電廠SCR脫硝系統(tǒng)上的催化劑(共14頁)

1、電廠SCR脫硝系統(tǒng)(xtng)上的催化劑一、背景(bijng)我國目前氮氧化物的排放(pi fn)來自汽車、鍋爐燃燒、工業(yè)生產(chǎn)等多方面。其中2010年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，火電廠已成為NOX排放的最大污染源，約占排放總量的39.6%。不同的燃料對NOX排放量的貢獻不同，在各種燃料中，燃煤是NOX產(chǎn)生的最大來源，占各種燃料對NOX排放總量的66.9%.國家環(huán)境保護“十一五”科技發(fā)展規(guī)劃中，電力行業(yè)脫硝被列入新型工業(yè)化過程中重點解決的環(huán)境科技問題，氮氧化物（NOX）的控制技術和對策則被列入?yún)^(qū)域大氣污染物控制重點解決的環(huán)境科技問題。催化劑的生產(chǎn)屬于環(huán)保產(chǎn)業(yè)，在對環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展上，國家給予了積極鼓勵的扶持政

2、策。在國家環(huán)境保護“十一五”科技發(fā)展規(guī)劃中，“鼓勵企業(yè)自主開展和國際科技合作的科技發(fā)展計劃項目”,國務院關于落實科學發(fā)展觀加強環(huán)境保護的決定中指示“積極發(fā)展環(huán)保產(chǎn)業(yè)”，“重點發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權的重要環(huán)保技術裝備和基礎裝備，在立足自主研發(fā)的基礎上，通過引進消化吸收，努力掌握環(huán)保核心技術和關鍵技術”。“推動環(huán)境科技進步”，“組織對污水深度處理、燃煤電廠脫硫脫硝、潔凈煤、汽車尾氣凈化等重點難點技術的攻關，加強高新技術在環(huán)保領域的應用”。這些政策給環(huán)保產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了寬松的發(fā)展環(huán)境并指明了環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，同時對如何建立催化劑生產(chǎn)線具有一定的指導作用。對催化劑的需求源自氮氧化物的控制需求。我國火電廠氮氧

3、化物的排放控制剛剛處于起步階段，隨著國家標準的逐漸變嚴，越來越多的火電廠將面臨著必須脫硝的嚴峻(ynjn)任務。氮氧化物對人體健康和環(huán)境(hunjng)都有很大的危害。對人體的直接危害最大的是NO2，它能破壞呼吸系統(tǒng)，引起支氣管炎和肺氣腫。對環(huán)境的危害主要是能夠形成“光化學煙霧”，從而(cng r)對生態(tài)系統(tǒng)造成損害并對人體健康造成間接損害，此外氮氧化物也是造成酸雨污染的主要物質之一，因此必須對氮氧化物的排放進行控制。氮氧化物（NOx）是在燃燒工藝過程中由于氮的氧化而產(chǎn)生的氣體，它不僅刺激人的呼吸系統(tǒng)，損害動植物，破壞臭氧層，而且也是引起溫室效應、酸雨和光化學反應的主要物質之一。世界各地對NO

4、x的排放限制要求都趨于嚴格，而火電廠、垃圾焚燒廠和水泥廠等作為NOx氣體排放的最主要來源，其減排更是受到格外的重視。目前全世界降低電廠鍋爐NOX排放行之有效的主要方法大致可分為以下四種：（1）低氮燃燒技術，即在燃燒過程中控制氮氧化物的生成，主要適用于大型燃煤鍋爐等；低NOX燃燒技術只能降低NOX排放值的3050%，要進一步降低NOX的排放,必須采用煙氣脫硝技術。（2）選擇性催化(cu hu)還原技術（SelectiveCatalyticReduction，SCR），主要用于大型燃煤鍋爐，是目前我國煙氣脫硝技術(jsh)中應用最多的；（3）選擇性非催化(cu hu)還原技術（SNCR，Selec

5、tiveNon-CatalyticReduction），主要用于垃圾焚燒廠等中、小型鍋爐，技術成熟，但其效率低于SCR法；投資小，建設周期短。（4）選擇性催化還原技術（SCR）+選擇性非催化還原技術（SNCR），主要用于大型燃煤鍋爐低NOx排放和場地受限情況，也比較適合于舊鍋爐改造項目二、SCR簡介1、SCR工作原理選擇性催化劑還原法（SelectiveCatalyticReduction）簡稱SCR，指在一定的溫度和催化劑的作用下，以液氨或尿素作為還原劑，有選擇性地與煙氣中的氮氧化物反應并生成無毒無污染的氮氣和水。該技術可使用液氨或尿素為脫硝還原劑。SCR脫硝工藝采用(ciyng)催化劑使氮

