谈燃煤电站锅炉烟气脱硝SCR法工程技术.pdf

环境工程设计l E n v i r o n m e n t En S i e r l n g 嘞 谈燃煤 电站锅炉烟气脱硝 S C R法工程技术 T h e E n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y o f S CR De n i t r i fi c a t i o n f r o m Co a l - f i r e d Bo i l e r F l u e Ga s 王春兰 ， 刘非 ， 杨 1 ． 中国环保机械行业协会， 北京 1 0 0 8 2 3 ； 2 舰 械工业环保产业发展中心， 北京 1 0 0 8 2 3 W ANG Ch u n l a n 。 ， L I U F e i ； YANG Zh e 1 ． C h i n a As s o c i a t i o n o f Ma c h i n e r y I n d u s t r y f o r E n v i r o n me n t a l P r o t e c t i o n ， B e ij h a g 1 0 0 8 2 3 ， C h i n a ； 2 ． C h in a Ma c h i n e r y E n v i r o nm ental I n d u s t r y De v e l o p me n t C e n t e r ， Be i j ing 1 0 0 8 2 3 ，C h i n a 【 摘 要】 针对燃煤电站锅炉烟气中氮氧化物去除技术， 结合东方锅炉 集团 股份有限公司自主设计完成的国内首台 6 0 0 M W国产化 S C R 脱硝项 目的技术开发， 介绍了S C R法烟气脱硝工程技术原理、 工艺流程等方面的内容及催化剂的研 究现状 和发展方 向。 【 A b s t r a c t ] F o r t h e eng i n e e r i n g t e c h n o l o g y o f w i p e the N O Xo fff r o mc o a 1 ． fi r e d b o i l erfl u e g a s ， b as e d o n th e d e v e l o p m ent o f t h e fi r s t d o m e s t i c S C Rd e n i t r i fi c a t i o n d e v i c e f o r the 6 0 0 MWc o a l fire d u n i t i n Ch i n a ， thi s e s s a y d e s c r i b e s the S C Rwo r k ma n s h i p ， t e c h n o l o g i c a l p r o c e s s ， the s t a t e o f c a tal y s t r e s e a r c ha n dthed i r e c t i o no f c a t a l yst r e s e a r c hd e ve l o p men t ， e t c ． 【 关键词】 氮氧化物； S C R ； 催化剂 【 K e y w o r d s ] n i t r o g e n o x i d e ； S C R ； c a t a l y s t 【 中图分类号I x 5 1 1 【 文献标志码】 B 【 文章编号】 1 0 0 7 ． 9 4 6 7 2 0 1 3 0 3 ． 0 1 3 1 - 0 3 1引言 近年来， 随着社会和经济的快速发展， 人类生活水平不断 提高的同时， 也带来了日益严重的环境污染。 环境污染1司 题已 受到世界各国的高度重视 ， 并加大力度进行治理。在我国， 大 气治理问题是当前环境保护工作的最重要内容之一，而电力 行业的废气则是大气治理的重点领域。 在电力行业污染控制方面 ， 我国前一阶段的主要措施是 治理粉尘污染和二氧化硫 s o 污染 ； 这一任务到目前为止已 基本完成， 下一阶段的主要目标则是控制氮氧化物 NO x 的排 放 。