火電廠煙氣脫硝技術(shù)及應(yīng)用_陳秀芳

1、第 4 期 ( 總第 148 期)2008 年 8 月山西電力sh an xiel ectri cpow erno 4 ( ser 148)a ug 2008火電廠煙氣脫硝技術(shù)及應(yīng)用陳秀芳 ,馮淼( 山西電力科學研究院,山西 太原030001)摘要 : 概述了煙氣脫硝技術(shù),介紹了選擇性催化還原脫硝技術(shù)scr ( selective catalytic reduction) ,以及影響其性能的主要參數(shù)煙氣流速、氧氣濃度 、 氨滑移 、水蒸氣濃度、 催化劑和煙氣溫度等 。針對目前廣泛應(yīng)用scr 技術(shù)存在的局限性,提出了低溫scr 技術(shù)及sncr( selectivenon catalyticred

2、uction)與其他如scr、再燃燒技術(shù) 、低 nox燃燒器等技術(shù)的聯(lián)用脫硝技術(shù)。關(guān)鍵詞 : 脫硝技術(shù) ;選擇性催化還原脫硝技術(shù);低溫 scr中圖分類號 : x773文獻標識碼 :a文章編號 :1671 0320( 2008) 04 0051 03收稿日期 :2008 01 10,修回日期 :2008 03 20作者簡介 :陳秀芳( 1972 ) ,女,山西 陽 高人 ,1994 年畢 業(yè) 于南京理工大學工業(yè)化學專業(yè),碩士 ,工程師 ;馮淼 ( 1962 ) ,男,山 西萬 榮 人,1984 年畢 業(yè)于 南京氣象學院污染氣象專業(yè),高級工程師。大氣污染物中氮氧化物在大氣中易形成酸雨及光化學煙霧

3、, 破壞臭氧層造成溫室效應(yīng), 給自然環(huán)境和人類健康帶來了嚴重的危害。據(jù)統(tǒng)計,我國大氣污染物中n ox約 60% 來自于煤的燃燒,其中 ,火電廠用煤占了全國燃煤的70% 。2000 年我國火電廠氮氧化物排放量控制在500 萬 t 左右 , 按照目前的排放控制水平,到 2020 年氮氧化物排放量將達到 1 000 萬 t 以上。隨著我國最新的火電廠大氣污染物控制排放標準和大氣污染防治法的頒布實施 , 國內(nèi)對 nox排放控制將日趨嚴格。到2010年 , 至少有 2 億 kw 的機組容量需要建設(shè)脫硝系統(tǒng) ,因此,電廠脫硝將成為繼脫硫產(chǎn)業(yè)后下一個爆發(fā)性增長的市場。1nox的形成機理nox是 no 和 n

4、o2的統(tǒng)稱 ,燃煤電廠的nox主要是煤燃燒產(chǎn)生的。通常,燃燒生成的nox由超過 90% 的 no 和小于 10%的 no2組成 1。依據(jù)氮氧化物生成機理,可分為熱力型、燃料型和快速型 nox,其中快速型nox生成量很少 ,可以忽略不計。熱力型 nox是指當爐膛溫度在1 350以上時,空氣中的氮氣在高溫下被氧化生成 n ox,當溫度足夠高時 ,熱力型 nox可達 20% 。燃料型 nox指的是燃料中的有機氮化物在燃燒的過程中生成的nox,其生成量主要取決于空氣燃料的混合比。燃料型nox約占 nox總生成量的 75% 90%。2脫硝技術(shù)針對火電廠nox控制技術(shù)主要有2 類 :1 類為燃燒過程控制技

5、術(shù)( 爐內(nèi)氮氧化物控制技術(shù)) ,其特點是控制燃燒過程中nox的生成 ,包括對爐型和設(shè)計參數(shù)的選擇、運行調(diào)整和低nox燃燒技術(shù) , 以此來控制燃燒過程中燃燒型、熱力型和快速型 3 種機理的氮氧化物 ;另 1 類為燃 燒后控制技術(shù) , 即煙氣脫硝技術(shù),其特點是將煙氣中已生成的nox固定下來還原為n2。爐內(nèi)氮氧化物控制技術(shù)一般以降低鍋爐熱力效率為代價, 其爐后的煙氣脫硝技術(shù)中的scr,效率高 ,是一種比較有潛力的脫硝技術(shù)。2 1爐內(nèi)脫硝技術(shù)對應(yīng) nox生成的2 種機理 , 爐內(nèi)脫硝技術(shù)可分為 2 種類型。第1類是降低爐內(nèi)燃燒溫度以減少熱力型 nox生成 ;第 2 類是營造煤粉著火區(qū)域的還原性氣氛以減