6、氧化物發(fā)生還原反應，反應溫度較低（300450）。其方法(fngf)是，將還原劑噴入裝有催化劑的反應器內，煙氣通過催化劑與之產(chǎn)生化學反應進行(jnxng)脫硝。此工藝的脫硝效率可達90%以上，是國內外電廠應用最多，技術最成熟的一種煙氣脫硝技術2、SCR系統(tǒng)組成SCR脫硝系統(tǒng)主要由煙氣系統(tǒng)、脫硝反應器、還原劑制備系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等幾部分組成。3、SCR工藝流程、燃煤鍋爐煙氣脫硝：鍋爐省煤器脫硝反應器空預器除塵脫硫裝置引風機煙囪、工業(yè)窯爐煙氣脫硝：窯爐余熱鍋爐前段脫硝反應器余熱鍋爐后段除塵脫硫裝置引風機煙囪脫硝反應器通常設置在鍋爐省煤器和空氣預熱器之間。脫硝反應器入口與鍋爐省煤器出口通過煙道連接

7、，出口與空氣預熱器通過煙道連接，煙氣由上至下垂直通過脫硝反應器催化劑層。4、SCR反應過程主反應NO+NO2+2NH3-2N2+3H2O4NO+4NH3+O24N2+6H2O2NO2+4NH3+O23N2+6H2O副反應2SO2+O22SO35、SCR的技術(jsh)特點：SCR技術(jsh)具有脫硝率高、氨逃逸低等顯著特點，因此目前鍋爐煙氣脫硝措施中，由于SCR是最為成熟(chngsh)的商業(yè)性NOx控制處理技術，國內更多是采用SCR脫硝技術。但該技術也有著明顯的缺點，就是投資巨大、運行費用高昂。此外，SCR技術需要的反應溫度為300450，在反應溫度較高時，催化劑會產(chǎn)生燒結及（或）結晶現(xiàn)象

8、；在反應溫度較低時，催化劑的活性會因為硫酸銨在催化劑表面凝結堵塞催化劑的微孔而降低。三、催化劑介紹1組成介紹：目前(mqin)最常用的催化劑為V2O5-WO3(MoO3)/TiO2系列(xli)（TiO2作為(zuwi)主要載體、V2O5為主要活性成分）目前SCR商用催化劑基本都是以TiO2為基材，以V2O5為主要活性成份，以WO3、MoO3為 HYPERLINK /doc/1012468.html t _blank 抗氧化、抗毒化輔助成份。化劑型式可分為三種：板式、蜂窩式和波紋板式。板式催化劑以不銹鋼金屬板壓成的金屬網(wǎng)為基材，將TiO2、V2O5等的混合物黏附在不銹鋼網(wǎng)上，經(jīng)過壓制、鍛燒后，

9、將催化劑板組裝成催化劑模塊。蜂窩式催化劑一般為均質催化劑。將TiO2、V2O5、WO3等混合物通過一種陶瓷擠出設備，制成截面為150mmX150mm，長度不等的催化劑元件，然后組裝成為截面約為2macute;1m的 HYPERLINK /doc/5992902.html t _blank 標準模塊。波紋板式催化劑的制造工藝一般以用玻璃纖維加強的TiO2為基材，將WO3、V2O5等活性成份浸漬到催化劑的表面，以達到提高催化劑活性、降低SO2 HYPERLINK /doc/2229461.html t _blank 氧化率的目的。2、發(fā)展簡史催化劑是SCR技術(jsh)的核心部分，決定了SCR系統(tǒng)

10、(xtng)的脫硝效率和經(jīng)濟性，其建設成本占 HYPERLINK /doc/3700518.html t _blank 煙氣(yn q)脫硝 HYPERLINK /doc/3719606.html t _blank 工程成本的20%以上，運行成本占30%以上。近年來，美、日、德等發(fā)達國家不斷投入大量人力、物力和資金，研究開發(fā)高效率、低成本的煙氣脫硝催化劑，重視在催化劑專利技術、技術轉讓、生產(chǎn)許可過程中的知識產(chǎn)權保護工作。最初的催化劑是Pt-Rh和Pt等金屬類催化劑，以氧化鋁等整體式陶瓷做載體，具有活性較高和反應溫度較低的特點，但是昂貴的價格限制了其在發(fā)電廠中的應用。因此，從 HYPERLINK

