炉烟气系统,催化剂失活,NOx超标排放,氨逃逸增加,技术背景和市场需求,2-1,VS,低负荷脱硝解决办法,改变烟气温度以适应催化剂,改变催化剂以适应烟气温度,2-1,技术背景和市场需求,原理：将部分省煤器管排移至SCR之后，减少前部省煤器吸热量从而提高SCR入口烟温。,缺点：改造成本大，且施工周期长，改造后无法调节烟温，煤种和工况适应性差,优点：改造完成后，能满足常规SCR催化剂活性温度窗口，同时不抬高空预器出口烟温,低负荷脱硝烟温控制分割布置省煤器,2-1,技术背景和市场需求,原理：设置旁路烟道，降低经过低温受热面包括省煤器的烟气量，提高SCR入口烟温。,优点：（1）改造成本低（2）提温幅度大，改造后烟温可调,缺点：（1）对改造的空问、位置有要求（2）效率低，影响经济性（3）可靠性差，烟道易积灰堵塞，挡板因卡涩无法打开,低负荷脱硝烟温控制烟气旁路,2-1,技术背景和市场需求,原理：设置省煤器给水旁路，减少省煤器吸热量，提高出口烟气温度。,优点：（1）改造后烟温可调节（2）改造费用较低（3）施工周期较短,缺点：（1）提温幅度有限（低负荷下约10度）（2）投运时锅炉效率微降，约0.1%。但在低负荷下投运对经济性影响很小。,低负荷脱硝烟温控制省煤器水侧旁路,2-1,技术背景和市场需求,原理：从汽包下降管引出热水，再循环至省煤器入口，提高进口烟温，降低省煤器吸热量，从而提高SCR入口烟温。,优点：（1）烟气提温幅度大（40）（2）改造后烟温调节灵敏（3）系统运行调节简单、精确（4）改造周期短，现场安装工作量小（5）设备可靠性高，维护费用低,缺点：（1）初投资较高（有循环泵）（2）系统投入时，锅炉效率微降0.2%,低负荷脱硝烟温控制省煤器热水再循环（亚临界机组）,2-1,技术背景和市场需求,原理：在旁路基础上加装一套再循环系统，进一步降低省煤器吸热量，从而提高SCR入口烟温。,优点：（1）烟气提温幅度大（40）（2）改造后烟温调节灵敏（3）系统运行调节简单、精确（4）改造周期短，现场安装工作量小（5）设备可靠性高，维护费用低,缺点：（1）初投资较高（有循环泵）（2）系统投入时，锅炉效率微降0.2%,低负荷脱硝烟温控制省煤器置换（超、超超临界机组）,技术背景和市场需求,2-1,低负荷脱硝解决办法使用宽温差脱硝催化剂,使用宽温差脱硝催化剂可以解决常规催化剂在较低温度条件下不能满足脱硝要求的问题，确保全负荷范围内NOx达标排放的同时，控制副反应的发生，保障催化剂寿命和下游设备安全运行。,宽温差催化剂:,缺点:低负荷运行时效率下降副反应增加，失活严重,常规催化剂:310-450,特点:在全负荷范围内，能够高效、稳定运行,基本反应方程式,副反应方程式,4NO+4NH3+O24N2+6H2O,NO+NO2+2NH32N2+3H2O,6NO2+8NH37N2+12H2O,2SO2+O22SO3,NH3+SO3+H2ONH4HSO4,250-450,技术难点,2-2,低温下催化剂活性下降,技术难点,难点,低温下催化剂硫中毒失活,难点,技术难点,2-2,常规SCR脱硝催化剂脱硝效率,火电厂大气污染物排放标准,密切相关,常规钒基脱硝催化剂活性温度窗口较窄，烟温低于窗口温度时脱硝效率迅速下降，使得出口NOX浓度达不到排放要求，同时容易造成NH3逃逸增加，影响下游设备的运行。,技术难点,2-2,难点,常规SCR脱硝催化剂脱硝效率,密切相关,常规脱硝催化剂抗水耐硫性能较差，当SO2流经催化剂时被部分氧化为SO3，随后与NH3和水蒸气反应生成硫酸氢铵，当烟温低于其凝结温度时，会沉积在催化剂、空预器及其附属设备上，引发诸多问题。