火电厂脱硝技术与应用以及脱硫脱硝一体化发展趋势.pdf

上 海 电力 2 0 0 7 年第5 期 火 电厂脱硝技术与应用以及脱硫 脱硝一体化发展趋势 葛荣 良 华 东电力试验研究院有 限公 司， 上海2 0 0 4 3 7 摘 要 火 电厂燃煤 中排放 的氮氧化物 NO 是造成大气 污染的 主要 成分之 一 ， 如何 经济 有效地 控制燃 煤 中 S Oz 和 NO 的排放量是我 国乃至世界节能减排领域 中急需解 决的关键 问题 。文 章综 述 了国内外火 电厂脱硝 技 术的发展和应用 、 脱硫脱 硝一体化技术的发展趋势 ， 着重介绍 了世界上 主要脱硝技术 的分类 、 技术特 点和应 用 ， 包括联合脱硫脱 硝 、 同时脱硫脱硝在 内的脱硫 脱硝一体化 原理 、 特点和应 用前景 ， 对火 电厂脱硝 和脱硫脱 硝一体化技术的应用具有一定参考价值 。 关键词 节 能减排 ； 燃煤火力发 电厂 ； 氮氧化物 N O ； 脱 硝 脱氮 ； 低 N O 燃烧 ； 烟气脱 硝 ； 脱 硫脱硝 一体化 ； 联合脱 硫脱硝 ； 同时脱硫脱硝 ； 发展趋势 中图分类号 X7 7 3 文献标识 码 B l 引言 煤炭 是一种重要 的能源资 源 ， 当今世 界上 电力 产量 的 6 O 9 ／ 6 是利用煤 炭 资源 生产 的 。中 国又是 一 个燃煤 大 国， 一 次能源能源 7 6 是煤 炭 ， 到 2 0 0 5年 我国煤年产量达 2 O亿 t ， 其 中一半用于燃煤 电厂， 燃煤 发 电量约 占全 国总 发 电量 的 7 O 9 ／ 6 左 右 。煤 燃 烧排放 烟气 中含有硫 氧 化 物 S O x 主要 包 括 S O 、 S 0 3 和氮 氧化物 N O 主要 包 括 NO、 N O 、 N O 3 、 N 、 N 0 5 ， 其 中 S O 2 、 N O 和 N O 是 大气 污染 的 主要成分 ， 也 是形成酸 雨的主要 物质 。 脱 硫 D e s u l f u r i z a t i o n 、 脱 硝 De n i t r i f i c a t i o n 亦称 脱 硫 脱 氮 是 除 去 或 减 少 燃 煤 过 程 中 的 S O 和 NO ， 如何 经济 有 效 地 控 制燃 煤 中 S O 和 NO 的排 放 量 是 我 国乃 至 世 界 节 能 减 排 领 域 中急 需解 决 的关键 问 题 。本文 主要 阐述 火 电厂脱 硝技 术 和脱硫 脱 硝 一 体 化 的 发展 趋 势 ， 有 助 于推 动 我 国火 电 厂 脱 硝 和 脱 硫 脱 硝 一 体 化 技 术 的应 用 ， 以减 少燃 煤 电厂 氮氧化 物 NO 的 排放 。 氮 氧化 物 排 放 量 NO 排 放 量 近 7 O 来 自于 煤 炭 的直 接燃 烧 ， 火 力 发 电厂 是 NO 排放 的主 要 来 源之 一 ， 其 中 污染 大 气 的 主 要 是 NO 和 NO 。 降低 NO 的污 染 主要 有 二 种措 施 一 是 控 制燃 烧 过 程 中 NO 的 生 成 ， 即低 NO 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 。 目前 低 NO 燃烧 技 术 主 要 有二 段 燃 烧 法 、 炉 内脱 氮 三段 燃烧 、 烟 气循 环法 和 低 NO 燃烧 器 等 ， 而烟 气 脱 硝是 近 期 内 NO 控 制 中最 重 要 的方 法 ， 目前 脱氮 效率 最 高 、 最 为成 熟 的技术 是 选择性 了一个新兴的节能产业， 出现了专业的节能企业 ， 产 业 的疆 域 在 不 断 延 伸 ， 市 场 规模 日益 扩大 。尽 管 尚缺 乏权 威 的统计 数据 ， 但 可从 美 、 加节 能市 场 的情况窥其一斑 美国有专业节能企业 2 1 0 0多 家， 仅纽约州的营业额就达 8 5 ． 5亿 美元 ； 加拿大 的节能服务市场则达 2 0 0多亿加元。 参考文献 [ 1 ] 张军， 等译． 美国能源 信息署 编著． 国际 能源展 望 I n t e r n a t i o n a l E n e r g y Ou t l o o k 2 0 0 5 未 来国际 能源市场 分析 与预 测 至 2 0 2 5年 [ M] ． 