國(guó)內(nèi)火電廠煙氣脫硝技術(shù)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)分析

1、國(guó)內(nèi)火電廠煙氣脫硝技術(shù)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)分析 摘要：“十二五”期間，國(guó)家環(huán)保部將著力于減少氮氧化物（nox）的排放。因此火電廠作為主要的氮氧化物排放源，需要采用有效的脫硝方法減少nox的排放。本文簡(jiǎn)述了國(guó)內(nèi)火電廠煙氣脫硝技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r，歸納了煙氣脫硝相關(guān)的政策法規(guī)和行業(yè)規(guī)范，基于當(dāng)前的煙氣脫硝政策法規(guī)及市場(chǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)行業(yè)未來(lái)的發(fā)展和政策制度提出了分析和建議。 關(guān)鍵詞：脫硝；scr；市場(chǎng)結(jié)構(gòu)；產(chǎn)業(yè)發(fā)展；政策建議 2012年7月，國(guó)務(wù)院總理主持召開(kāi)國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議，討論并通過(guò)了節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃，提出到2015年要確保實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)氮氧化物排放總量比2010年減少10%的約束性目標(biāo)。氮氧化物是我國(guó)主要的大氣

2、污染物之一，大氣中的氮氧化物經(jīng)過(guò)紫外線的照射能形成有害的光化學(xué)煙霧，對(duì)人眼和植被造成極大的危害。同時(shí)氮氧化物也會(huì)和空氣中的水結(jié)合生成硝酸或亞硝酸形成酸雨，從而導(dǎo)致土壤酸化、農(nóng)作物減產(chǎn)和建筑材料溶解等一系列危害。另外，氮氧化物在環(huán)境中濃度過(guò)高會(huì)對(duì)人體的呼吸系統(tǒng)產(chǎn)生危害，可以引起肺氣腫、哮喘、支氣管炎等疾病，因此在上世紀(jì)60年代nox被國(guó)際公認(rèn)為大氣的主要污染物之一。在我國(guó)，超過(guò)三分之一的氮氧化物是由燃煤火力發(fā)電產(chǎn)生的，所以治理火電廠nox的排放被列為環(huán)保部“十二五”期間的重點(diǎn)整治項(xiàng)目。據(jù)環(huán)保部統(tǒng)計(jì)，2011年我國(guó)氮氧化物排放總量為2404.3萬(wàn)噸，比2010年增長(zhǎng)了5.73%，未能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的減排

3、目標(biāo)，這使得我國(guó)治理氮氧化物的形勢(shì)變得更為緊迫。 目前，國(guó)內(nèi)火電廠對(duì)nox排放的控制手段主要有兩大類：一種是在火電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中采用低氮燃燒技術(shù)，從而減少nox的生成；另一種是對(duì)燃燒后產(chǎn)生的煙氣中的nox進(jìn)行化學(xué)處理，減少排出氣體中的nox含量。近年來(lái)新投運(yùn)的火電機(jī)組大多已經(jīng)采用了低氮燃燒技術(shù)，然而僅使用低氮燃燒技術(shù)難以達(dá)到火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（gb13223-2011）的要求，因此火電廠仍然需要進(jìn)行煙氣脫硝的處理，進(jìn)一步降低nox的排放量來(lái)達(dá)到環(huán)保部的要求。本文將從國(guó)內(nèi)煙氣脫硝技術(shù)現(xiàn)狀和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的角度做出回顧和分析，對(duì)未來(lái)幾年煙氣脫硝行業(yè)的發(fā)展進(jìn)行思考。 1. 煙氣脫硝技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r 目前

4、，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上針對(duì)煙氣脫硝主要采用三種技術(shù)：選擇性催化還原法（scr）、選擇性非催化還原法（sncr）和前兩種方法的結(jié)合（sncr-scr）。 scr是目前最常用的煙氣脫硝技術(shù)，根據(jù)中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)發(fā)布的2011年度火電廠煙氣脫硫脫硝產(chǎn)業(yè)信息統(tǒng)計(jì)，scr脫銷工程容量占總脫硝工程容量的96.8%。相比其他兩種方法，scr的脫硝效率最高，通?；诜磻?yīng)器和催化劑的合理選型可以達(dá)到80%90%脫硝效率。 脫硝催化劑是scr的核心，按照催化劑的外形制式來(lái)分，主要有蜂窩式、板式和波紋式三類，目前最常用的為蜂窩式，其次是板式，波紋式應(yīng)用相對(duì)較少；按照適用溫度來(lái)分，主要有高溫催化劑（345590）、中溫催化劑