根据 国家环境保护“ 十二五” 规划 的要求， 到 2 0 1 5 年氮 氧化物排放总量将比 2 0 1 0 年减少 l 0 个百分点。 【 作者简介】 王春兰 1 9 6 3 ， 女， 北京人， 工程师， 从事环保装备 技术的研究， 电子信箱 wa n g c L 1 0 0 1 6 3 ． c o m 。 我国是世界上少数几个以煤炭为主要能源的国家之一。 据统计 ， 我国 6 7 ％的氮氧化物 N O 排放量来自于煤炭的燃 烧。从燃煤消耗对 N O 的排放贡献值来看， 火电厂 N O 排放 控制是我国N O x 排放总量控制关键所在。N O 排放到空气中 易形成酸雨及光化学烟雾， 破坏臭氧层和造成温室效应， 严重 危害自 然环境和人类健康。 随着我国 火电厂大气污染物控制 排放标准 和 大气污染防治法 的颁布实施以及 京都议定 书 的正式生效 ， 国内对 N o 【 的排放控制将 日趋严格， 在火力 发电厂中采用有效的N o 排放控制措施势在必行。 2 S C R 法烟气脱硝工程技术原理 氮氧化物排放控制在业内俗称脱硝。选择性催化还原 s e l e c t i v e c a t a l y t i c r e d u c ti o n 脱硝工艺是一种从燃煤电厂烟道 气中脱除氮氧化物 包括 N O 、 N O 等， 统称为 N o 【 的烟气净 4 t J t 。 1 31 l 工程建设与设计 l C o n s t r u c t i o n D e s i g n F o r P r o j e c t 其基本原理是把符合要求的氨气喷入到烟道中，与原烟气充 分混合后进入反应塔 ， 在催化剂的作用下 并在有氧气的条件 中 ， 氨气选择性地与烟气中的NO 发生化学反应， 生成无害 的氮气 N 2 和水 H 2 0 。主要反应化学方程式为 4 N O 4 NH 3 0 2 4 N2 6 H 2 0 1 6 NO 2 8 NH 3 0 2 7 N2 1 2 H2 O 2 S C R脱硝技术是当前电站锅炉烟气脱硝的主流技术 ， 该 技术是在 2 O 世纪 7 0 年代末至 8 0 年代初， 首先由日本发展起 来的， 之后迅速在 日 本 、 欧洲、 美国等国家和地区的电站得到 应用。 该技术具有 N H d N O x 摩尔比小、 N H 3 逃逸率低、 s o J s o 转化率低等优点， 是应用最多激 率最高且最成熟的技术之一。 S C R法工艺系统主要由贮氨、 混氨、 喷氨系统， 反应塔 催 化剂 系统 ， 烟道及控制系统等组成。S C R法脱硝工艺的核心 物质是催化剂。催化剂的性能直接决定了 S C R系统的稳定 性， 催化剂的优劣直接影响到烟气脱硝的效率， 且催化剂的使 用寿命决定了 S C R装置的运行成本。 催化剂成本占整个 S C R 脱硝系统投资成本的2 0 ％甚至更多，一般催化剂的活性周期 为 2 ～3 a ， 并与工作的环境有关； 废催化剂经再生处理后， 活性 效果可接近新催化剂， 处理费用约为新催化剂的 4 5 ％左右。 3 S C R催化剂 3 ． 1催化剂技术研究现状 目前， 脱硝催化剂主要有三种类型 蜂窝式、 板式及其他 形式。其中 蜂窝式催化剂采用二氧化钛作骨架材料， 将 V 0 和 T i O 混合后挤压成型， 经干燥、 烧结后， 裁切装配而成 ， 市 场份额约 6 0 ％～7 0 ％； 板式催化剂采用金属板作为基材 ， 浸渍 催化剂后烧结成型， 市场份额约 占2 O ％～3 O ％； 其他形式 ， 如 波纹式催化剂采用玻璃纤维板或陶瓷板作为基材，浸渍催化 剂后烧结成型， 市场份额占 5 ％左右。 自上个世纪 7 0 年代， s c R技术在燃油和燃煤锅炉上成功 投入商业运用以来 ， V - Mo w ／ r i o 系列催化剂逐渐走向成 熟， 已大规模在日本、 欧洲和美国等国家和地区用于发电机组 的N O 的排放控制。 目前， 世界上电力行业采用 S C R装置， 技 术成熟且运行可靠， 已成为世界上应用最多、 最为成熟且最有 成效的一种烟气脱硝技术， 其 N O 脱除率达到 8 0 ％9 0 ％。 S C R反应的工业催化剂目前最普遍采用的还是 T i O 作 为载体的 v o r o ， 及 Mo O 。 