北京 科学出版社 ， 2 0 0 6 ． 一 4 5 8一 [ 2 ] 李传统． 新能源 与可再生 能源技 术[ M] ． 南京 东南 大学 出 版 社 ， 2 0 0 5 ． [ 3 ] 中国节能降耗研 究报告 编写组． 中 国节 能降耗 研究报 告 [ M] ． 北京 企业 管理 出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 4 ] C l e a n E n e r g y Tr e n d s 2 0 0 7 ． h t t p { ／ ／ www． c l e a n e d g e ． c o m／ r e p 0 r t s ／ t r e n d s 2 O O7 ． p d f ． 上 海情 报 服务平 台供稿 收 稿 日期 2 0 0 7 1 0 2 3 作者简介 陈 晖 1 9 6 8 一 ， 男， 江西人 ， 硕士 ， 副研 究员， 从 事行 业战略 研究 ， 0 2 1 - 6 4 4 5 5 5 5 5 。 责 任 编 辑 吕 斌 维普资讯 2 0 0 7 年第5 期 上 海 电力 催 化还 原 S e l e c t i v e C a t a l y t i c Re d u c t i o n ， S C R 技 术 ， 探求技术上先进 、 经济上合理的烟气脱硝技术 是现 阶段 氮氧化 物 烟气 治理 的焦 点之 一 。 由于 分步脱 硫 脱 硝 技 术 存 在 流 程 复 杂 ， 运 行 成本高 等 缺点 ， 国际 上把 开发 技术 简单 ， 运 行成 本 低 ， 具 有更 好 的运 行 性 能 的脱 硫 脱 硝 一 体 化 技 术 作 为燃 煤 烟气治 理 技术 发展 的方 向之 一 。 目前 世 界上研究开发的烟气脱硫脱硝一体化技术可分为 两大类 一 类是 应 用传 统 的烟 气 脱 硫 技 术 F G D 联合选择性催化还原技术 S C R 各 自独立工作分 别脱除烟气 中的 S O 和 NO 的联合脱硫 脱硝技 术 ； 另一类 是应 用 一 种 技 术 在 整个 系统 内 同时 脱 除 S O 和 NO 的新 的 S O ／ NO 联 合 脱 除技术 ， 即 同 时脱硫 脱硝 技术 。 联合脱硫脱硝技术主要有 石灰／ 石灰石烟气 脱硫s C R联合 技术 、 S NOX技 术、 S NR B技 术等 ， 联合 脱硫 脱 硝 技 术 是 目前 世 界 上应 用 比较 广泛 的烟 气脱 硫脱 硝 工艺 。 同时脱硫 脱硝 技术 应 用重 点 是燃 烧后 烟 气脱 硫脱硝 ， 典型 的工艺 有湿法 和干两类 。干式 同时脱 硫脱硝工艺主要有 电子束照射法 、 NO X S O技术、 活性 炭脱硫脱氮 法 、 L I L A C法等 ； 湿式 同时 脱硫 脱 硝工艺 主要有 氮 碱氧化工艺 、 湿式 配合 吸收 工艺 、 C o mb i NO 工艺等 。 目前 同时脱硫脱 硝技 术大 多处 于研 究阶段 ， 烟气 同时脱硫 脱硝工艺 的研 究 又大多 集 中在干法上 ， 尚未得到 大规模工业 应用 。 2火电厂脱硝技术和应 用 氮氧化 物 NO 可 用燃 烧 前 、 燃 烧 中 和燃 烧 后 的方法 脱 氮 。燃 烧前 脱 氮是 对燃 料 主要 是煤 进 行脱氮处理 ， 其 成本较高 ， 也较困难 ， 该项技术 尚 待 进 一步研 究 。现 在用 得较 多 的是煤 在燃 烧 中和 燃 烧 后脱 氮 。 2 ． 1 脱硝 技 术的分 类 和技 术特 点 燃 烧 中脱 氮 主要 是 采用 低 NO 燃 烧 技 术 亦 称 为 一级 脱氮 ， 该 技术 的 目标是 减少 炉 内燃烧 过 程 中形 成 的 NO 量 ， 这 种 技 术 的主 要 方法 有 降 低 过 剩 空 气 系数 ； 降低 燃 烧 空 气 温度 ； 二 次燃 烧 ； 烟气 再循 环 ； 改善燃 烧 器 ； 炉 内脱 硝 。 燃烧后 脱 氮 是从烟 气 中脱 氮 ， 即烟气 脱 硝 亦 称二 级脱 氮 。 