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2 0 1 2年第 3 1 卷第 1 1 期 化 工 进 展 CHEM I CAL I NDUSTRY AND ENGI NEER1 NG PR0GRES S 火 电厂烟气脱硝 国内市场 分析 顾卫荣 ,周 明吉 亿利资源集团有限公司,北京 1 0 0 0 4 5 摘要氮氧化物是 “ 十二五”期间国家污染物总量控制对象之一。本文详细论述火电厂烟气脱硝行业发展概 况,在概述国内火电厂氮氧化物排放现状及控制法规的基础上,介绍了行业目前采用的主要技术及 国内外脱硝 公司概况,分析了行业的市场特点及存在的主要问题 ,指出了我国火电厂烟气脱硝 目前处于高速发展时期,脱 硝 市场 巨大,同时应加 大脱硝催化剂 的研 究开发 。 关键词烟气脱硝;氮氧化物;火电厂;市场分析 中图分类号X 7 0 1 文献标志码A 文章编号1 0 0 0 6 6 1 3 2 0 1 2 1 1 2 5 8 1 0 5 De n i t r i f i c a t i o n i nd us t r y o f po we r p l a nt GU W e i r o n g ,Z HOUMi n i E l i o n R e s o u r c e s G r o u p ,B e i j i n g 1 0 0 0 3 ,C h i n a Ab s t r a c t N i t r o g e n o x i d e s a r e o n e o f t h e s t a t e t o t a l p o l l u t a n t c o n t r o l o b j e e t i v e i n t h e 1 2 t h fi v e y e a r pe r i o d.The pa pe r s umma r i z e s t he d e v e l o p me n t o f de ni t r i fic a t i o n i nd u s t r y of po we r pl a n t i n Chi na . Ba s e d o n t h e d i s c h a r g e s t a t u s a n d c o n t r o l r e g u l a t i o n s o f n i t r o g e n o x i d e s f r o m t h e r ma l p o we r p l a n t ,t h e c u r r e n t NOx c o n tro l t e c h n o l o g y a n d p r o fil e s o f d o me s t i c a n d f o r e i g n c o mp a n i e s a r e p r e s e n t e d ,a n d the i nd u s t r y m a r k e t c h a r a c t e r i s t i c s a n d ma i n e xi s t i ng pr o b l e ms a r e a n a l y z e d.Fi n a l l y, Chi na ’ s the r m a l p o we r p l a n t fl u e g a s d e n i t r i fi c a t i o n i S a t a h i g h s p e e d d e v e l o p me n t p e ri o d . De n i t r i fic a t i o n i s a h u g e ma r k e t a n d t h e d e n i t r i fi c a t i o n c a t a l y s t r e s e a r c h s h o u l d b e i n t e n s i fi e d . Ke y wo r d s fl u e g a s d e n i t r i f i c a t i o n ; NOx ; p o we r p l a n t ; ma r k e t a n a l y s i s 氮氧化物 N 是大气主要污染物之一【 l 。 ] 。 氮氧化物指多种氮氧化合物, 如一氧化氮 NO 、 一 氧化二氮 N2 0和二氧化氮 NO2 等 。氮氧 化物能引起严重的环境污染 ,对人类的健康造成极 大危害 。氮氧化物能形成酸雨【 4 ] 、光化学雾【 5 】 ,破 坏大气臭氧层,并能导致温室效应 ,除此以外 ,氮 氧化物能引起水质和土质恶化。氮氧化物对人体健 康有很大的影响,当NO 2 浓度达到 1 5 0 x 1 0 叫时, 就 能威胁人类 的生命并能造成永久性的伤害[ 6 { ] 。 大气污染物中,9 0 %以上的氮氧化物源于煤、 石油、天然气等燃料的燃烧,其中7 0 %来自于煤的 燃烧, 而火电厂发电用煤又 占了全 国煤燃烧的7 0 %。 随着国民经济的发展 ,电力需求快速增加,燃煤锅 炉不断扩建,用煤量显著增加, “ 十二五”期间火 电厂氮氧化物的排放总量将 由 2 0 1 0年的 1 0 5 0万吨 增加到 1 2 0 0万吨【 9 J , 氮氧化物将会对中国大气环境 造成严重危害,控制氮氧化物 的排放迫在眉睫,脱 硝也成为 “ 十二五”期间的工作重点。 本文根据 “ 十二五”规划的要求,介绍了现有 火电厂脱硝技术及市场现状 ,并对火电厂脱硝市场 的需求进行 了分析,最后点出了我国火 电厂烟气脱 硝 目前处于高速发展时期,脱硝市场巨大,同时应 加大脱硝催化剂的研究开发 。 1 政策导向 我国能源资源以煤炭为主,在 电源结构方面今 收稿 日期2 0 1 2 . 0 7 . 2 5 ;修改稿 日期2 0 1 2 . 0 8 . 3 0 。 第一作者及联系人顾卫荣 1 9 6 9 一 ,男,工程师,亿利资源集团有 限公司技术 中心副总监 ,研 究方 向为能源化工 、新材料 。E . ma i l g u we i r o n g 5 2 5 8 1 6 3 . c o rn。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 化 工 进 展 2 0 1 2年第 3 1 卷 后相当长的时间内将继续维持燃煤机组的基本格 局,大气污染物 中 9 0 %的 S 0 2 、6 7 %的 N 来 自于 煤炭 的燃烧 ,因此我国的环境形势依然严峻,以煤 为主 的能源结构导致大气污染物排放总量居 高不 下,潜在 的环境问题不断显现。区域性大气污染 问 题 日趋明显,长三角、珠三角和京津冀地区等城市 群大气污染呈现 明显的区域性特征,N 的污染问 题 尚未得到有效控制 ,酸雨的类型已经从硫酸型 向 硫酸和硝酸复合型转化。 针对 以上情况,2 0 1 1 年,全 国人大审议通过 了 “ 十二五”规划纲要 ,首次将氨氮和氮氧化物列入 约束性指标体系,要求分别减少 1 0 %,氮氧化物 已 经成为我国下一阶段污染减排的重点L 1 。同时,我 国能源资源以煤炭为主,在 电源结构方面今后相当 长的时间内将继续维持燃煤机组的基本格局 。2 0 1 2 年 1月 1日起实施的 火 电厂大气污染物排放标准 G B 1 3 2 2 3 --2 0 1 1 L 1 l J 明确要求 以火 电行业为重 点,开展工业 NO 污染防治。同时,对火 电厂 NO 的排放标准也更为严格,减排力度进一步加大,该 标准提 出从 2 0 1 2年起所有新建火 电机组氮氧化物 排放量不大于 1 0 0 mg / m ; 从 2 0 1 4年 1 月 1日开始, 重点地区所有火电投运机组氮氧化物排放量不大于 1 0 0 mg / m3 ,非重点地区 2 0 0 3年以前投产的机组不 大于 2 0 0 mg / 埘 P 。与1 13 标准 G B 1 3 2 2 3 --2 0 0 3 L 1 2 J 规定 的 N 浓度限值为 4 5 O ~1 1 0 0 mg / m 相比有了较大 的提高,有人甚至认为其是 “ 世界上最严格的排放 标准”。 