11、 /doc/4717557.html t _blank 20世紀60年代末期開始，日本日立、三菱、 HYPERLINK /doc/7114223.html t _blank 武田化工三家公司通過不斷的研發(fā)，研制了TiO2基材的催化劑，并逐漸取代了Pt-Rh和Pt系列催化劑。該類催化劑的成分主要由V2O5(WO3)、Fe2O3、CuO、CrOx、MnOx、MgO、MoO3、NiO等 HYPERLINK /doc/5654890.html t _blank 金屬氧化物或起 HYPERLINK /doc/3797560.html t _blank 聯(lián)合作用的混和物構成，通常以TiO2、Al2O3、Z

12、rO2、SiO2、活性炭（AC）等作為載體，與SCR系統(tǒng)中的液氨或尿素等還原劑發(fā)生 HYPERLINK /doc/256197.html t _blank 還原反應，目前成為了電廠SCR脫硝工程應用的主流催化劑產(chǎn)品。3、催化劑材料的選型催化劑型式可分為(fn wi)三種：板式、蜂窩式和波紋板式。三種催化劑在燃煤SCR上都擁有業(yè)績(yj)，其中板式和蜂窩式較多，波紋板式較少。催化劑的設計就是要選取一定反應面積(min j)的催化劑，以滿足在 HYPERLINK /doc/5337436.html t _blank 省煤器出口煙氣流量、溫度、壓力、成份條件下達到脫硝效率、氨逃逸率等SCR基本性能的

13、設計要求；在灰分條件多變的環(huán)境下，其防堵和防磨損性能是保證SCR設備長期安全和穩(wěn)定運行的關鍵。在防 HYPERLINK /doc/4095668.html t _blank 堵灰方面，對于一定的反應器截面，在相同的催化劑 HYPERLINK /doc/2798352.html t _blank 節(jié)距下，板式催化劑的通流面積最大，一般在85%以上，蜂窩式催化劑次之，流通面積一般在80%左右，波紋板式催化劑的流通面積與蜂窩式催化劑相近。在相同的設計條件下，適當?shù)倪x取大節(jié)距的蜂窩式催化劑，其防堵效果可接近板式催化劑。三種催化劑以結構來看，板式的壁面夾角數(shù)量最少，且流通面積最大，最不容易堵灰；蜂窩式的

14、催化劑流通面積一般，但每個催化劑壁面夾角都是90直角，在惡劣的煙氣條件中，容易產(chǎn)生灰分搭橋而引起催化劑的堵塞；波紋板式催化劑流通 HYPERLINK /doc/344777.html t _blank 截面積一般，但其壁面夾角很小而且其數(shù)量又相對較多，為三種結構中最容易積灰的版型。四、脫硝催化劑在電廠的應用(yngyng)的行業(yè)(hngy)分析。 隨著(su zhe)我國電力建設的迅速發(fā)展,大氣和酸雨污染日益嚴重。特別是近年來,大城市NOx污染嚴重,區(qū)域性NOx污染逐漸加劇;同時,酸雨污染呈現(xiàn)出新的特征:NO-3的相對貢獻在增加,由以硫型為主向硫酸和硝酸復合型轉變。其主要原因在于我國在控制SO

15、2排放的同時并沒有有效地控制NOx的排放。2000年,我國對環(huán)境空氣質量標準進行了修改,這次修改淡化了NOx的污染狀況,導致放松和忽視了對NOx排放的控制。目前催化劑在國內市場上供不應求,市場上供應的基本都是國外產(chǎn)品,國產(chǎn)催化劑的研究與應用剛剛開始。SCR系統(tǒng)資金投資大,一般都在數(shù)千萬元的投入,其中催化劑的成本占脫硝工程總成本的40%左右?；诿撓醮呋瘎┰赟CR系統(tǒng)中的重要性及高回報率,催化劑生產(chǎn)成為煙氣脫硝的一個重點,SCR催化劑具有很大的市場空間和良好的社會效益。2000年4月29日第九屆全國人民代表大會常務委員會第十五次會議修訂(xidng)通過的中華人民共和國大氣污染防治法于2000年

