演讲版脱硝技术方案选择

1、.,脱硝方案选择的探讨,液氨 SCR 与 尿素 SCR 尿素 (SNCR + SCR)混合法 尿素 SNCR 美国Fuel Tech公司 刘明辉 2008年10月版,.,Robert Liu 刘明辉,R or 联系电话(TEL)：10-84871465, 139 0125 0479 传 真(FAX)：10-84871470 美国燃料技术公司， 北京福泰克环保科技有限公司北京市朝阳区慧忠里103号楼 洛克时代中心B座1912室邮 编：100101,.,美国Fuel Tech公司,美国Fuel Tech公司是美国纳斯达克的上市公司（代码FTEK） 业务领域：空气污染控制技术 燃料处理技术 先进的计

2、算机仿真技术,.,脱硝技术供应商,尿素-SNCR 尿素-SNCR/SCR 混合法 天然气再燃 尿素-SCR 氨法SCR改造为尿素SCR,.,目前在中国的业绩,江苏利港电厂（4600MW）：SNCR工艺， 已通过环保验收； 江苏阚山电厂（2600MW）：SNCR/SCR混合工艺，正在调试； 华能北京热电厂（4830t/h）：尿素SCR工艺， 奥运工程，已通过环保验收； 北京石景山热电厂（4200MW）：尿素SCR工艺， 奥运工程，已通过环保验收； 香港中华电力（4600MW）：尿素SCR工艺。 华能伊敏电厂（2660MW）：SNCR工艺， 2007年7月成立北京福泰克环保科技有限公司实施国产化的

3、工作。（Beijing Fuel Tech Environmental Tech Co.）,.,华能首套烟气脱硝装置成功投运 10月13日，中国华能集团公司首套锅炉烟气脱硝装置华能北京热电厂2号锅炉脱硝装置成功投运 。 特别是在国内电厂烟气脱硝工程中首次采用尿素热解方法分解出还原剂，具有安全性较高、占地面积小的特点。 该脱硝工程于2006年12月开工，其他3套脱硝装置将在2007年年底前投运。（来源：中国华能集团公司）,.,主要内容,一、选择方案的标准 二、基本方案 液氨SCR 三、升级方案尿素SCR 四、较佳方案尿素(SCRSNCR) 五、经济适用方案尿素SNCR 六、各方案的技术经济指标

4、七、结论没有最佳只有最适合您的方案,.,一、选择方案的标准1 .选择脱硝方案的原则,安全 生命政治 ? 可靠有业绩？ 经济？ 目标是以较低的成本满足环保要求，而不是追求最高的脱硝率。,.,2. 影响脱硝方案选择的因素,内部 跑前期的早日拿到批文 搞基建的保工期/压造价 管运行的安全/可靠/运行经济 外部 政府环保局、发改委 准政府电规院、中咨公司 咨询公司环评、设计院、安评 供应商锅炉厂、环保工程公司、催化剂厂商,.,3.脱硝技术及其特点,燃烧过程中控制技术 低NOx燃烧器 空气分级燃烧技术 燃料分级燃烧技术 燃烧后控制技术（烟气脱硝技术） I. 选择性催化还原技术（SCR） II. 选择性非

5、催化还原技术（SNCR） III. SNCR/SCR混合技术,.,Stuart Dalton, Director of Fossil / Emission Control, EPRI, US,.,“经济”的深入探讨 基建投资运行成本,基建投资 与脱硝率成正比 ?元/kgNOx 或 ?元/KW 从单个项目看（新机组排放浓度280320 mg/nm3） 从全厂来看（老机组排放浓度6001200 mg/nm3） 从整个集团来看-按?元/kgNOx上老机组合算 按?元/KW上新机组合算 “总量控制”“绩效指标”（可参考刘的文章） 运行成本 运行成本与脱硝率成正比，大约为36元/kgNOx 排污费：0.