另外,脱硝补贴电价政策的出台,也将开启脱 硝特许经营市场 。目前市场预计将采取阶梯式补贴 法,价格可能为 0 . 8 ~1 . 2分L l 引 。 新标准及新政策实施为脱硝 行业带来 巨大 市 场。要求新建电站 同时安装低氮燃烧技术和脱硝装 置,已建电厂安装脱硝装置。 2 现有技 术 迄今为止,世界各国开发的燃煤烟气 NO 治理 技术种类比较多,按脱除机理不同,主要分成两大 类,一是控制燃烧过程 中 N 的生成 ,即低 NO x 燃烧技术,亦称一级脱氮技术;二是对生成的 NO 进行处理, 即烟气脱硝技术, 亦称二级脱氮技术 钔。 而烟气脱硝是近期内 N 控制 中最重要的方法。烟 气脱硝技术也有湿法脱硝和干法脱硝之分,主要有 气相反应法、液体吸收法、吸附法、液膜法、微生 物法等几类,本文针对各种脱硝技术的工艺特点进 行了比较【 J J ,如表 1 所示 。 在众多脱硝技术中,目前只有 S C R 和 S NC R 法在大型燃煤电厂获得 了较好 的商业应用 。其中 S C R 在全球范围内有数百台的成功应用业绩和十 几年的运行经验 ,日本和德国 9 5 %的烟气脱硝装置 采用 S C R技术,由于该方法技术成熟、脱硝率高, 几乎无二次污染,应是我 国烟气脱硝引进及消化吸 收的重点。与此同时,研究人员也在不断的研究新 型脱硝工艺,目前主要有微生物脱硝法、微波脱硝 法、液膜法、脉冲电晕法等 。 我国地域大,各地情况不 同,对于某一具体的 工程采用何种烟气脱硝工艺,必须因地制宜,进行 技术、经济 比较。在选取烟气脱硝工艺的过程中, 应遵循 以下原则①N 的排放浓度和排放量满足 有关环保标准;②技术成熟,运行可靠 ,有较多业 绩,可用率达到 9 0 %以上;③对煤种适应性强,并 能够适应燃煤含氮量在一定范围内变化 ;④尽可能 节省建设投资;⑤布置合理,占地面积较小;⑥吸 表 l 主要烟气脱硝工艺比较 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 l l 期 顾卫荣等火电厂烟气脱硝国内市场分析 2 5 8 3 收剂、水和能源消耗少 ,运行费用低;⑦吸收剂来 源可靠 ,质优价廉 ;⑧副产物、废水均能得到合理 的利用或处置 。 3 市场需求 目前 国家 进一 步提 高 氮氧 化物 排 放标 准 , 火电厂大气污染排放标准 GB 1 3 2 2 3 -- 2 0 1 1 正式实施 ,其中要求新建机组 2 0 1 2年开始 、 老机 组 2 0 1 4年开始 ,其氮氧 化物排放量不得超 出 1 0 0 mg / m 。新标准的实施为脱硝行业带来 巨 大 市场 。 1 脱硝工程市场截至 2 0 0 9年,我国火 电装机容量约 6 6 2 0 0万千瓦, 其中已经安装脱硝装 置的约 6 1 0 0万千瓦,未安装脱硝装置的 6 0 1 0 0万 千瓦, 并且按照我国未来十年的装机规划 , “ 十二五” 期间,将新增火 电装机 2 8 2 8 9万千瓦,“ 十三五” 期间将新增火电装机 2 2 7 0 0万千瓦, 按照脱硝工程 目前的投资成本 7 0 ~1 3 0元/ k W 测算 改造在 “ 十 二五” 期间完成 , 未来存量脱硝市场规模为 4 2 0 . 7 0 亿~7 8 1 . 3 0亿元 ,“ 十二五”期间新增脱硝市场规 模为 1 9 8 . 0 2亿~3 6 7 . 7 6亿元u 。 目前 脱硝 技 术相 对 成熟 ,按照 市场 预 计 的 1 0 0 ~1 5 0元/ k w 的造价计算, 火 电脱硝行业的毛利 率水平可能在 2 0 %左右 。一方面 ,火电脱硝行业不 大可能存在暴利 ;另一方面 ,火 电脱硝要求在未来 两年半的时间内完成。未来脱硝预计 以低氮燃烧技 术和 S C R为主。 2 脱硝催化剂市场 目前 S C R 是国内脱硝 技术的主流,催化剂是 S C R 系统的核心,其成本 占脱硝装置总投资的 3 0 %4 0 %,并且其属于易耗 品, 需要定期更换, 有助于形成稳定的催化剂市场 。 