烟气 脱 硝 技 术 的主 要 方 法 有气 相 反应法 、 液体吸收法 、 吸附法 、 液膜法 、 微生物法 等 ， 其 中气 相 反应 法 又包括 三类 电子束 照射 法 和 脉冲电晕等离子体法 ； 选择性催化还原法 S C R 、 选择 性非 催 化 还 原 法 S NC R 和 炽 热 碳 还 原 法 ； 低温常压等离子体分解法等。 世 界上 主要 脱 硝 技 术 的 分类 和技 术 特 点 ， 见 表 1 。 2 ． 2脱 硝 技术 内涵 2 ． 2 ． 1 低 N o 燃烧 技术 低 NO 燃 烧 技 术 是 利 用 改 变 燃 烧 条 件 和 燃 烧 方法 来控 制 NO 产 生 及 减 少 燃 料 中 N 向 N O 表 1 世界上主要脱硝技术 项 目 原理 技术特点 一 级 炉 内 还 原 法、 低 NOx 通过对燃烧过程的控制和改进减少 N0 的生成 。 能减少 2 O ～8 O 的 NO 的生成 ， 但 出 口浓度 大 脱氮 燃烧 器、 烟 道 气 循 环 于 1 5 O 1 0 一 。技术 简单 ， 费用 少及节能 ， 对于 燃 技术 P GR 、 催 化 助 燃 烧 气和燃 油的锅炉有 较好 的作 用 ， 但 不适 合燃 煤 的 C S T 锅 炉 。 催化分解法 在催化剂作用 下 ， 使 NO 直接分 解为 N2 和 2 ， 主 不需耗费氨 ， 无二次污染 ， 催化活性易被抑制 ， 二氧 要 的催化剂有过渡金 属氧化 物、 贵金 属催化 剂、 离 化硫存在时催化剂中毒问题严重 ， 还未工业化 。 子交换分子筛 。 选 择 非 催 化 还 原 法 用氨或者尿素类物质使 NO 还原为氮气。 效率高 ， 操作费用较低 ， 技术 已工业化 ， 温度控制较 S NC R 难 ， 氨气泄漏可能造成二次污染 。 一 级 干 选 择 催 化 还 原 法 在特定 的催化剂作用下 ， 用氨或其他还原剂选择性 脱除率高 ， 被认为 是最好 的固定源 脱硝技 术； 但投 脱 氮 S C R 地将 N0 还原为氮气 ， 同时生成水。 资和操作费用 大， 还原剂 的泄漏也是 问题 。 技 法 固体吸附法 吸附 对于 小规模 的排放源可行 ， 具有耗资少 ， 设备简单 ， 术 易于再 生； 但受 到吸附容 量的限制 ， 不能 用于大排 放 源 。 用电子束照射烟气 ， 使 生成强 氧化性 0H基 、 0 原 子和 N Oz ， 这些 强氧化 基 团氧化 烟气 中 的二 氧化 电子束照射法 一 般用于同时脱硫脱硝技术。 硫和氮氧化物 ，生成硫酸和硝酸 ， 加入氨气 ， 贝 l』 生成 硫硝铵复合盐 湿 先用 氧 化剂 将难 溶 的 NO 氧化 为 易于 被 吸收 的 脱除率较高 ， 但要消耗 大量 的氧化剂 和吸收 剂 ， 吸 法 N0z ， 再用液体吸收剂吸收 。 收产物造成二次污染。 一 4 59 维普资讯 上 海 电力 2 0 0 7 年第5 期 的转 化率 。 1 利 用 改 变燃 烧条 件 的控制 方 法 降低空气 比， 降低燃烧温 度， 减少 NO 转化 率 ； 减少空气预热 ， 降低燃烧温度， 控制 NO 的生 成 ； 降低燃烧室热负荷 ， 即降低燃烧室气体温度 ， 从 而控 制 NO 生成 。 2 利 用改 变燃烧 方式 的控 制 方法 采 用低 NO 燃 烧 器 ， 改 变燃 烧 的 空 气 的混 合 方式 ， 控制 O 的浓度 ， 降低火焰温度 ， 缩短滞 留时 间 ， 从 而控 制 NO 的生成 ； 采用 二段 燃 烧 法 ， 控 制 燃 烧 温度 而 减少 NO 的生 成 ； 采用 烟 气再 循 环燃 烧 法 ， 一 般 循 环 比在 1 O 9 ／ 6 ～ 2 O ； 炉 内喷 水 或 蒸 汽， 增加燃烧气的热容量 ， 降低燃烧温度 ， 从而降 低 NO 生成 。 2 ． 2 ． 2 烟气 脱硝 技术 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 。 1 气相反 应 法 包括 3类 1 电子束照射法和脉 冲电晕等离子体法 ， 是 利 用高 能 电子 产 生 自由基将 NO 氧 化 为 NO ， 再 与 H O和 NH。 