火电厂烟气脱硝关键技术的优化创新 当前位置:首页废气治理脱硫脱硝
 

氮氧化物包括N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等,总称NOx,是由含氮燃料煤炭、石油等的燃烧,或高温下空气中的氮气与氧气化合而成,主要来源于燃煤窑炉、工业生产及汽车的尾气排放,其中NO、NO2是主要的大气污染物。NO在大气中易氧化生成NO2,其毒性是NO的4~5倍。NO2对人体危害很大,当空气中NO2的浓度达到150ppm以上时就会致人死亡。NO2会破坏大气臭氧层,是引起光化学烟雾的主要物质;与大气中的水分结合使雨水酸化,造成建筑物和机械设备腐蚀、农作物减产、河流污染,给工农业和生态环境带来巨大损失。

1 我国火电厂氮氧化物排放现状

改革开放以来,我国经济保持了较快的增长速度,但同时又是以巨大的能源消耗为代价的,由此造成的环境污染是目前我国经济可持续发展亟待解决的重要问题。我国是世界第一大煤炭生产国和第二大能源消费国,电力生产以燃煤为主,火电厂燃煤量占全国煤炭消耗总量50%左右。据统计,到2007年底,我国火电厂NOx年排放量为838.3万吨,占全国总排放量的36%,居各行业第一。按照目前的发展速度,到2010年火电厂NOx年排放量将达到1011万吨,2015年将达1150万吨。按照火电行业环境保护规划的要求,到2010年需要削减NOx298万吨、2015年需要削减480万吨,减排压力巨大。

2 我国火电厂NOX控制技术现状

作为最主要的固定排放源的火电厂燃煤机组,在NOx控制措施方面主要有:低氮燃烧(LNB)技术、选择性非催化还原(SNCR)技术和选择性催化还原(SCR)技术。国外对NOX进行严格控制已有20多年的历史,而我国才刚刚起步,目前主要依赖于传统的LNB技术控制手段。

LNB技术在我国已经实现了自行设计、自行制造和自行安装调试,但是,其NOx排放浓度难以达到更严格的排放标准。

SNCR法投资和运行费用较低,但对烟气工况负荷变化的适应性很差,操作要求较高,脱硝率较低。因此,该技术只在NOx控制的初级阶段有应用,在实行更严格排放标准的西方国家,很少采用此方法。

自20世纪70年代后期第一台SCR装置投入应用后,SCR法就以脱硝效率高、运行稳定可靠、产物无二次污染等特点,成为国际上技术较成熟、应用最广泛的烟气脱硝技术。到2002年,SCR装置占烟气脱硝总装机容量的比例在日本为93%、德国为95%。SCR技术在我国尚处于引进、消化吸收和初步应用阶段,SCR法烟气脱硝的关键技术—催化剂工艺制备技术和氨喷射混合技术均掌握在少数发达国家手中,是制约我国脱硝技术产业化发展的主要瓶颈。我国首台SCR装置于20世纪90年代投入应用,到2007年底,已建成的烟气脱硝装置只有26台(套),总装机容量为1125万kW,只占我国火电厂总装机容量的2%,且主要依赖进口,其昂贵的价格极大地提高了火电厂环保投入的成本。

3 取得的阶段性研究成果

(1)TZ型SCR板式催化剂

在国家863计划“中小型锅炉NOX控制技术与应用示范”和国家科技攻关计划“工业锅炉洁净干法联合减排系统技术”等课题研究成果的基础上,对SCR催化剂原料配方进行完善和优化,并将预处理技术和半干法压制技术相结合,在催化剂成型工艺技术上进行创新研发的“TZ型板式SCR催化剂制备技术”成果达国际先进水平,“TZ型板式催化剂”填补了国内空白。

(2)SCR烟气脱硝装置

SCR装置采用了TZ型SCR板式催化剂制备技术、引射喷氨混合技术、SCR控制技术和涡流预除尘技术,使整个SCR系统具有高效、稳定、低成本等优点,在保证高脱硝率、低氨逃逸率的同时,有效降低了系统投资和运行成本,具备了与国外同类产品竞争的实力,可代替进口。

4 与国内外同类产品的比较

TZ型板式催化剂运用于SCR脱硝装置中时,因为几何弯角少,飞灰易通过,耐磨蚀性强,所以更加适合我国火电厂的以燃煤为主、煤种多、煤质复杂、灰分高的国情。经有关检测中心检测,脱硝效率为86%,NOx排放浓度为70.6mg/m3,可用于新、改、扩建烟气脱硝工程。

(1)TZ型板式催化剂

TZ型板式催化剂采用了以部分国产工业钛白粉制备中间体代替进口钛白粉载体的配方优化技术;二次颗粒的预处理技术和半干水分压制成型技术。与国外先进水平的同类催化剂相比,TZ型板式催化剂在保证脱硝性能的同时,提高了催化剂的使用寿命,其成本与国外产品相比降低了33%。

(2)SCR脱硝装置

SCR脱硝装置的核心元件—催化剂,采用TZ型板式催化剂;喷氨及混合装置,采用了自主研发的将喷氨与混合装置集成在一起的引射喷氨混合装置。SCR脱硝装置在保证脱硝效率、氨逃逸率和系统阻力等主要性能指标的同时,系统投资与国际先进水平相比降低了55%。

5 结语

SCR装置和TZ型板式催化剂提升了国产技术的竞争力,使我国在SCR技术与装备领域取得重大突破,打破了国外的技术垄断,为我国火电行业氮氧化物排放新标准的制定、SCR技术的推广应用和实现火电行业节能减排的目标提供了有力的技术支撑;对加快我国环保产业结构调整、促进我国环保机械产业升级、增强整体技术水平和提高国际竞争力具有重要意义。