1、选择脱硝技术的思路和方向,美国Fuel Tech公司,大纲,中国特殊的烟气脱硝的背景与前景 1.1 特殊的脱硝背景 1.2 可期的脱硝前景 1.3 中国特殊的烟气脱硝考虑可行的控制NOx排放技术 2.1 燃烧改良法（Combustion Modification） 2.2 选择性非触媒还原法（SNCR） 2.3 选择性触媒还原法（SCR） 2.4 各种混合法（HYBRID Methods）,新的排放标准和颁布时间与经济分析 3.1 合理的法规和相关的技术 3.2 成本比较：一套90%脱硝率的和三套 30%脱硝率的比较 3.3 分步到位脱硝成本比较中国应该并能够以一步就位的选择安全的脱硝还原药剂
2、吗？可以把烟气脱硝技术在中国标准炉型上来标准化吗？结束语,中国特殊的烟气脱硝的背景与前景,1.1 特殊的脱硝背景 1.2 可期的脱硝前景 1.3 中国特殊的烟气脱硝考虑,1.1特殊的脱硝背景,中国的脱硝2003年NOx排放控制国家标准火电厂大气污染物排放标准（GB13223-2003），对新建燃煤电站机组NOx排放开始要求。吸取日德台韩等之经验。有效的NOx排放控制必须涉及高数量的电站机组和更多数量的工业改造锅炉及电站锅炉,1.2 可期的脱硝前景,依过去经验，订下更好适合中国国情的脱硝法规标准及时间表。按照中国的情况和中国的现场条件来选择脱硝。不一定要和它国一样。,1.3 中国特殊的烟气脱硝考
3、虑,煤灰影响国内煤灰量大，煤种类多，质量变化多，须考虑对氨逃逸（NH3 Slip）及SCR催化剂的适用及风险。成本新建大型火电机组改造工业锅炉及电站锅炉空间成本安全从运行安全考虑，以尿素或氨做还原剂的方式人口稠密区公众安全及生产安全考虑如使用加压容器的安全,二. 可行的控制NOx排放技术,2.1 燃烧改良法（Combustion Modification）2.2 选择性非触媒还原法（SNCR）2.3 选择性触媒还原法（SCR）2.4 各种混合法（HYBRID Methods）,2.1 燃烧改良法,燃烧器或炉膛被设计成可调整或不可调整式的分级进气或再燃烧，以做阶段式燃烧来降低氧化氮的生成。燃烧改
4、良法包括有低氮燃烧器/空气分级燃尽风/再燃烧/阶段性燃烧技术/烟气再循环等等。在规划新建大型燃煤机组时，应一次设计到位考虑设置低氮燃烧器。对改造锅炉，实施低氮燃烧器和现有的燃烧系统炉膛结构影响不一，故需要分别评估再决定。有时实施须对现有的供风系统和炉膛进行较大程度的改造而不适用燃烧改良法。但是燃烧改良法通常无法单独的满足较严的NOx排放标准。联合使用燃烧改良和SNCR或SNCR/SCR混合法，对改造锅炉较适用且经济。国外通常与烟气后脱硝技术SNCR或SCR法联合使用。,2.2 选择非触媒还原法（SNCR）,SNCR技术是非触媒的炉内喷射工艺。80年代中期SNCR技术在国外研发成功。开始大量应用
5、于中小型机组，至90年代初期成功地应用于大型燃煤机组。该技术的运行经验至今已成功的应用在600-800MW等级燃煤机组。其原理是在炉内喷射氨或尿素等化学还原剂使之与氮氧化物在烟气中反应，将其转化成气态分子氨（N2）及水（H2O），尿素亦有少量的二氧化碳（CO2）全工艺无使用或生成固体。目前最进步的SNCR技术与NOx有效反应温度范围已可达850 1250之间。,SNCR工艺关键概念之一修减式的脱硝工艺SNCR工艺关键概念之二分段加总式的脱硝工艺SNCR工艺关键概念之三不增加三氧化硫（ SO3）SNCR工艺关键概念之四节省空间的工艺SNCR工艺关键概念之五使用安全的脱硝药剂的安全工艺,氨的特性,
6、具有腐蚀性，无色，具有强烈气味的气体。虽然绝大部分的时间都在安全使用，但一旦发生事故，它会形成一个致命的毒云（toxic cloud）对现场工作的工人及附近社区居住的人造成伤害。若与氨直接接触，会刺激皮肤，灼伤眼睛，使眼睛暂时或永久失明，并导致头痛、恶心、呕吐等。严重时，会导致呼吸系统积水（肺或喉部水肿），可能导致死亡。长期暴露在氨气中，会伤肺，导致产生咳嗽或呼吸急促的支气管炎。,SNCR现况总述,中度（20-50%）NOx脱硝率，从设计基线值后以下降到目标水平，达到合理NOx脱硝率所需的反应剂流量；因不增加SO3，可较SCR放宽NH3逃逸条件；对于多层喷入，控制系统适当的跟随负荷及温度能力。