作 用 生成 NH NO 。 化肥 并加 以回 收 的方 法 。 2 选 择 性催 化 还原 法 、 选择 性 非催 化性 还 原 法 和 炽热碳 还原 法 ， 是在 催化 或非 催化 条件 下 ， 用 NH。 、 C等还 原剂将 NO 还原 为无 害 N 的方法 。 3 低温常压等离子体分解法 ， 利用超高压窄 脉 冲 电晕 放 电产 生 的高 能 活 性 粒 子 撞 击 NO 分 子， 使其化学链断裂分解为 O 和 N 的方法。 2 液体吸 收 NO 的 方 法较 多 ， 应 用较 为 广 泛 。NO 可 以用 水 、 碱 溶 液 、 稀 硝酸 、 浓 硫 酸等 吸 收 。但 是 ， 由于 NO 及 难 溶 于 水 或 碱 溶 液 ， 因 而 湿法脱硝效率一般比较低 。 3 吸 附 法脱 除 NO 。常 用 的 吸附 剂 有 分 子 筛 、 活 性炭 、 天 然沸石 、 硅 胶及 泥煤 等 ， 其 中有些 吸 收剂 如硅 胶 、 分 子筛 、 活 性炭 等 ， 兼 有 催化 的性 能 ， 能将 废气 中的 NO 催 化氧 化 成 NO ， 然后 可 用 水 或碱吸收而得以回收。吸附法脱硝效率高 ， 能 吸 收 NO ， 但是因吸附量小 ， 吸附剂用量多 ， 设备 庞 大 ， 再生 频繁 等原 因 ， 应 用 不广 泛 。 4 液膜 法净化 烟 气是 美 国能 源部 能 源技 术 中心 开发 的一种 脱硝 技 术 。国外 如美 国、 加 拿 大 、 日本 等 国对液膜 法进 行 了大 量 的研 究 。液 膜 为含 ～ 46O一 水液体 ， 原则上对 NO 有吸附作用的液体都可 以 作 为 液膜 。 5 微 生物 法 烟 气脱 硝 原 理 。其 原 理 是适 宜 的脱 氮 菌 在有 外 加碳 源 的情 况 下 ， 利 用 NO 作 为 氮源 ， 将 NO 还 原成 最 基 本 的无 害 的 N ， 而脱 氮 菌本 身 获 得 生 长 繁 殖 。其 中 NO 先 溶 于 水 中形 成 NO。 及 NO 再 被 生 物 还 原 为 N ， 而 NO 则 是 被 吸 附在微 生物 表面 后直 接被微 生物还 原 为 N 。 目前较 为成 熟 的气 相 烟气 脱 硝 技 术 有 选 择 性催化还原法 S C R 技术 、 电子束照射法和脉冲 电晕等 离子 体法 。液 膜法 和微 生 物法 尚处 于发 展 阶段 ， 还不 成熟 。 2 ． 3国 内外脱 硝 技术 的应 用 目前脱硝效率最高 、 最 为成熟 的技术是选择 性 催 化剂 还原 法 S C R技 术 ， 美 国 、 日本 将 该 技 术 作 为 主要 的 电厂 控 制 NO 技 术 。在 美 国 1 9 9 8年 颁布 的 NO S I P 指 令 时 ， E P A 预 计 将 安 装 7 5 G w 的 S C R 系 统 ， 至 今 大 约 已 经 安 装 大 约 6 O GW 。2 0 0 2年 日本 共 有 折 合 总 容 量 大 约 2 3 ．1 GW 的 S C R 系统 ， 在欧 洲大部 分 的大 型 电站 都采 用 S C R技 术 。但 是 ， S C R 技 术 也 具 有 一 定 的 缺 点 ， 比如投 资成 本 、 运 行成 本较 高 ； 催化 剂活 性 、 寿 命 不够 长 ， 价 格 较贵 等 问题 。 2 ． 3 ． 1美国脱 硝技 术应 用 氮 气化 物 NO 是燃 煤 锅炉 排放 的一类 主要 大气 污染物 ， 许 多 国家 都 正 在 考 虑实 施 严 格 的立 法 以限制 其排 放 。美 国 电厂 的装 机 容量 居世 界首 位 ， 根 据 联 合 国 1 9 9 4年 统 计 资 料报 道 ， 美 国热 电 厂的装机容量为 5 6 6 G W 全部电厂的总功率 为 7 7 0 G W ， 由 热 电 厂 生 产 的 电 量 为 2 3 2 5 4 8 8 GW h 全 部 电 厂 的 总 生 产 电 量 为 3 2 6 8 2 5 0 GW h 。 尽管 近 年 来 燃 气 轮 机 发 电站 和 燃 用 天 然 气 的锅炉 有所 增 长 ， 美 国 的基 本 热 能 仍然 是 靠 煤 粉锅 炉发 电机 组提 供 的 。