等金属氧化物 ， 还有一些其它形 式的催化剂也被认为对此反应具有活性 ，但是 v o d wo ， 及 1 32 Mo O ， 系列的催化剂到目前仍是开发最为成功、 应用最广的固 定源燃料燃烧烟气 NO x催化剂， 这不仅得益于它的高效率和 高选择陛， 还得益于其高经济陛。 国外公司生产的催化剂价格很高，不适用于我国国隋。 受我国煤炭资源和燃料供应政策的制约，燃料供应呈现出复 杂眭和多样性的特点， 火电厂燃煤的品质通常较差， 灰含量较 高 3 0 ％～4 0 ％ ， 砷含量大 9 ． 6 ～2 1 ．0 g ／ g ， 决定了我国火电 厂的烟气脱硝装置不能完全照搬国外现有的S C R技术。我国 正在向经济大国迈进 ， S C R的现有市场和潜在市场都十分可 观。但目前我国在 S C R研发方面投入的力量还远远不够， 必 须加快 S C R 技术的自主开发， 研制符合我国电力燃煤特点的 高活性、 较好的水热稳定性 、 高强度 ， 较长使用寿命和较低成 本的 S C R催化剂。 3 ． 2 技术研发的主要内容 催化剂的研发主要在于催化剂配方的筛选与优化 ，整体 催化剂生产工艺研究， 整体催化剂专用生产设备的研制开发， 建立催化剂性能评价系统 ，建立适合我国煤质特点的催化剂 选型系统， 建成一定规模的催化剂生产能力。 3 ． 3 技术研发 目标 目前我国的催化剂研发目标是开发出具有自主知识产权 的脱硝催化剂制备及产业化技术， 建成年产 3 0 0 0 m 以上工业 规模化的催化剂生产能力。催化剂脱硝效率≥9 0 ％。 4 工程实例 为有效控制电站锅炉 NO 排放， 适应国内日益严格的环 保政策法规要求， 东方锅炉 集团 股份有限公司于 2 0 0 3 年自 德国鲁奇能源环保股份有限公司引进了选择I生 催化还原法烟 气脱硝技术。2 0 0 4 年全套引进德国K WH公司的催化剂生产 线和催化剂配方技术。 与 K WH公司合资在国内建厂生产蜂窝 式催化剂。 在消化吸收引进技术的基础上， 东方锅炉 集团 股 份有限公司自主设计完成了国内首台 6 0 0 MW国产化 S C RH 硝项目华电长沙电厂 2 x 6 0 0 MW机组 S C R 烟气脱硝装 置 ， 并配套提供国产化蜂窝式催化剂， 该项 目已于 2 0 0 7 年底 顺利投入使用。烟气脱硝装置配两台蒸发量为 1 9 0 3 t ／ h 的超临 界机组燃煤锅炉， 脱硝装置采用 S C R法全烟气脱硝； 脱硝装置 采用纯氨作为还原剂 ， 其制备和供应采用液氨供应系统。 通过 近几年的运行 ， 该工程运行稳定可靠， 烟气排放达到国家排放 标准 。 4 ． 1工程设计条件 工程设计条件见表 1 。 表 1工程设计条件 项 目 数值 锅炉 烟气量， m ．h - 1 按标准状态 S C R 入口烟温， ℃ S C R 入口烟尘／ g Ⅱ r 按标准状态 干基，6 ％02 S C R 入 口 N O ．d mg m 干 基，6 ％02 S C R 入口 S O2 ／ mg m’ 按标准状态 干基，6 ％O2 超临界对冲燃烧 P形炉 1 71 7 9 0 4 3 8 8 2 5 ． 9 6 0 6 5 0 l 1 7 9 表 2主要 技术要求 项 目 数值 脱硝效率， ％ 氨逃逸， 1 O S O d S O3 转化率， ％ 烟气阻力／ P a 催化剂化学寿命／ I l 最低运行温度， ℃ 出口N O x ／ mg Nm。 按标准状态 还原剂种类 5 0 远期满足 8 5 ≤ 3 1 7 1 0 性能考核期 2 4 0 0 0 3 0 0 3 2 5 远期 9 7 ． 5 液氨 4 ． 2 工程主要技术要求 按照项 目合同要求， 在设计煤种及校核煤种 、 锅炉最大工 况 B Mc R 、 处理 1 0 0 ％ 烟气量条件下 ， 脱硝效率初期不小于 5 0 ％实施 ，工艺系统及设备配置按远期脱硝效率不小于 8 5 ％ 环境工程设计I E n v ir o n m m E n g in e e ri a g 叫 设计。 在 5 0 ％和 8 5 ％两种脱硝效率工况下， 均设计 1 个催化剂 备用层 见表 2 。 5结语 2 0 1 1 年 ， 火电厂大气污染物排放标准 G B 1 3 2 2 3 2 0 1 1 的出台， 意味着我国排放标准将日益严格。 在这段长达 4 年零 8 个月的标准修订期间内，烟尘排放浓度标准也发生了 变化。 