未来十年脱硝催化剂的市场规模 ,按照以下假设测 算【 2 引 。①新建机组催化剂初装量。按照我国未来十 年的火电装机规划, “ 十二五” 期间平均每年新增装 机量 5 6 5 8万千瓦,“ 十三五 ”期间,平均每年新增 装机量 4 5 4 0万千瓦,并且催化剂初装量按照 0 . 8 m3 / MW 测算 。②老机组催化剂初装量 。保守假设 老机组改造将会在 8年 内完成 , 根据 目前尚未改造 的机组容量 6 0 1 0 0万千瓦测算, 未来平均每年老机 组改造量为 1 2 0 2 0万千瓦。③催化剂的更换量。催 化剂在运行时活性会不断降低,按照国外经验,采 用常规的 “ 2 1 ”布置方案,即先安装 2层催化剂 , 大约 3年后 , 再加装第 3层 , 3层一起使用大概 4 ~ 5年后,开始更换。 4市场现状 4 . 1 国内脱硝技术的工业化现状 1 国内 S C R脱硝技术的工业化现状我国 火电厂 S C R烟气脱硝技术于 2 0世纪 9 0年代引进 日 本技术在福建后石电厂的 6 0 0 Mw 机组率先建成。 目前我国已有几十家环保工程公司分别引进了日本 三菱和 日立公司、 美国 B W 公司和燃料技术公司、 丹麦托普索公司、德国鲁奇和 F B E 公司、意大利 T KC公司等公司的烟气脱硝技术。 我国首台具有 自 主知识产权 的 S C R烟气脱硝工程于 2 0 0 6 年 1 月 2 0 日在 国华太仓发 电有限公司 6 0 0 Mw 机组成功运 行。根据中电联的报告,2 0 1 1 年度环保公司投运的 脱硝工程容量如表 2 L 2 。 2 国内 S NC R 脱硝技术的工业化现状我 国目前 S NC R脱硝技术主要依靠技术引进,北京福 泰克环保科技有 限公司是美国燃料技术公司 F u e l T e c h ,I n c . 的全资 中国子公司。 目前 ,其在 中国 已有 8台 6 0 0 Mw 燃煤 电站锅炉 S NC R投运,6台 C F B锅炉 S NC R投运, 2台 2 2 0t / h煤粉炉 S NC R投 运;南京龙源环保工程有限公司引进美国燃料技术 公司 F u e l T e c h 的选择性非催化还原烟气脱硝技 术,其 S NC R技术主要在利港电厂 2 6 0 0 MW 2 6 0 0 Mw 燃煤发电机组得以实现。上海泰欣引进 瑞典 P e S o Mi l j i j 公司的技术,典型工程苏州生活垃 圾焚烧发电厂 3 X3 5 0 2 5 0 0 6 d ,在全世界水泥行 业和垃圾焚烧行业有业绩 1 5 0个 。 表 2 2 0 1 1 年度环保 公司投运 的脱硝工程容量 投运容量 脱硝方法 序号 脱硝公司名称 , Mw 及 比例 / o/ 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 5 8 4 化 工 进 展 2 0 1 2年第 3 1 卷 3 国内 S NC R - S C R混合脱硝技术的工业化 现状我国 S C R 。 S NC R技术的使用情况 国内第一 座 3 0万千瓦机组 S NC R S C R混合脱硝工程是 由大 唐灞桥热电厂采用丹麦弗洛微升有限公司技术,于 2 0 1 0年 1 2月开工建设。该工程采用尿素法选择性 非催化还原法 S NC R和 “ 高含尘布置方式”的 选择性催化还原法 S C R混合脱销装置,在设计 煤种、锅炉 B MC R工况、处理 1 0 0 %烟气量的条件 下 ,脱 硝 总 效 率 不 小 于 7 0 %。江 苏 阚 山 电厂 2 6 0 0 MW和江苏利港电厂 2 6 0 0 MW及 2 6 0 0 MW 超临界机组。 这两个项 目都是在应用低 NO 燃烧技 术的基础上, 采用 S NC R S C R混合脱硝技术,目前 一 期实施了 S NC R部分, 二期 S C R部分在环保标准 要求更高时将实施。随着 “ 十二五”计划的出台, 设计灵活的 S NC R . S C R 混合脱硝技术将在我国得 到更大的发展。 4 . 