美 国电厂 大都燃 用 优 质 煤 ， 但 煤粉 锅 炉 出 口烟 气 的 NO 质 量 浓度 仍 大 大超 过 同类型燃 油 、 燃气 锅 炉 的指标 ， 因此美 国燃 煤 电厂 NO 的 排 放 量 亦 为 世 界 之 最 。表 2列 出 了美 国电力 系统燃 煤锅 炉按 炉膛 结 构型 式 的分类 及 NO 排 放 量 ， 可 以看 出 ， 装 有 旋 流 式 燃 烧 器 的 固态排渣炉膛锅炉 占功率份额 3 6 ． 9 9 ／ 6 ， NO 排放 份额 最 大； 切 圆 火 炬 燃 烧 炉 膛 占 功 率 份 额 4 2 ． 3 9 ／ 6 ， NO 排 放量 次 之 ， 占 3 2 ． 4 ； 这 2种 锅 炉 对 NO 排放影 响明显。流化 床炉膛 锅炉 占功 率 维普资讯 2 0 0 7 年第5 期 上 海 电力 份额 最小 ， 它 的 NO 排 放 量 也 最 小 。此 外 ， 装 有 旋 流式 燃 烧 器 的液 态 排渣 炉膛 也 是 NO 排 放 量 较 低 的一种 ， 装 有前 置 旋 风 炉 膛 和 孔格 式 直 流燃 烧 器锅 炉 ， 其 NO 排放量 居 中 。 表 2 美 国 电 力 系统 燃 煤 锅 炉 按 炉膛 结构 型 式 的分类及 N O 排放量 占总量的份额／ 锅炉 发电 NO x排放量／ 炉膛型式 数量／ 功率／ 1 0 3 t a 一 1 功率 N Q x排放 G W 份额 份额 旋流式燃烧器 4 1 1 1 2 O ．7 2 1 4 7 3 6 ． 9 3 5 ． 8 固态排渣 旋流式燃烧器 3 9 8 ．6 2 7 7 2 ． 6 4 ． 6 液态排 渣 切圆火炬炉膛 4 2 3 1 3 8 ． 3 2 0 5 3 4 2 ． 3 3 4 ． 2 旋风炉膛 8 9 2 7 ． 6 7 3 2 8 ． 5 1 2 ． 2 竖立式燃烧 3 3 4 ． 8 1 O O 1 ． 5 1 ． 7 孔格 直 流 型 3 6 2 4 ． 1 6 7 9 7 ． 4 1 1 ． 3 燃烧器 流化床炉膛 0 ． 7 2 0 ． 2 0 ． 1 其他型炉膛 2 7 1 ． 9 6 0 ． 6 0 ． 1 总 计 1 O 6 3 3 2 6 ． 7 5 9 9 6 1 0 0 ． 0 1 0 0 ． 0 当今 ， 美 国电力行业执行 1 9 9 0年修订的“ 空 气洁净法” 第 Ⅳ篇 的燃煤锅 炉允许 NO 排放标 准 。全美 实施 第 1阶段 1 9 9 6年 至 2 0 0 0年 要 求 见表 3 。对 于所有 装 有旋 流式 燃 烧 器 固态 排渣 的第 1类锅 炉 ， 单 位 NO 折算 为 NO 排 放 应减 少 到 0 ． 2 1 5 g ／ MJ 当 O2 6 时 ， 为 6 1 0 rag ／ m。 ； 装 有切 圆 火炬 燃 烧 炉 膛 固态 排 渣 锅 炉 应 减 少 到 0 ． 1 9 4 g ／ MJ 当 O 2 6 时 ， 为 5 5 4 mg ／ m。 表 3 美国 1 9 9 0年修订的有关空气洁净法令 第Ⅳ篇 规定燃 煤锅炉允许 N 排放极 限 第 1阶段 第 Ⅱ阶段 类别 炉膛型式 1 9 9 6年 至 2 0 0 0年 2 0 0 0年 以 后 I类 装有旋流式燃烧器 0 ．2 1 5 6 1 0 0 ． 1 9 4 5 5 4 固态排渣锅炉 锅 炉 切圆火炬燃烧锅炉 0 ． 1 9 4 5 5 4 0 ． 1 6 3 4 6 7 装有旋流式燃烧器 0 ．3 7 0 1 0 5 8 液 态排渣锅炉 装有前置式旋风 0 ．4 0 0 1 1 5 6 Ⅱ类 炉膛锅炉 锅炉 竖立式燃烧锅炉 0 ． 3 4 4 9 8 4 孔格 直流 式 0 ．2 9 3 8 3 6 燃烧器 流化床炉膛 0 ． 1 2 5 3 5 7 注 g ／ MJ换算 mg ／ m。 是在 o 2 6 时 。 从 2 0 0 0年起将 实施 第 Ⅱ阶段 标 准 ， 不仅 对 I 类 锅炉 提 出更 严 格 要 求 ， 而 且 对 Ⅱ类 锅 炉 见 表 l 1 也 规定 了它 的允 许排 放极 限 。 