火电厂大气污染物排放标准 要求 自2 0 1 2 年 1 月 1 日起新机组、 2 0 1 4 年 7月 l目 起老机组的烟尘排放浓度达到 3 0 mg ／ m3 ，某些地区的地方排放标准已要求达到 3 0 mg ／ m 以 下。在当前环保形势下， 脱硝行业必将更快发展， 早日达到高 端技术自主化、 装备国产化。 【 参考文献】 【 1 】 徐灏龙 ， 等．燃煤锅炉烟气 S C R脱硝工艺关键技术研究[ J ] ． 选煤技 术 ， 2 0 0 9 1 7 0 7 4 ． 【 2 】 马忠云，檀国彪．燃煤锅炉烟气脱硝 S C R法 工艺及特性[ J ] ． 节能环 保技术， 2 0 0 6 2 3 0 ． 3 2 ． 【 3 】 郭刚， 等． 6 0 0 MW机组 S C R烟气脱硝装置技术开发[ J ] ． 东方电气评 论， 2 0 0 9 2 3 5 7 6 1 ． 【 收稿 日期] 2 0 1 2 ． 1 1 ． 0 1 上接第 1 3 0页 ’ 5 生物法的曝气关键在于曝气后水的溶解氧 D0 ， p H能 否满足铁细菌的生长要求。铁细菌对D O变化的耐受范围较 宽，曝气后水的D O在2 ～ 1 0 m g ／ L 变化时铁细菌的生长未收到 明显影响； 对p H的要求则满足细菌生长的p H 6 ． 5 7 ． 5 。 6 影响生物除铁除锰的因素很多， 但这些因素之间也是 有着相互有机的联系， 在怎样的组合条件下达到最优， 这是我 们需要进一步解决的问题。 【 参考文献】 【 1 】 V i r g i n i a A l e j a n d r a P a c i n i A n a Ma r i a I n g a l l in e l l a ， G r a c i e - l a S a n g u i n e t t ． i Re mo v a l o f i r o na n dma n g a n e s e u s i n g b i o - l o g i c a l r o u g h i n g u p fl o wfi l t r a t i o n t e c h n o l o g y [ J ] ． Wa t e r R e s ， 2 0 0 5 ， 3 9 1 8 4 4 6 3 - 4 4 7 5 ． 【 2 】 张杰， 曾辉平， 李冬， 等雏 系生 能 力的研究[ J ] ． 中国给水排水， 2 0 0 7 ， 2 3 3 1 - 4 ． 【 3 】 李冬， 杨宏， 张杰． 生物滤层同时去除地下水中铁、 锰离子研 究[ J ] ． 中国给水排水， 2 0 0 1 ， l 7 8 l - 5 ． 【 4 】 张杰， 杨宏， 李冬，等． 生物滤层中F e 的作用及对除锰的影 响[ J ] ． 中国给水排水， 2 0 0 1 ， 1 7 9 1 4 1 6 ． 【 5 】 张吉库， 刘明秀．溶解氧和温度对地下水除铁除锰效果的影 响[ J 】 ．安全与环境学报， 2 0 0 6 ， 1 3 1 5 2 - 5 4 ． 【 6 】 杨宏， 贾运智， 杨佳丽， 等． 生物除铁除锰滤层营养条件的研 究[ J ] ．安全与环境学报， 2 0 0 7 ， 7 1 8 7 - 8 9 ． 【 7 】 P A u L 、 Ⅳ 1 I I 1 A Ms ， o N D E 0 D E G R E M0 N T ． B i o l o g i c a l i r o n an dma n g an e s e r e mo v a l a s a v i a b l e a l t e rna t i v e f o r g r o u n d wa t e r t r e a t me n t [ J ] _ E n v i r o n me n l a l S c i e n c e a n d E n g i n e e ri n g ， 2 0 0 2 3 1 7 ． 2 0 ． 【 8 】 浆安玺， 韩玉花， 杨宏， 等． 生物除铁除猛锰滤池的曝气溶氧 研究[ J ] ． 中国给水排水， 2 0 0 1 ， 1 7 1 0 1 6 - 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