6、少燃料型nox生成。在具體的應(yīng)用上 ,往往是 2 種技術(shù)的綜合,既降低燃燒溫度,又降低著火區(qū)域的氧氣濃度。用改變?nèi)紵龡l件的方法來降低nox的排放 ,統(tǒng)稱為低nox燃燒技術(shù)。低 nox燃燒技術(shù)主要包括低氧燃燒、分級燃燒、煙氣再循環(huán) , 采用低 nox燃燒器等。任何1 種低nox燃燒技術(shù)均涉及爐膛燃燒的安全問題或效率問 題 , 故低 nox燃 燒技 術(shù)存 在局 限 性 , 其 可 降低51綜述與專論nox排放濃度大約至400 mg/ m3左右。許佩瑤 2等研究循環(huán)流化床燃燒技術(shù), 旨在把煤與脫硫劑一起送入增壓的流化床內(nèi)燃燒,實踐證明:nox排放也可控制在100 mg/ m3以下。2 2選擇性催化還

7、原脫硝技術(shù)爐內(nèi)低氮燃燒技術(shù)的局限性,使得 nox排放不能達到令人滿意的程度,為了進一步降低nox排放 , 必須對燃燒后的煙氣進行脫硝處理。目前通行的煙氣脫硝工藝大致可分為干法、半干法、濕法3類。其中 干法 中 scr 技 術(shù)在 火電 廠中 最成熟、最可靠 3。自 20 世紀 70 年代在歐洲和日本首先運用于燃油和燃氣電廠鍋爐, 隨后 20 世紀 80 年代開始逐漸應(yīng)用于燃煤電廠鍋爐。scr 是在 催化劑 存在的 條件下 ,采用nh3,co 或碳氧化合物等作為還原劑,將煙氣中的no還原為 n2和水 ;在反應(yīng)溫度為 300450時,脫硝率可達70% 90%。其中 nh3scr 技術(shù)較為成熟可靠 ,

8、 目前已在全球范圍尤其是發(fā)達國家中得到廣泛應(yīng)用。當 nh3作為還原劑時 ,scr 反應(yīng)的化學方程式為 4nh3+ 4n o+ 3o24n2+ 6h2o 。scr 反應(yīng)是氧化還原反應(yīng),因此遵循氧化還原機理。在scr 系統(tǒng)中 ,影響 scr 過程的最重要參數(shù)為煙氣流速、氧氣濃度、氨滑移、水蒸氣濃度、催化劑和煙氣溫度等。2 3選擇性非催化還原脫硝技術(shù)( sncr)sncr 在鍋爐爐膛折焰角上方或過熱器、再熱器等水平煙道上噴入nh3、尿素等還原劑,反應(yīng)溫度為 8001 000。當溫 度高于1 000時,nh3被氧化成nox,當溫度低于800時,脫硝率低 ,sncr 脫硝 技術(shù) 脫硝效 率為30% 50

9、%,氨氣的逃逸率大, 易造成環(huán)境污染。該工藝可通過現(xiàn)有中小型鍋爐的改造來實現(xiàn),投資費用低 , 但逃逸率高 ,脫硝效率低。 scnr 與其他 如 scr、再燃燒技術(shù)、低nox燃燒器等技術(shù)的聯(lián)用是目前該技術(shù)發(fā)展的重要方向。wendt 等對 sncr/ scr 聯(lián)用工藝進 行了建模和試驗研究,結(jié) 果表明sncr工藝段脫硝率不低于60% 時, scnr/ scr 工藝才是經(jīng)濟可行的 ;h an 等對再燃燒 / scr 聯(lián)合工藝進行了 數(shù) 學建 模 研 究,認 為 其脫 硝 效 率可 以 達 到80%左右 ;h unt 等對 低 nox燃燒技 術(shù)和 sncr的聯(lián) 用進行了研究,結(jié)果表明低nox燃燒技術(shù)