,硫酸氢铵的性质：粘性、流动性和吸湿性,硫酸氢铵的形成,硫酸氢铵的危害,催化剂微孔堵塞,催化剂流道堵塞,SO2的氧化,NH4HSO4的形成,影响因素：氨逃逸、SO2氧化率或温度,技术难点,2-2,低温下催化剂活性下降,技术难点,难点,低温下催化剂硫中毒失活,难点,目前尚无能够克服上述难点的宽温差SCR脱硝催化剂！,技术突破研发思路,2-3,性能测试,量化计算,稳定性测试,微观表征,结构模型,能量分析,反应机理,成型工艺,连续生产,实验研究,成型研究连续生产,中试验证,寿命管理,试验系统设计,中试试验,寿命预估,方案对比,更换与安装,全面性能评价,配方筛选,技术突破1基础理论研究,2-3,构建了SCR催化剂负载型结构模型，阐明了催化剂的表面特性、反应活性，以及SCR脱硝反应的反应路径、能量信息以及反应动力学。,负载型模型,反应路径,能量信息,表面特性,反应动力学,活性位点,技术突破2试验研究,2-3,研发了能在全负荷范围内高效脱硝的宽温差催化剂配方,稳定性测试,催化剂配方研发,元素价态,物种分布,强化了催化剂在低温下的抗水耐硫性能,揭示了催化剂微观结构与性能之间的关系（构效关系）,比表面积与孔结构,技术突破3成型与连续生产工艺,2-3,平板式宽温差催化剂连续生产工艺开发：优化了核心生产工艺及设备，改良了催化剂化学性能与机械性能，形成了新一代平板式宽温差SCR脱硝催化剂成套连续生产工艺与设备。,平板式催化剂成型工艺,连续生产现场,平板式宽温差催化剂成型工艺开发：自主研发了针对平板式宽温差SCR脱硝催化剂的成型工艺与设备，克服了板式催化剂剥落率高、耐磨性能差的问题；,技术突破3成型与连续生产工艺,2-3,粘附强度越高，活性物种在不锈钢网基材上的附着能力越强，活性物种不易脱落；活性物种在不锈钢网基材上的附着能力直接影响催化剂的性能。,Erichsen266柱轴弯曲试验仪,耐磨强度测试仪,平板式催化剂机械性能评价,技术突破3成型与连续生产工艺,2-3,粘附强度越高，活性物种在不锈钢网基材上的附着能力越强，活性物种不易脱落；活性物种在不锈钢网基材上的附着能力直接影响催化剂的性能。,粘附强度测试,耐磨强度测试,平板式催化剂机械性能评价,技术突破3成型与连续生产工艺,2-3,粘附强度越高，活性物种在不锈钢网基材上的附着能力越强，活性物种不易脱落；活性物种在不锈钢网基材上的附着能力直接影响催化剂的性能。,Erichsen266柱轴弯曲试验仪,耐磨强度测试仪,全面提高平板式催化剂的粘附强度，催化剂的耐磨强度明显增强。,平板式催化剂机械性能评价,2-4,宽温差SCR脱硝催化剂经理论验证、实验室小试验证、工业生产验证后，进一步在贵州华电桐梓发电有限公司进行中试试验。,宽温差催化剂性能工业中试,2-4,烟气参数处理烟气量：5,000Nm3/h含水量：5vol%含氧量：4vol%含尘浓度：44g/Nm3NOx(6%O2，干基)：1,100mg/Nm3SO2(6%，干基)：12,700mg/Nm3SO3(6%，干基)：64mg/Nm3,宽温差催化剂性能工业中试,2-4,西安热工院测试报告,中试试验系统在连续稳定运行2424小时后，委托西安热工研究院对宽温差催化剂进行工业性试验测试，取得如下试验结果：在烟温为330左右时，系统脱硝效率为81.1%，对应氨逃逸1.5L/L，SO2/SO3为0.40%；在烟温为250左右时，系统脱硝效率为80.5%，对应氨逃逸1.4L/L，SO2/SO3为0.27%。