16、9月1日起施行。其中第三十條明確規(guī)定“企業(yè)應當對燃料燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化物采取控制措施”。第十三條規(guī)定“向大氣排放污染物的，其污染物排放濃度不得超過(chogu)國家和地方規(guī)定的排放標準”。由于法律規(guī)定發(fā)電廠必須進行煙氣脫硝，從法律上保證了煙氣脫硝催化劑的市場?；痣姀S多、市場(shchng)較大資金、市場壁壘不以打破國家法律、政策支持市場競爭者較多火電目前是電力主要組成新興能源日新月異。2009年我國燃煤電廠的總裝機容量已約為6.57億千瓦，國家環(huán)?？偩纸y(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2004年我國燃煤鍋爐NOX排放量為665.7萬噸，預計到2010年，該值將達到850萬噸左右，在這樣巨大的排放量下，已投入脫

17、硝運行和正在實施脫硝項目的電廠微乎其微，隨著國家對環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的重視，脫硝方面的環(huán)境法規(guī)、標準將越來越嚴，因此脫硝行業(yè)面臨著一個巨大發(fā)展?jié)摿Φ氖袌?，相應地催化劑生產(chǎn)也面臨著一個良好的前景。根據(jù)對國內已建成項目、實施中項目、擬建項目的調查統(tǒng)計結果，可以推算出國內催化劑市場的需求情況。中國(zhn u)火力發(fā)電廠脫硝催化劑需求總量及市場分析一覽表序列號投資人09年底裝機容量及催化劑總需求量現(xiàn)有脫硝裝置未安裝脫硝裝置投資人是否有催化劑生產(chǎn)廠及其產(chǎn)能裝機容量（kw）催化劑（m3）裝機容量（kw）催化劑(m3)裝機容量（kw）催化劑(m3)1國電集團9000萬900001200 萬1200078

18、00萬78000江蘇龍源催化劑有限公司6000m3/年2華電集團8500萬8500800萬880007700萬7700無3中電投集團7000萬7000600萬6006400萬6400江蘇龍源催化劑有限公司6000m3/年4大唐集團13000萬1300001000萬1000012000萬120000無5華能集團13000萬1300001000萬1000012000萬120000無6國華集團3000萬30000500萬50002500萬25000無7華潤電力1200萬12000300萬3000900萬9000無8地方投資電廠7000萬70000400萬40006600萬66000無9大型企業(yè)自備電

19、廠4500萬4500300萬30004200萬42000無657億65.7萬6100萬6.1萬6.01億60.1萬無目前(mqin)火電脫硝工程造價在90元/KW左右，具體(jt)價格視機組容量大小、脫硝效率要求高低、鋼材價格等因素有異。在此，我們假設脫硝工程造價與現(xiàn)有價格一致?；痣?hu din)新增裝機容量假設：2008年我國火電裝機容量為6.01億千瓦，我們采用行業(yè)專家的預期，假設到2010、2015年我國火電裝機容量分別增加至7.2、10.7億千瓦。也就是說，未來5年新增裝機容量3.5億KW左右，平均每年7000萬KW。根據(jù)目前重點地區(qū)火電裝機容量48%的占比，假設重點地區(qū)未來5年新增

20、裝機容量為1.68億KW，平均每年3360萬KW。各地區(qū)火電建設脫硝裝置的比例假設：根據(jù)新標準征求意見稿，2015年1月1日前，重點地區(qū)建設脫硝裝置的機組比例要達到100%。雖然征求意見稿對其他地區(qū)建設脫硝裝置沒有強制性要求，但是考慮到其他地區(qū)某些省份或者城市，為了形象或者環(huán)評順利或者環(huán)保意識增強，會有主動建設脫硝裝置的情況，假設這種情況出現(xiàn)的比例為20%。截止2008年底，全國只有近2000萬KW的脫硝機組投運，僅相當于2008年末火電機組裝機容量的3.33%。由于2009年最新數(shù)據(jù)還沒有出來，這里我們估算，目前我國火電脫硝機組為4000萬KW，其中重點地區(qū)火電脫硝機組為2000萬KW，分別占現(xiàn)有機組的6.34%、6.59%。根據(jù)基本假設，未來5年，重點地區(qū)現(xiàn)役未建設脫硝裝置的火電機組，將帶來255億元的脫硝市場容量，平均每年51億元；其他地區(qū)將帶來55億元的市場容量，平均每年11億元；全國來看