可 以推算 出 ， 在实施 第 1阶段 要 求 期 间 ， NO 排放 量约 减少 4 0 0 1 0 。 t ／ a 。到 完 成 第 Ⅱ阶 段 要 求 时 ， 燃 煤 电厂 NO 排放 量将 减少 8 2 0 1 0 。 t ／ a 。 根据 美 国环境 保 护 主管 部 门评 估 ， 要 完 成 第 1阶段 NO 达标 排 放 ， 需要 大 量煤 粉锅 炉改 造 经 费 ， 其 中装旋 流式 燃烧 器锅 炉 为 2 7 0美元 ／ t ； 切 圆 火炬 燃烧 炉膛 锅炉 为 6 l 1 美元 ／ t 。 美 国治 理燃煤 电厂氮 氧化 物排放 的技术措 施 主 要是 低公 害型 燃 烧 器 的应用 、 低 公 害燃 烧 器 与 两 段燃烧 的联合 应用 、 集 中燃烧 技术 的 应用 和“ 三 段 ” 燃烧 技 术 的应 用 。 2 ． 3 ． 2 日本脱硝 技 术应 用 日本 的低 NO 燃 烧 技术 主 要 有 二段 燃 烧 法 、 炉 内脱 氮 三段燃 烧 、 烟 气循 环 法 和 低 NO 燃 烧 器等 。 目前 在 日本 采 用 低 NO 燃 烧 技 术 的 大 部 分燃 煤 电厂锅 炉排 气 口 NO 浓 度保 持在 3 0 0 p p m 以下 的水 平 ， 而且 一 些 新 的燃 煤 电厂 已提 出达 以 NO 排放 浓度 低于 2 0 0 p p m 的 目标 。 日本 已应 用燃 煤 电厂锅 炉烟 气脱 氮 的是干 法 中 的一种 选 择 性 催 化 还 原法 。该 法 用氨 做 还 原 剂 ， 加 入 氨 至 烟 气 中 ， NO 在 3 0 0 ～ 4 0 0 ℃ 的 催 化 剂层 中分 解 为 N 和 H O。 因没 有 副产 物 ， 并 且 装 置结 构简 单 ， 所 以该 法适 用 于 处 理 大 气量 的烟 气 。运 行 中 ， 通取 NH。 NO 摩 尔 比 为 0 ． 8 1 ～ 0 ． 8 2 ， NO 的去 除率 约 为 8 O 。该 方 法 可 用 于直 接 从锅 炉引 入烟 气 的 情 况 高 烟 尘 法 ， 也 可 用于 引入 预先 除去 烟尘烟 气 的情况 低 烟尘 法 。 2 ． 3 ． 3 德 国脱 硝技 术应 用 德 国一 级 脱 氮 技 术 的 低 NO 燃 烧 系统 的应 用 ， 早 在 2 O世 纪 6 O年 代 ， 德 国 的燃煤 电 厂基本 采 用湿 式 燃 烧 器 ， 当 时 NO 的 排 放 浓 度 在 2 0 0 0 mg ／ m。 以上。干式燃烧 器的运行使 NO 的排放 浓度 降 为 1 2 0 0 ～ 1 5 0 0 mg ／ m。 左 右 。为 适 应 日 益 严格 的环 保 要 求 ， 有 效 降 低 NO 的 排 放 量 ， 德 国陆续 开 发研 制 了一 系 列 低 NO 燃 烧 器 ， 如 四角 布 置切 圆燃 烧 系统 、 炉膛 内整体 空气 分 级燃 烧器 、 同轴 双切 圆燃烧 系统 带 同 向偏 置 二 次 风 的同 轴 燃 烧 系统 、 同轴 反切 圆低 NO 燃 烧 系统 等 。 德 国 S c h o l v e n电 厂 7 4 0 MW F机 组 的 炉 膛 内整 体空 气分 级燃 烧 器 实 际运 行 表 明 该 种 燃 烧 器不仅具有燃烧效率高 ， 低负荷性能好 ， 可实现低 氧燃 烧 ， 而且 NO 排 放 量 低 。燃 烧 优 化 调整 后 ， 一 461 维普资讯 上 海 电力 2 0 0 7 年第 5 期 NO 排放 浓度 在 7 5 0 mg ／ m。 左 右 ， 比燃 用 同煤 种 的传统燃 烧 器低 约 2 0 0 mg ／ m。 。该 电厂 1 3 8 Mw 机 组带 同 向偏置 二次 风 的同轴燃 烧 器实 际运 行表 明 该种 燃烧 器 不 仅 具 有 很 好 的低 负 荷 性 能 。而 且 满 负荷运 行 时 ， NO 的 生 成 浓 度 约 在 6 5 0 mg ／ m。 的较 低 水平 上 。德 国 S c h k o p a u电厂 4 5 0 Mw 褐 煤发 电机 组采 用 同轴 反 切 圆低 NO 系 统 ， NO 的排放 浓度 始终 在 1 4 0 mg ／ m。 