10、/sncr 聯(lián)用工藝比單獨sncr 工藝提高了45%。2 4低溫 scr 技術(shù)低溫 scr 工藝通常是指scr 反應(yīng)器內(nèi)采用的催化劑的適用溫度在120 300或者在更低的溫度上。使用nh3選擇性還原nox的低溫scr 工藝的研究已經(jīng)取得了很大的成績 ,但 是與中高溫scr 或與其他煙氣脫硝工藝相比,低溫 scr 研究目標主要集中在以下方面。a) 低溫催化劑的固有特性、活性及選擇性。b) 煙氣成分和溫度環(huán)境對形成硫酸氨、硝酸氨、氧化亞氮等的影響。c) 低溫下煙氣中水蒸氣對催化劑的影響研究有待進一步深入 3。3脫硝技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用近幾年隨著nox排放標準不斷提高,中國的煙氣脫硝正迅速發(fā)展起來。sc

11、r 技術(shù) , 較為成熟、可靠 ,正在不斷地應(yīng)用于火電廠的煙氣脫硝,福建漳州的后石電廠的燃煤機組是我國首臺同步安裝scr 脫氮裝置的機組,已經(jīng)投入商業(yè)運行。目前建成及在建scr 項目有 陽城發(fā)電有限責任公司、江蘇徐州闞山發(fā)電廠、浙江寧海電廠、廣東臺山電廠、廈門嵩嶼電廠、國華北京第一熱電廠、大唐北京高井發(fā)電廠等項目。福建后石電廠設(shè)計裝機容量為6600 mw,機組脫硝采用爐內(nèi)脫硝和煙氣脫硝相結(jié)合的方法,爐內(nèi)脫硝的方式采用pm 型低 nox燃燒器加分級燃燒脫硝法 , 煙氣脫硝采用日立公司的scr 技術(shù)。后石電廠煙氣脫硝系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)見表1。廈門嵩嶼電廠一期2300 mw 舊機組排放的煙氣進行scr 脫硝

12、技術(shù)改造, 由上海電氣石川島環(huán)保工程公司總承包。除催化劑外 ,scr 煙氣脫硝技術(shù)在關(guān)鍵的自主設(shè)計,主要設(shè)備的國產(chǎn)化方面取得了較大的突破,尤其在舊機組的增設(shè)scr 系統(tǒng)的技術(shù)改造方面積累了一定的經(jīng)驗。嵩嶼電廠煙氣脫硝系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)見表2。陽城發(fā)電有限公司擴建2 臺 600 m w 燃燒發(fā)電機組 ,根據(jù)國家環(huán)境保護總局環(huán)審 2005292號文件要求 , 該項目要同步建設(shè)煙氣脫硫和脫硝裝置 , 配套的煙氣脫硝工藝由大唐環(huán)境科技工程有限公司設(shè)計完成。該機組是山西省第1 臺已商業(yè)運行的加裝脫硫脫硝600 m w 大型機組 , 對該地區(qū)今后新建大型機組加裝脫硝裝置起到了示范作用。陽城電廠煙氣脫硝系統(tǒng)設(shè)計參

13、數(shù)見表3。由表 1、表 2、表 3 可以看出 ,scr 脫硝技術(shù)脫硝效率較高,但由于國內(nèi)尚無商業(yè)化生產(chǎn)scr脫硝的能力與條件,scr 脫硝催化劑只能全部依靠進口 ,初始投資較大。另外在運行過程中,由于52山西電力2008 年第 4 期綜述與專論表 1福建后石電廠sc r 系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)4催化劑類型煙氣流量/( m3h- 1)煙氣溫度/nox濃度/( mgm-3)入口出口nh3滑移/ ( mgm- 3)nh3/ nox反應(yīng)摩爾比內(nèi)部壓降/ pa脫硝效率/ %bh k 公司版式177 900370 ( max420)30882 1853 790 7725540 0 73 3表 2嵩 嶼電廠一期增設(shè)s