7、工程造价较低，占地面积小，适用于老厂改造，新炉如依锅炉设计加以配合，脱硝效率会更高。,与使用氨SNCR或SCR的脱硝工艺相比，尿素- SNCR工艺可获得较佳的经济效益：与CH3相反，使用尿素工艺是无毒、无害的化学品；由于没有大的系统因而投资较低：按喷射格栅（AIG）、压缩机、旁路设计、钢支撑、不存在带压和危险的无水氨或氨水的储存、处理和安全设备；气与气混合条件导致较低的动力需求；使用液态而不是气态反应剂，可以更有效地控制喷雾模式和化学剂分布保证良好的混合，因此以较低的NH3逃逸使得化学剂得到较好的利用，并且尿素-SNCR工艺成功的应用在大型燃煤机组。,2.3选择性触媒还原法（SCR）,SCR为
8、另一种炉后脱硝反应装置，最早由日本于60-70年代后期完成商业运行，至80年代中期欧洲也成功地实现了SCR的商业运行。一般高尘设置（High Dust Layout）触媒装置于锅炉省煤器出口与空气过热器入口之间，其作用为使喷入之氨与烟气中之NOx加速反应实现脱硝。在此情况时，其有效反应之温度范围较SNCR低的多，约在320 400之间。最普遍使用的化学反应剂（还原剂）为氨，但近年来也使用尿素。,SCR工艺关键概念及现况,SCR法是在80%以上脱硝效率的要求条件下，最能被接受的工艺。尿素SCR工艺是氨法SCR改良后的安全工艺。尿素SCR工艺在大部分氨法SCR装置时不存在，但目前氨法SCR转化成尿
9、素SCR的工艺已在美国成为一种普及化的主流工艺。尿素SCR工艺包括有Fuel Techs的ULTRA已有许多大型电站锅炉容量（500MW）成功的应用实例。可一步到安全的尿素SCR，省去将来转化步骤。,尿素SCR工艺的发展,美国Fuel Tech 公司早在1990年代就研发了水解法。现场试用后发现业主难以接受水解法中有高压设备（转化反应容器）。虽然Fuel Tech 公司获得了专利，而占据了有利地位，公司仍然决定放弃水解法的商业应用和推广。Fuel Tech 公司随后又研发了热解法。热解法的商业名称为NOxOUT UL TRATM，该方法是一种更简单、更实用、更好的工艺。除了Fuel Tech
10、，现在市场亦有商业化的水解法工艺。,热解法和水解法基本不同点,热解法Thermal Process热力控制的工艺利用气体燃料或柴油利用甲烷流力学Eddies跟随能力强，响应时间快喷入40-50%浓度尿素液氨逃逸控制好控制简易成本通常较低,水解法Hydrolytic Process高压操作亦需高温低浓度尿素液水用量大，浪费能量负荷变化时，易生成高分子固态物有大量NH3储存或使用生成含NH3在压力容器，和初衷相抵响应时间跟随能力较差,必须考虑SCR的议题,反应器和触媒必须考虑实际操作情况（即非原设计的情况，如已减效的触媒对脱硝率和氨逃逸影响）。气体（NH3/NOX）混合均匀度和温度影响。媒质变化的
11、影响。在使用后的触媒（如在触媒生命终点时）对脱硝和氨逃逸影响。季节性或负荷性的变化（如旁路的操作）。空气预热器设计控制和操作及性能。对危险品的管理监督。引风机能力及锅炉系统平衡和钢结构的考虑。,SCR必须考虑空气预热器的议题,燃煤在空气预热器形成氨-硫化合物问题的考虑。在空气预热器中温区及冷区形成粘着性ABS化合物的问题。V/TiO2触媒SO2 SO3的转换氧化率的考虑。其他金属对触媒的负面影响。灰份上ABS造成的空气预热器阻塞。ABS造成碳钢和合成钢腐蚀的问题。,ABS沉积空气预热器的补救措施,经常清洗及停机。冷区改或新装陶瓷加热元素。增加吹灰器和泵。避免有开口的情况，避免清洗水和冷面接触。
12、可容忍的SO3氧化率和提供给触媒厂家的资料和由触媒厂家获得的资料是否一致。增大ID/FD风机能力。增加或换新空气预热器。,中国煤可能引起的新挑战,煤灰影响灰量大，煤种变化，质量变化，混烧煤，对氨逃逸（NH3 Slip）及SCR催化剂的适用及风险。触媒的砷硫及碱性物（如钙含物）金属含物中毒减效。其他元素造成的触媒中毒减效。催化剂选择最好从具有较大空隙及层间尺寸板状催化剂为起点，使用良好后试验蜂窝状的催化剂。催化剂结构可以适应不同压降、燃料和烟气成分要求，满足工程选择。SCR引起的三氧化硫酸雾烟气排放,SCR现况总述,尿素SCR（ NOxOUT UL TRATM ）提供了与液氨SCR同等的脱硝性能