6、63元/kgNOx 脱硝补助：按元/KW补助 脱硝发电量：70-100小时,.,技术人员常提的“一步到位” 液氨SCR，脱硝率8085%,存在的问题： 未来单位造价将大幅下降 运行费用高昂：36元/kgNOx， 上千万元/年 相当一段时间，环保法规没有这么高的要求 第三时段标准：450mg/nm3 第四时段标准：230280mg/nm3 执法次序 第一轮：全部新厂上脱硝 第二轮：没有脱硝的老厂也要上脱硝 第三轮：有脱硝但未达标老厂上脱硝,.,北京市锅炉大气污染物排放标准 （DB11/1392007）,.,上海锅炉大气污染物排放标准 （DB31/3872007）,.,山东省火电厂NOx排放标准（

7、DB37/6642007）,.,重庆市火电厂NOx排放标准 （DB 50/2522007）,.,各国火电厂氮氧化物排放标准比较 单位：mg/m3,.,G2008J05火力发电厂脱硝技术设计导则(送审稿),4.4 对于脱硝效率要求80及以上的机组，应采用SCR脱硝工艺； 4.5 对于机组容量为600MW等级及以下的机组，若要求脱硝效率不大于40，宜采用SNCR脱硝工艺。 4.6对于脱硝效率要求在6080范围内的机组，视还原剂的运输、储存、制备、初投资及运行费用并考虑短期内脱硝效率是否要求提高的因素，综合比较后确定采用SCR脱硝工艺或SNCR/SCR混合脱硝工艺。,.,G2008J05火力发电厂脱

8、硝技术设计导则(送审稿),4.7对于脱硝效率要求在4060范围内的机组，宜采用SNCR/SCR混合脱硝工艺，SCR装置宜布置在烟道内，不单独设置构架，但应考虑荷重增加的影响。 4.8 还原剂可采用液氨或尿素。还原剂的选用应根据厂址周围的环境、脱硝工艺、脱硝系统的投资、系统的年运行费用及药品来源的安全性及可靠性因素，经技术经济综合比较及安全评价后确定。 4.9 对于SCR烟气脱硝工艺，若电厂地处城镇边缘，而液氨产地距电厂较近，在能保证药品安全、可靠供应的情况下，宜选择液氨作为还原剂；若电厂位于人口密度高的中心城市、港口、河流位置，宜选择尿素作为还原剂。,.,二.基本方案液氨SCR,.,二.基本方

9、案选择性触媒还原法(SCR),SCR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。原来并非为高脱硝率工艺。 一般高尘设置(High Dust Layout)触媒装置于锅炉省煤器出口与空气预热器入口之间,其作用为使喷入之氨与烟气中之NOx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320oC 400oC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。,.,锅炉,NH3 喷注,脱硝反应器,空气预热器,NH3 混合器,蒸发器,NH3,液化罐,静电除尘器,引风机,烟囱,换热器,增压风机,脱硫系统,送风机,SAH

10、,蓄压器,锅炉脱硝系统装置的基本流程,.,3D DRAWING - 6,.,SCR系统控制逻辑,锅炉负载 或 燃料流量,流量控制阀,氨急关断阀,稀释风机,氨/空气混合器,省煤器,锅炉,空气预热器APH,TO E.P,DCS或 PLC,注氨器,.,US Experience - Stuart Dalton, Director of Fossil / Emission Control, EPRI, US,使用后 -5%灰份,使用前,.,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

11、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,.,选自：Dr. Anupam Sanyal and William Ellison, DOE NETL Conference, May 2002, Pittsburgh, PA,煤质对SCR 工艺的影响,.,全包了 .灰份量又密又多,硫 、 砷 、 钙 、 镁 、 钠 、 钾 氯 、 氟 铁 、 铅 、 锡 、 等重金属 未燃碳 灰量 (15%; 35%),

12、.,催化剂用量越少越好;空隙大点为好;脱硝率75%为佳;并非做不到更高,而是问题多停炉多,高成本 NOx 系统 产能损失 安全 药剂 操作 意外 假设性的 没想到的,.,液氨SCR的优缺点,优点: 脱硝率高达80% 缺点: 不安全-环保工程成了重大危险源建设工程 可能不经济-投资和运行费用高,.,2004 年，全国火电行业（3.2亿千瓦装机）氮氧化物排放总量达到670万吨。到07年5月份火电装机已达5亿千瓦以上，初步估计火电产生的氮氧化物排放已达1000万吨。 如果氮氧化物减排和SO2减排看齐，到2015年减排20，那么NOx减排量将达到200万吨，相应氨需量约为75万吨/年。 如按一般液氨运