2 脱硝产业链 1 催化剂市场 脱硝催化剂的投资通常 占 整个脱硝投资的 4 0 %5 0 %,且 2 ~3年更换一次, 属于消耗品。 “ 十二五”期间烟气脱硝将给脱硝催 化剂带来一个 2 0 0多亿元数据来源的新市场[ 2 。目 前 已有多家企业 的催化剂生产线 已经投产或者正在 筹建过程中。2 0 1 0 年 6月,成都东方凯特瑞环保公 司引进的脱硝催化剂生产技术,二期工程如期竣工 并正式投产, 其产能随之增加至 1 5 0 0 0 m3 / a 数据来 源 ,成为迄今国内第一、全球第二大的脱硝催化剂 制造基地L 2 引 。 目前我国脱硝催化技术主要依靠进 口,合作的 范围主要包含【 2 4 ] s c R系统成套技术、关键工艺 和关键设备; ②针对旧机组改造的低N 技术③ 针对新建机组 的非烟煤煤种的低 N 技术;④引 进催化剂的生产技术、工艺 ;⑤更先进的新的脱硝 技术。 我国 S C R 脱硝催化剂逐渐 向以下方 向发展 ①以提高催化剂寿命为目 标,通过提高催化剂的使 用寿命来达到节约成本的目的;②加速环保型催化 剂的研发,设计新型非钒基催化剂;③加快烟气脱 硝示范工程的建设,广泛开展国际合作,在引进消 化国外烟气脱硝技术的基础上,尽快实现烟气脱硝 国产化,降低烟气脱硝的投资与运行费用 。 2 合成氨市场 目前我国通过烟气 中排放 的氮氧化物每年近 1 5 0 0万吨, 烟气脱硝所用的还原 剂是氨 ,理论上去除 1 mo l 氮氧化物要消耗 1 mo l 的 氨,因此烟气脱硝将给国内合成氨行业带来一个每 年约 7 0 0万吨的新消费市场【 2 5 】 。 “ 十一五”期间, 我国合成氨行业 已处于较为严重的产能过剩状态, 过剩率超过 了2 0 %。而国内烟气脱硝工程的启动 , 将给合成氨行业带来一个容量可观的新消费市场 。 对受产品过剩困扰的合成氨行业来说,这无疑是一 个大好的发展机遇 。 3 带动催化剂上游原材料的市场 S C R 脱 硝最主要的部分是催化剂,国内催化剂 目前尚难 自 产,纳米级钛 白粉作为 S C R脱硝催化剂的载体 ,占 催化剂粉体 的 8 O%~9 0 %,占总成本 的 4 0 % 5 0 %L 2 。目前 ,全球只有 日本、欧洲的少数厂家可 以生产纳米级钛 白粉。随着 国内更严格的火 电厂大 气污染物排放标准正式 出台,脱硝市场将呈现爆发 式增长,从而带动整个钛 白粉市场的需求。钛 白粉 按照原料和技术路线不同分为氯化法和硫酸法,但 直接使用钛铁矿作为原料的硫酸法技术对环境污染 较严重。在强大市场需求的背后,大量小钛 白粉企 业可能依 电厂而生存, 相关部 门必须加强环境监管 。 一 t _日LH _巾 物 展 _望 “ 十二五”期间脱硝行业市场空间巨大,有望 超过 1 5 0 0亿元 , 且行业即将进入快速增长阶段 。 同 时,经历脱硫行业 “ 野蛮生长”的后遗症后 ,电厂 更注重于工程质量,行业龙头公司已经形成 ,大型 电力设备制造商的加 入有利于行业竞争环境的改 善,维持行业合理的毛利水平。脱硝公司建设、运 营脱硝设施等方面的利润并不高,资金回笼时间偏 长。 大多数脱硫工程公司早于 2 0 0 9年开始关注脱硝 市场,并为脱硝打下技术基础。 目前很多大公司已 经接到很多火 电站的脱硝项 目,而且 国家要求烟气 脱硝项 目 2 . 5年内完成。因此, 目前开展脱硝项 目 在脱硝市场中抢到的资源可能不是很多,但国家对 环境污染越来越重视,相信环保公司在以后应该可 以较好的进行可持续性发展。 我 国以煤为主的能源结构近期不会改变,煤 电 的装机容量基数很大,新增烟气脱硝装置增多,大 大增加催化剂的需求量,催化剂原材料钛 白粉的需 求量也随之增加。催化剂每隔三年就需要更换 。因 此,S C R脱硝用催化剂仍然具有很大的需求市场, 开展烟气脱硝催化剂的意义重大。 参考文献 [ 1 】 Wu e b b l e s D J , J a mA, E d mo n d s J , e t a 1 . 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