14、cr煙氣脫硝系統(tǒng)主要的工藝參數(shù) 5催化劑類型處理煙氣量/( m3h- 1)脫硝率/ %入口 nox濃度/( mgm-3)反應(yīng)器壓降/ panh3逃逸/ ( mgm-3)so2/ so3轉(zhuǎn)化率 / %反應(yīng)溫度/煙氣流量/( m3h-1)美國 cormetech公司版式940 548不小于60450 707不大于1 0002 281280 380918 639表 3陽城電廠 scr系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)工藝催化劑類型吸收劑煙氣溫度/nox濃度 /( mgm- 3)入口出口nh3滑移/( mgm-3)nh3/ nox反應(yīng)摩爾比內(nèi)部壓降/ pa脫硝效率/ %干式催化劑脫硝dnx 464公司版式純氨317 ( m

15、ax425)1 3002602 280 80580080液氨的用量較大, 運行成本較高。因此目前許多廠家出于對運行成本的考慮, 即使加裝了脫硝裝置,脫硝系統(tǒng)投運率不高。但隨著國內(nèi)近年來對氮氧化物污染的重視和法律法規(guī)的出臺及實施, 作為燃煤大戶的燃煤電廠其氮氧化物排放工作尤其緊迫和重要,開展脫硝工作勢在必行。4結(jié)論隨著國內(nèi)近年來對氮氧化物污染的重視和法律法規(guī)的出臺及實施,我國對氮氧化物排放的控制將日趨嚴格 , 目 前國內(nèi)氮氧化物的控制主要依靠低nox燃燒控制技術(shù),燃燒后的煙氣脫硝技術(shù)在國內(nèi)的研究和應(yīng)用還相對較小,針對此現(xiàn)狀 ,筆者提出如下幾點建議。a) 對于 scr,sncr 等國外已成熟工業(yè)化

16、的脫硝技術(shù) , 一方面應(yīng)通過技術(shù)引進或合作等手段開拓其在我國的應(yīng)用;另一方面 ,國內(nèi)亦應(yīng)注重其關(guān)鍵技術(shù)如高效廉價的scr 催化劑的研發(fā),力爭實現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備和催化劑的國產(chǎn)化,大大降低固定資產(chǎn)投資和運行成本。b) scr 工藝是一項高起點脫硝技術(shù),但是投資及運行成本高,應(yīng)開發(fā)適合我國的低溫scr 技術(shù) , 著力降低脫硝技術(shù),重點發(fā)展sncr 與其他如 scr、再燃燒技術(shù)、低nox燃燒器等技術(shù)的聯(lián)用脫硝技術(shù)。c) 鼓勵現(xiàn)有電廠進行低nox燃燒技術(shù)改造的同時 對脫 硝系 統(tǒng)進 行一次 性 scr 改 造。加 裝低nox燃燒后可以減輕對scr 系統(tǒng)控制n ox的壓力 , 減少投資 ;同時加裝scr 可以減

17、少對原有的燃燒器的改造引起的對鍋爐效率的影響。參考文獻 : 1鐘秦 .燃煤煙氣脫硫技術(shù)及工程 實例 m .北 京:化學 工業(yè)出版社 ,2002. 2許佩瑤 ,張艷 ,趙毅 ,解海衛(wèi) .鍋爐脫硫脫氮技術(shù) j.環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備.2005,5 ( 4) :50 54. 3沈伯雄 ,王 成東 ,郭 賓斌 ,等.控 制氮 氧化物 排放 的低 溫scr 催化 劑 及 工 程 應(yīng) 用 j .電 站 系 統(tǒng) 工 程,2006,22( 5) :30 34. 4王斌 ,唐茂平 ,馬愛 萍.后 石電廠 超臨 界壓 力機 組脫 no3工藝特點 j .中國電力 ,2002, 27 ( 3) :90 93. 5王杭

18、州 ,陳進生 .300 mw 燃煤 機組增 設(shè)煙氣scr 脫硝 裝置的技術(shù)改造 j .鍋爐技術(shù) ,2007, 38 ( 2) :62 66.s ome technologies and applicationof flue gas denitrificationin thermal power plantschen xiu fang,feng miao( shanxi electric power research institute,taiyuan,shanxi030001,china)abstract:some technologies ofgas denitrificationare generallyreviewed and analyzed.thescr technologyisemphasized. some factors affecting the scr process, such as flue gasvelocity,oxygen density , ammonia remainder,steamdensity, catalyst agent and reaction temperature are introduced.in accordance with