13、输车为7吨载重，每年按300天计算，每天约有360辆液氨车次运输这些液氨，这些车辆随时都面临交通事故的危险，而一旦发生交通事故导致液氨泄漏，后果将不堪设想。,.,淮安液氯泄漏人员伤亡和财产损失达2901万,.,.,.,附：“氨”和“氨溶液”的 有关管理规定,.,中国政府对“氨”和“氨溶液”的有关管理规定 (供参考),.,中国政府规定的危险品名录（GB12268-90危险化学物品名表）,备注：根据 GB18218-2000 重大危险源辨识的定义，氨作为有毒物质储存超过40吨的液氨储罐属重大危险源，将有更严格的安全立法规定限制。（参考：600MW机组的液氨SCR装置，其所需液氨储罐的容量为200吨

14、左右）。,.,A、氨溶液为危险化学品,根据中国政府危险货物品名表（GB12268）、 危险化学品名录（2002版）规定，氨水与无水氨都 属于危险化学品。 含氨50%的氨溶液， 危险货物编号为23003； 35%含氨50%的氨溶液，危险货物编号为22025； 10%含氨35%的氨溶液，危险货物编号为82503 。,.,B. 氨溶液使用量超过40/50吨的为重大危险源 根据重大危险源辨识（GB18218-2000）的 规定（表四 有毒物质名称及临界量）: 氨的使用量若超过40吨，则为重大危险源。 一般情况下， 2600MW机组氨法SCR的氨储存量可在100-200吨的范围。,.,C. 中国政府对危

15、险品的有关管理法规 主要法规有： 安全生产法 国务院第344号危险化学品安全管理条例 国家安全生产监督管理局危险化学品建设项目安全许可实施办法自2006年10月1日起施行 重大危险源监督管理规定,.,国家针对危险化学品将出台一系列的法规用液氨的成本将大幅增加！,关于危险化学品建设项目安全许可和试生产（使用）方案备案工作的意见 安监总危化2007121号 危险化学品建设项目安全评价规范 危险化学品建设项目安全设施设计专篇编写导则安监总危化2007225号 危险化学品生产经营活动安全设施目录 重大危险源（储罐区、库区和生产场所）安全监控通用技术规范 重大危险源（罐区）安全监控装备设置规范 重大危险

16、源分级标准 “氨气安全规程”,.,国家将出台一系列的法规用液氨的成本将大幅增加！,危险化学品汽车运输车辆安全监控系统通用规范 危险化学品汽车运输安全监控车载终端 危险化学品运输安全监控系统间信息传输规范 危险化学品重大危险源（储罐区、库区和生产场所）安全监控通用技术规范危险化学品重大危险源安全监控预警功能验收技术规范 危险化学品重大危险源（罐区）安全监控预警技术要求 危险化学品典型重大危险源安全监管信息系统技术规范 危险化学品重大危险源监管基础数据代码规范 危险化学品重大危险源监管基础数据格式规范 危险化学品重大危险源申报登记软件系统设计标准 危险化学品重大危险源监管基础数据交换规范 危险化学

17、品重大危险源网络化监管系统数据接口标准 危险化学品重大危险源监管指标体系数据结构及代码规范 危险化学品重大危险源监管指标体系数据元规范 危险化学品重大危险源安全监管信息系统设计标准,.,D. 氨溶液泄漏事故 近两年有关无水氨及氨溶液泄漏事故频频发生，导 致了重大的人员伤亡及经济损失严重的后果，特别是煤矿 生产事故频发，从而引起了国家对安全生产的高度重视， 使安全生产的经济成本和政治成本大幅上升。 煤矿事故死亡矿工的赔偿金由原来的2万提高到不得低于20万元人民币。 交通事故死亡者的赔偿金由原来的5万提高到50万元人民币。,.,E. 有关氨溶液储存、运输注意事项 根据中华人民共和国国家标准建筑设计