,宽温差催化剂性能工业中试,部分中控数据图,宽温差催化剂性能技术优势,2-4,燃气轮机,垃圾焚烧厂,火电厂,冶金烧结炉,玻璃窑炉,钢铁冶炼,600,400,200,300,宽温差SCR脱硝催化剂,主要优势活性温窗宽脱硝效率高工况适应性强催化剂寿命长,有效解决电厂变负荷运行宽温差烟气NOx脱除难题,有效解决低温下催化剂的SO2、水蒸气中毒问题,有效避免省煤器改造带来的高额投入,有效解决变负荷下催化剂失活，延长其使用寿命,解决实际问题,2-4,宽温差催化剂性能同类技术比较,燃气轮机,垃圾焚烧厂,火电厂,冶金烧结炉,玻璃窑炉,钢铁冶炼,600,400,200,300,宽温差SCR脱硝催化剂,主要优势活性温窗宽脱硝效率高工况适应性强催化剂寿命长,有效解决电厂变负荷运行宽温差烟气NOx脱除难题,有效解决低温下催化剂的SO2、水蒸气中毒问题,有效避免省煤器改造带来的高额投入,有效解决变负荷下催化剂失活，延长其使用寿命,解决实际问题,宽温差/中低温催化剂业绩,2-5,SO3选择性脱除技术,联合脱硝脱汞催化剂,高效N2O分解的SCR脱硝催化剂,汇报提纲,超低排放技术,3,抗砷中毒催化剂,锅炉启停的H2O2催化氧化脱硝技术,吸收剂溶液喷射,将新型高效吸收剂溶液在空气预热器前、SCR反应器后注入到烟气中，SO3与注入的吸收剂反应生成固体微粒，并与其它微粒一起从除尘器中脱除，吸收剂及产物不会造成下游设备的堵塞和腐蚀等问题。,SO3选择性脱除技术,3-1,新型高效吸收剂选择性吸收SO3，而不吸收SO2，且吸收效率高。,SO3选择性吸收示意图,SO3选择性吸收工艺流程图,典型烟气系统协同脱硝脱汞技术,3-2,联合脱硝脱汞催化剂,理论计算,实验研究,掌握了SCR联合脱硝脱汞的反应机理，通过理论分析和实验研究实现了联合脱硝脱汞催化剂配方筛选和调控。改性SCR催化剂比未改性催化剂对Hg0的氧化率提高近40%，同时脱硝效率未受到负面影响。SO2氧化率较低，催化剂不易中毒。,高效N2O分解的SCR脱硝催化剂,3-3,利用理论计算和实验研究，对常规SCR催化剂进行改性，筛选能够显著提高SCR催化剂对N2O分解效率的助剂，并开展复杂烟气工况下的多因素耦合实验，模拟研究改性催化剂对燃煤烟气中NO、NO2和N2O的联合脱除性能，获得高效协同脱除N2O的SCR脱硝催化剂。,锅炉启停的H2O2催化氧化脱硝技术,3-4,关键技术难点：改性SCR脱硝催化剂的设计与选型，选择性氧化NO而不氧化SO2，且减少氧化过程中的副反应，降低OH的非生产性消耗；H2O2改性试剂的选择与确定，促进OH的高效生产与保存，减缓OH湮灭；H2O2供给系统的设计优化，增设预热装置和加热装置，可提高脱除率；OH过量时，其氧化NO的同时会氧化一部分SO2，而SO3会造成下游设备腐蚀，通过控制H2O2的用量与催化剂的协同作用，避免SO2的氧化。,SCR+H2O2脱硫脱硝流程,SCR催化剂,氧化NOX,改质H2O2,OH,湿式洗涤塔,几乎没有NONO3-SO32-SO42-,抗砷中毒催化剂,3-5,通过对催化剂进行理论分析、性能评价和表征，分析催化剂中各元素赋存形态与催化剂性能之间的关系，解释了催化剂中毒原理，并从减缓催化剂物理中毒和化学中毒方面切入，成功开发了抗砷中毒催化剂。,孔隙结构优化示意图,抗砷中毒性催化剂开发技术路线,改性催化剂表面形态,汇报提纲,社会服务,4,SCR脱硝催化剂的分析检测,SCR脱硝过程的物理和数值模拟,SCR脱硝催化剂的构效关系分析,SCR脱硝催化剂的寿命管理,SCR脱硝催化剂的分析检测,4-1,201