左右 。因而该 电 厂 仅 用 一 级 脱 氮 技 术 就 使 烟 气 中 NO 低 于排 放 标 准 。 德 国二 级 脱氮 技 术 的 烟 气 脱氮 装 置应 用 ， 除 少 数 现 代 化 的褐 煤 发 电 厂 外 ， 单 纯 通 过 采 用 低 NO 燃 烧 器难 以使 烟 气 中的 N O 达 到 排 放 限值 ， 因而 德 国的燃 煤 电厂普 遍采 用称 为二 级脱 氮技 术 的烟 气 脱氮 装 置 ， 以 降低 烟气 中 已生成 NO 的排 放 。这些 装置 分 为 选择 性 催化 还 原 脱 氮 、 选 择 性 非催 化还 原脱 氮 和同步 脱氮 等类 型 。德 国绝 大多 数燃 煤 电厂 ， 采用 以氨 气 为 还 原 剂 的选 择 性 催 化 还原 法进 行烟 气脱 氮 。S c h o l v e n电厂 6 套 燃煤 机 组 ， 全部 采用 安装 在 电除 尘 器 之 前 的选 择 性 催 化 还原 脱 氮方 式 ， 8 ～ 1 2 a以 来 ， NO 排 放 量 一 直 稳 定控 制 在 1 2 0 ～1 6 0 mg ／ m。 。 德 国 的部分 燃 煤 电 厂 ， 特 别 是功 率 较 小 的发 电机组 采用选 择 性 非 催 化 还 原 法进 行 烟 气 脱 氮 。 该 法 同样是 利用 NH。 或类 似 产 品 ， 如 尿 素等 作 为还 原剂 ， 将 NO 转 化 为 N 和 H O。 只是 不 采 用 催 化剂 ， 而是 将操 作 温 度 8 5 0 ～ 1 0 0 0 ℃ 作 为 反 应 条 件 。NH。 由喷 嘴喷 入燃 烧 室 ， 根据 锅 炉 的 操 作 负 荷 ， 要 不 断 调 整 NH。 的 喷 入 量 和 喷 入 位 置 ， 以保 证在 最 佳 温 度 下 喷 入 NH。 。 因而 对 该 法 而 言 ， 运 行 经 验 是很 重 要 的 。Ma r l 热 电 厂 7 5 MW 以该法脱氮 ， NO 排放浓 度同样达 到了低于 2 0 0 mg ／ m。 的标 准 。 2 ． 3 ． 4我 国的脱 硝技 术发 展现 状 和应 用 烟 气脱硝 的工艺难 度 和成 本都 较大 ， 因 此 ， 目 前 世界 上 只 有 少 数 发 达 国家 有 烟 气 脱 硝 装 置运 行 ， 其 中 ， 只有 日本 和德 国在火 电厂普遍 建立 了烟 气 脱硝 设施 。从 经 济 因素 考 虑 ， 我 国 的经 济 实 力 还 相对 薄 弱 ， 我 国在 实 施 烟气 脱 硝 这 种 需 要 大 的 资金投 入 、 技 术 方 面还 显 得 力 量 不 足 。但 国 内诸 多环 保公 司 和科 研 机 构均 看 好 脱 硝 产 业 市 场 ， 积 极研 发具 有 自主 知 识 产权 的脱 硝 技 术 ， 并 已有 工 程 应用 实例 。 一 462一 目前国内脱硝方法的选择以北京 巴布科克 威 尔 科克 斯有 限公 司 以下 简 称 巴威 、 东 方 锅 炉 集 团 股 份有 限公 司 以下 简称 东锅 和江 苏 苏源 环保 工程 股份 有 限公 司为代 表 的选择 性催 化还 原 法 S C R 为 主 。 目前 全 国各 个 电 厂 基 本 上 贯 彻 国 家 环 保 要 求 ， 预 留烟气 脱 除氮氧 化物 装置 空 间 ， 例 如河北 龙 山、 云南 滇东 、 浙 江 兰溪 、 山东 邹 县 等 电 厂 。而 大 型燃 煤 机组 的烟 气脱 硝技 术仍 以选 择性 催化 还原 工艺 为 主 ， 例 如福 建后 石 电 厂 6 6 0 0 Mw 机 组 、 国华太 仓 26 0 0 Mw 机 组 、 台 湾 TAI C HUNG 电厂 5 5 0 MW 机组 ， 以及 已经 通 过 可行 性 研 究 审 查 的浙 江 国华 宁 海 发 电 厂 4号 机 组 6 0 0 MW 、 广 东 国华粤 电 台 山发电有 限责任公 司台 山发 电厂 一 期 5号 机组 6 0 0 MW ， 均 采 用 了选 择 性 催 化 还 原工 艺 。 3脱硫脱硝一体化技术 和应 用 燃 煤 烟气 中 的 S O 和 NO 是 大气 污染 物 的主 要来 源 ， 给生态 环境 带来 严 重危 害 。