13、。后部采用与液氨SCR同样的AIG和催化剂设计，项目需要增加热解室。负荷变化的响应时间跟随能力快为5-30秒。停止加氨之后，无有多余氨驻留泄出的困扰。可以使用无高压的设备。完全安全。,2.4 各种混合法(HYBRID Methods),之一：SNCR/SCR混合工艺之二：燃气二次燃烧系统及SNCR工艺,SNCR/SCR混合性工艺,SNCR/SCR HYBRID，结合SCR和SNCR系统的有利特点，完全排除了氨处理的需要，消除了有关费用及对安全环境的担心。SNCR/SCR混合法技术于90年代后期研发成功并成熟的应用于多数大型燃煤机组。故意由尿素制造成氨，除了不需要进行昂贵且危险的氨处理，工艺只需
14、要很少量的催化剂（传统的单机SCR也需要）。当NOx减排率适中时，锅炉的引风机可能不需要改造就能适应少量催化剂产生的压降。HYBRID工艺降低了对催化剂的依赖。小尺寸的催化剂降低了由于硫中毒、颗粒污染和其它类型老化而进行催化剂更换的成本。在一些工程中，催化剂可以装入装置烟道、扩展烟道、省煤器或空气预热器中。,逃逸的氨会随烟气流向下游的SCR系统，使其利用率反应率更为安全。还原剂可使用尿素来代替较危险的液氨，这相应可省去液氨贮存区的危险性工作场所申请及检查工作。此外，SNCR/SCR混合系统的另一项优点是SCR系统会因锅炉内已装置有SNCR系统而可以大副减少其所需要的SCR反应容积，进而降低SC
15、R系统的装置成本和空间。,采用SNCR/SCR HYBRID混合技术主因,高的SCR工程造价；由于SCR形成硫酸氢铵使空气预热器性能降低；SCR催化剂寿命；SCR需要对NH3逃逸进行严厉控制；SCR要求烟气中（NH3/NOX）混合和温度均匀，（需要AIG和其他混合装置和旁路烟道）；SCR需要对还原剂的储存和处理；无SCR需要的空间；SCR要求风机（ID/FD Fan）更新或加大；SCR催化剂对中国煤敏感度。,三. 新的排放标准和颁布时间与经济分析,3.1 合理的法规和相关的技术3.2 成本比较：一套90%脱硝率和三套30% 脱硝率的比较3.3 分布到位脱硝成本比较,3.1 合理的法规和相关的技
16、术,合理的法规是在减排目标下，能让业主在经济上能够承担的了。合理的减排初步目标是在增加生产发电但不增加排放量下制定的指标。合理的减排理想目标是能保持生活健康品质的指标。合理的法规是以合理的控制工艺性能和经济范围，以总减排量建立减排目标。必须给业主有上脱硝装置的诱因。,有关排放标准的几点思考方向,应适应国民经济的发展逐步提高排放标准 例如：2003年 2010年 2020年 400mg/NM3 260mg/NM3 200mg/NM3结合总量控制，经济发达地区或新建机组可采用不同时段的标准。 例如：沿海地区（总量控制区）和新建机组 在2010年前可采用 2020年前可采用 260mg/NM3 20
17、0mg/NM3总结SO2控制的经验和教训，尽快研究和出台NOX控制的规划，使业界能够提前做好准备，提高环保投入的社会和经济效益。,3.2 成本比较：一套90%脱硝率和三套30%脱硝率的比较,最近（4月2004）POWER动力杂志标题为“为什么SCR的成本还在增长？”文中说“SCR系统的平均投资成本在1990年代中期已从60 75/kW增加到100/kw以上”。这种令人不安的趋势的可能原因有；改造现场更复杂的情况、更多的设备需要升级、更紧缺的劳动力资源。美国SCR成本由历史统计平均投资数据，表明成本为：100 399MW： 123/kW400 599MW： 103/kW600 899MW： 81