18、防火规范（GBJ16-87），液氨属于乙类液体。 储存时:a. 防火间距要求：宜布置在地势较低的地带，间距按本表计算：,b. 乙类液体的地上、半地下储罐或储罐组，应设置非燃烧、耐腐蚀 的材料防火堤。 c. 乙类液体储罐区，应设消防车道或可供消防车通行的且宽度不小 于6m的平坦空地。,.,根据(GB 11666-89),重大危险源(液氨罐区)距居民区的卫生防护距离 必须大于800米(按照石化合成氨卫生距离标准最低为500米) 合成氨万吨率 平均风速, m/s 4 2.5 1200m 800m 600m 卫生防护距离 2.5 1600m 1000m 800m - ,山西省人民政府办公厅 颁布单位:

19、山西省人民政府办公厅 文号:晋政办发号 颁布期: 分类:其他 实施日期: 时效:有效 晋政办发号,.,d. 储存罐区须安装相应的气体浓度报警仪，防雷防静电装置，相应 的消防设施等，储罐安全附件，急救设施设备和泄漏应急处理设 备 。 另外，根据危险化学品安全管理条例第五十条，危险化 学品单位应当制定本单位事故应急救援预案，配备应急救援人员 和必要应急救援器材、设备，并定期组织演练。,运输时: 铁路运输时，限使用耐压液化气企业自备罐车装运，装运前需报 有部门批准。 2） 夏季应早晚运输，防止日光曝晒。 3） 公路运输时要按规定路线行驶，禁止在居民区和人口稠密区停留。,.,山西省人民政府办公厅晋政办

20、发号,经省人民政府常务会议研究决定,对这部分周边安全防护距离严重不足的危险化学品生产企业进行搬迁和整治。 通过安全生产许可审查,发现此类企业中,重大危险源或生产装置与周边居民区卫生防护距离严重不足的,应搬迁和整治企业有: 目前已经取得安全生产许可证41户,其中,重大危险源(液氨罐区)或合成车间距居民区不足卫生防护距离不足500米(按照石化合成氨卫生距离标准最低为500米)的有天脊集团晋城化工股份有限公司煤气化厂、山西五台山化肥有限公司新荣分公司(与本厂职工宿舍) 等15户企业。,.,（供参考）无水氨的特性,. 理化特性： 无水氨（Anhydrous Ammonia)，又名液氨，为GB12268

21、-90规定之危险品，危险物编号23003 无色气体,有刺激性恶臭味。分子式NH3。分子量17.03。相对密度0.7714g/l。熔点-77.7。沸点-33.35。自燃点651.11。蒸气密度0.6。蒸气压1013.08kPa(25.7) ,水溶液呈强碱性。 氨逸散后之特性：无水氨通常储存的方式为加压液化，液态氨变气态氨时会膨胀850倍，并形成氨云，另外液氨泄入空气时，会形成液体氨滴，放出氨气，其比重比空气重，虽然它的分子量比空气小，但它会和空气中的水形成水滴的氨气，而形成云状物，所以当氨气泄漏时，氨气并不自然的往空中扩散，而会在地面滞留，带给附近民众及现场工作人员伤害。 2. 燃烧爆炸性及腐蚀

22、性： 蒸气与空气混合物爆炸极限16-25%(最易引燃浓度17%)，氨和空气混合物达到上述浓度范围遇明火会燃烧和爆炸,如有油类或其它可燃性物质存在,则危险性更高。与硫酸或其它强无机酸反应放热,混合物可达到沸腾。泄漏时，会对在现场工作的工人及住在附近社区的居民造成相当程度的危害。 液态氨将侵蚀某些塑料制品,橡胶和涂层。 不能与下列物质共存:乙醛、丙烯醛、硼、卤素、环氧乙烷、次氯酸、硝酸、汞、氯化银、硫、锑、双氧水等。 3. 对人体的危害性： 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，会导致据悉系统积水（肺或喉部水肿），可能导致死亡。 长期暴露在