近年 来 ， 由于 环保 要求 的提 高 ， 很 多 燃 煤 锅 炉 都要 求 同时 控 制 S O 和 NO 的 排 放 。若 用 两 套 装 置 分 别 脱 硫 脱 硝 ， 不但 占地 面积 大 ， 而且 投资 、 操作 费用 高 ， 而使 用脱 硫 脱硝一 体 化 工 艺 则 结 构 紧凑 ， 投 资 与 运行 费用低 、 效率高 。脱硫脱硝一体化技术按脱 除机 理 的不 同 可 分 为 两 大 类 联 合 脱 硫 脱 硝 C o rn b i n e d S O ／NO R e mo v a 1 技 术 和 同 时脱 硫 脱硝 S i mu l t a n e o u s S O 2 ／ NO R e m o v a 1 技术。联合脱 硫脱硝技术是指将单独脱硫和脱硝技术进行整合 后 而形成 的一 体 化 技术 ， 如 S NR B、 N F T、 D E S ON O X、 活性 炭脱硫脱硝 技术 等 ； 同时脱 硫脱 硝技 术是 指用一种 反应剂 S o r b e n t 在 一个 过 程 内 S t e p 将 烟气 中的 S 0 2 和 NO 同时脱 除的技术 ， 如钙 基 同时 脱硫 脱 硝 技术 、 NO X S O、 电子 束法 、 电 晕放 电法 等 技术 。脱硫脱硝一 体化技术 如表 4所示 。 3 ． 1 联 合脱 硫脱 硝 技术和 应 用 联合 脱 硫脱 硝技 术是 指单 独脱 硫 和脱硝 技 术 进 行整 合 而 形 成 的 一 体 化 技 术 。据 E P RI 美 国 电力研究院 统计 ， 联合 脱硫脱硝的新技术约 6 0 余种 其中被认为具有实际应用价 值的一些技术 已经 进行 了工 业示 范 。 3 ． 1 ． 1 S N O X技 术 该 技 术 在 美 国 的 Oh i o E d i s o n Ni l e 电 站 2 号 维普资讯 2 0 0 7 年第5 期 上 海 电力 表 4脱硫脱硝一体化技术 工艺 添加剂 脱硫率／ 脱硝率 ／ 副产物 技术评价 原 理 石灰浆 喷头 易堵 塞结垢 ． 脱硫脱硝 用石灰浆与尿素溶液混合后于 1 0 0 0摄氏度 条 NF T 5 0 ～6 0 5 0 ～6 0 硫酸钙 效率 不高 ； 成本 低于一般 的 件下喷入炉膛 ， 氮氧化物与尿素生成二氧化碳 尿素 和水蒸气 ； 同时二氧 化硫与氧化钙生成 固体硫 湿法烟气脱硫 酸 钙 空气 投资与运行 费用较高； 脱硫 S NOx 9 5 9 O 硫酸 脱硝效率高 ． 基本无 二次污 对 于氮氧化物 ； S CR对于二氧化硫 ； 催化氧 化 氨气 生成三氧化硫， 三氧化 硫与水 生成硫酸 染 S O2 和 NO 在 吸 收 剂 上 吸 附 后 ， 吸 收 剂 在 再 生 含 Na C O3 的 元素硫或 无二次污染， 亦无废水 排放 器内。对 于氮氧化 物， 抑制 热力 NO 的形成 ； N O S Ox 铝质 9 8 7 5 液态二氧 的问题； 但 目前工业示范试 对二氧化硫高温下的 吸收剂 和甲烷 反应生 成 吸收剂 化硫 验仍在进行中 高浓度的二氧化硫和硫 化氢气 体． 然后转化 为 元素硫， 元素硫可深加工为液态二 氧化硫 S Ox 干法 、 无废水排放， 脱硫 、 脱 N 一 钙基或 硝 、除尘能 自由组 合； 投 资 对于二氧化硫采用钙 基或钠 基脱硫 剂生成 固 R x 钠基脱硫 8 0 9 O 石膏 剂 、 氨气 费用较高 ． 且存在固体物质 体盐； 对于氮氧化物采用 S C R B 0 的处 理 问 题 脱硫脱硝的效率高 ， 无二次 用电子束照射烟气 ， 使生成 强氧化 性 OH 基 、 电子束 硫硝铵 污染 ； 运 行 费用较 高 ， 关键 O原子和 NO2 ， 这些 强 氧化基 团 氧化 烟气 中 脱硫 氨气 9 5 8 5 复合盐 设备的技术含量高 ， 不易掌 的二氧化硫和氮 氧化物 ， 生 成硫酸 和硝 酸， 加 脱硝 握 入氨气 ， 则生成硫硝铵复合盐 活性炭 元素硫或 运 行 和 操作 费用 低 ， 无 需 脱硫 活性炭 9 O 8 0 液态二氧 水 ， 无二 次