18、/kW,一套90%脱硝率和三套30%脱硝率的比较,一套90%脱硝率和三套30%脱硝率的比较,人工费用（设计、现场服务安装和项目管理）比美国成本要大幅度降低。部分设备国产化后可以降低成本（可能牺牲设备的质量和寿命，降低设备的可利用率）。原材料和钢结构的成本变化不大。催化剂的成本（由于前期投入较大和使用进口金属等因素）价格会略有下降。新颖的脱硝工艺，智慧财产权保护（尤其关于设计方面）是一大挑战。中国化是必要的步骤。中国化后预测的成本为和美国的相对成本比较相似。三套30%脱硝率，比一套90%脱硝率在同样减排量下有较大的优势。,3.3分步到位脱硝成本比较,分步到位的优点：同量的环保效益，先投资成本少。
19、装置预留空间，和逐步的法规同调。总体效益较大，但先购钢料仍会昂贵。一步到位的优点：一劳永逸如能上在多量机组，高水平环保社会效益。,四. 中国应该并能够以一步就位的选择安全的脱硝还原药剂吗？,从生产安全及工安观点看氨与尿素在烟气脱硝技术上之应用,如今，以尿素做为SCR还原剂的技术已经发展出来，在技术上能够达到与氨相同的效果，而且已累积了非常丰富的商转经验，在此情形下，以生产安全及工安法规的观点上来说，（至少是在东部沿海经济发达和人口密集区应禁止使用氨作为还原剂）应该禁止再准使用氨为还原剂的脱硝技术供烟气脱硝使用，即使考虑到既有设备的经济性的前提下，至少应对新建系统禁止使用，而旧有系统则给其一个缓
20、冲期换用尿素。鉴于安全原因，北京市政府准备使液氯全部退出北京市场。,运转成本上之观点,尿素和氨都可用作SCR和SNCR的反应剂，然而，尿素在性能和安全操作方面更具有优点。这些优点主要有：运输和储存安全，包括恐怖袭击和泄漏。操作许可。采用氨的装置可能由以下原因无法操作：不能获得许可证或由于不能满足安全规章，许可被吊销；由于氨泄漏或者运输问题导致系统停运。氨逃逸控制此外对于高压无水氨储存及其在装置中的分配系统，还存在人有意破坏或失误等之可能性。,因此考虑以氨脱硝的成本时，不仅需考虑其投资与运转成本，尚需考虑与氨处理有关的其它成本，生产安全及工安成本不可预见风险成本 包括当不可预见的安漏泄发生时对人
21、员邻居和环境进行保护的安全设施，由于安全和环境原因需要的附加成本，包括在意外的漏泄发生时应启动的报告，记录保持和事故应急程序，人员伤亡的处理和赔偿，及因事故发生而导致之发电损失。,A.建造成本比较（1台550MW的数据）,系统运行之还原剂消耗比较,B.系统运行成本比较(1台550MW每年数据),还原剂选择的综合成本分析(1550MW),中国液氨、氨水、尿素的市场价格,中国免上尿素进口增价值税,中国政府近期采取了一系列的措施抑制国内市场尿素的价格。包括免上尿素进口增价值税。将来希望给予环保用途上的尿素有优惠价格。,美国工安意外之财产损失,根据美国的国家安全委员会（National Safety
22、Council，NSC）所公布的资料显示，于公元1999年，所有工安意外对企业所造成的损失大约1230亿美元，而这些费用还没将工安意外对工作士气的影响，进而造成生产力的损失，或是人员再训练等等的相关费用包括在内。至于这些损失的金额大概可细分如下：人员薪水及生产力的损失费用为640亿美元。工安意外的医疗费用约为200亿美元。管理生产的损失费用为340亿美元。火灾及交通运输意外等损失费用为40亿美元。,还原剂安全成本总述,通常在考虑了所有因素后，采用尿素的运行费用比采用无水NH3或氨水NH4OH低。由此造成的电力生产损失很容易超过采用无水NH3和尿素作为反应剂之间运行费用的差值。,五、可以把烟气脱
23、硝技术在中国标准炉型上来标准化吗？,NOx事实,氮氧化物的形成大部分是由燃烧和燃料情况来决定的，而非依照锅炉形式及种类。每一项工程应用的独特情况可能对脱硝工艺提出不同的要求，因此为每一个应用项目建立单独的计算机模型和设计（是全新的同形机组）。旧炉虽然是同时投产，但氮氧化物浓度不一，新炉亦然，所以不能一概而论。,脱硝和脱硫技术异点,氮氧化物的多寡大部分是由炉内燃烧情况来决定的，而非依照燃料硫含量。湿法脱硫无压差问题，但用SCR触媒必须考虑压差及可能影响发电的问题。氮氧化物减排新颖工艺比较多，燃烧先行脱硝无多大效果。但先行脱燃料中硫有直接脱硫效果。脱硝工艺有不生成固体的实用工艺。脱硝工艺必须小心二次污染。,六、结束语,选用最佳安全工艺绿化环境避免不必要的危害享受人生！谢谢,