23、氨气中，会伤肺，导致产生咳嗽或呼吸急促的支气管炎。,.,（供参考）有水氨的特性 Properties of NH3 Water,1. 理化特性： 有水氨（Ammonia Water)，氨溶液（35%含氨50% ），为GB12268-90规定之危险品，危险物编号为22025 分子式：NH3OH,分子量35，相对溶解度0.91，无色透明液体，有强烈的刺激性气味 用于脱硝的还原剂通常采用20% 29%浓度的氨水，较无水氨相对安全 2. 燃烧爆炸性及腐蚀性： 其水溶液呈强碱性，强腐蚀性，当空气中氨气在15 28%爆炸界限范围内，会有爆炸的危险性，所以氨水与液氨皆具有燃烧、爆炸及腐蚀的危害性 禁忌物：酸

24、类、铝、铜 3. 对人体的危害性： 氨水对生理组织具有强烈腐蚀作用，进入人体之途径有四种：1.吸入方式；2.皮肤接触：3.眼睛接触：4.吞食等。其暴露途径与液氨非常相似，而对人体的危害可能造成严重刺激或灼伤、角膜伤害、反胃、呕吐、腹泻等现象，也可能造成皮肤病、呼吸系统疾病加剧等。,.,（供参考）尿素的特性 Properties of Urea,理化特性： 尿素分子式是NH2CONH2，分子量：60.06，含氮(N)通常大于46%，显白色或浅黄色的结晶体。它易溶于水，水溶液呈中性反应，吸湿性较强，因在尿素生产中加入石蜡等疏水物质，其吸湿性大大下降。 危险性： 与无水氨及有水氨相比，尿素是无毒、无

25、害的化学品，无爆炸可能性，完全没有 危险性。 尿素在运输、储存中无需安全及危险性的考量，更不须任何的紧急程序来确保安全。 使用尿素取代液氨运用于脱硝装置中可获得较佳的安全环境，因为尿素是在喷进混合燃烧室之后转化成氨，实现氧化还原反应的，因此，可以避免氨在电厂储存及管路、阀门泄露而造成的人体伤害。,.,美国关于氨和尿素的法规,.,关于还原剂的建议,.,三. 升级方案尿素法SCR,系利用一种设备将尿素转换为氨之后输送至SCR触媒反应器 它转换的方法为将尿素注入一分解室中,此分解室提供尿素分解所需之混合空间,停留时间及温度-,由此室分解出来之氨及氮基产物(Nitrogen-based product

26、s)即成为SCR的还原剂、通过触媒实施化学反应后生成氮及水. 尿素于分解室中分解成氨之方法有热解法(Thermal Decomposition)及水解法(Hydrolyser)二种,.,尿素SCR工艺的发展,美国Fuel Tech 公司早在1990年代初就研发了水解法。 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，而占居了有利地位，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 ULTRA, 该方法是一种更简单、更实用、更好的工艺。 现在市场商业亦有水解法工艺, 如

27、U2A, AOD等 。,.,NOxOUT ULTRA,SCR的在线尿素转化为氨的工艺 尿素在气相中分解为 NH3 和 HNCO 加热介质: 热的过滤空气或热烟气 向 AIG 提供还原剂 根据实验和现场结果进行基础设计 控制尿素的喷入,AIG,NH3/HNCO,热烟气,尿素,催化剂,预热的助燃空气, 或热烟气.,NOxOUT ULTRA 布置图,鼓风机,天然气或热烟气,尿素,AIG,热解室 时间 SCR 出口: 11 ppmSCR: 3 ppm NH3 Slip; 亚硫酸氢铵 = k NH3 SO3 = k x 3 x 11 = 33 kSNCR: 15 ppm NH3 Slip; 亚硫酸氢铵 =k NH3 SO3 = k x15 x2= 30 kSNCR 在15 ppm氨逃逸下,比SCR可能形成ABS还少亚硫酸氢铵NH4HSO4=ABS的量过多，造成空气预热器的堵塞或腐蚀,SO3,NH3 + SO3 - Ammonium Sulfate,Ammonium Bisulfate,Ammon