5、（260380）和低溫催化劑（80300），目前大多數(shù)催化劑都屬于高溫催化劑，低溫催化劑主要還停留在試驗(yàn)階段。 通常含有催化劑的反應(yīng)器會(huì)布置在電廠鍋爐省煤器和空氣預(yù)熱器之間，該段區(qū)域的溫度分布在600-300之間，這樣的溫度條件很適合催化劑充分發(fā)揮其催化活性來(lái)還原nox。 sncr技術(shù)主要通過(guò)將尿素、液氨等還原劑噴入爐膛8501100的區(qū)間內(nèi)，使還原劑迅速生成nh3將nox還原為n2，脫硝效率大約為25%50%5。采用sncr技術(shù)時(shí)需嚴(yán)格控制氨反應(yīng)區(qū)域，使氨分布在合適的溫度窗口內(nèi)，若反應(yīng)溫度過(guò)高則氨被氧化生成額外的nox，若溫度過(guò)低則反應(yīng)速率較慢，造成氨逃逸率提升。此外氨氮摩爾比、煙氣還原劑混

6、合程度等因素都對(duì)sncr技術(shù)的脫硝效率有重要影響?？紤]到sncr技術(shù)的實(shí)現(xiàn)不需要催化劑，不受煤質(zhì)和煤灰的影響，不需要額外的脫硝設(shè)備，反應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)置相對(duì)簡(jiǎn)單，所以sncr技術(shù)的投資成本較為低廉。因此，sncr適合在對(duì)脫硝效率要求不太高的情況下使用，或是在scr和低氮燃燒技術(shù)已經(jīng)使用的前提下排放仍不達(dá)標(biāo)時(shí)作為一種技術(shù)補(bǔ)充的手段。 sncr-scr是一種結(jié)合了scr高脫硝效率和sncr低投資成本的新型工藝。sncr-scr從工藝上減少了原本scr需要的噴氨格柵，從而降低了煙道阻力。同時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)sncr環(huán)節(jié)還原劑的噴射量可以有效降低最大氮氧化物濃度，以此減少scr環(huán)節(jié)的催化劑使用量。在國(guó)內(nèi)脫硝技術(shù)起步

7、階段，由于脫硝催化劑采購(gòu)成本較高，而sncr-scr兼具兩種工藝特點(diǎn)，可以分步建立，在應(yīng)對(duì)低排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)可以先建立sncr部分，待排放標(biāo)準(zhǔn)提高后再建scr部分，以此來(lái)減少催化劑的使用量和投資成本。然而隨著脫硝技術(shù)和催化劑生產(chǎn)的國(guó)產(chǎn)化快速發(fā)展，scr的建設(shè)成本和催化劑采購(gòu)成本大幅下降，sncr-scr的成本優(yōu)勢(shì)也大幅削減。 2. 煙氣脫硝相關(guān)政策及技術(shù)規(guī)范 早在上世紀(jì)70年代，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，如日本、德國(guó)、美國(guó)等國(guó)就已經(jīng)對(duì)nox的危害有了高度的重視，同時(shí)采取了一系列手段對(duì)nox的排放進(jìn)行控制，主要通過(guò)對(duì)電廠燃煤過(guò)程進(jìn)行控制減少nox的生成和采用脫硝催化劑來(lái)減少所排放的煙氣中的nox含量。自此以后，針

8、對(duì)火電廠減少nox排放的技術(shù)有了快速的發(fā)展進(jìn)步。 我國(guó)的氮氧化物的排放治理開(kāi)始于“十一五”期間，相比發(fā)達(dá)國(guó)家起步相對(duì)較晚但隨著環(huán)境惡化的加速和環(huán)保意識(shí)的提高，近幾年中國(guó)對(duì)nox的治理力度有了很大的提高。2003年12月，環(huán)保局和國(guó)家質(zhì)檢總局聯(lián)合發(fā)布的火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（gb 13223-2003）首次對(duì)火電廠氮氧化物的排放量做出了明確要求。至此以后大部分新建的火電機(jī)組都采用了低氮燃燒技術(shù)，部分已建火電廠結(jié)合自身?xiàng)l件進(jìn)行了低氮燃燒的改建。同時(shí)，大批環(huán)保工程公司引進(jìn)國(guó)外脫硝技術(shù)，逐步將商業(yè)化脫硝裝置引進(jìn)國(guó)內(nèi)，初步應(yīng)用于一些大中型容量的火電機(jī)組上。 “十一五”中期，隨著國(guó)務(wù)院批轉(zhuǎn)發(fā)展改革委、能

9、源辦的通知（國(guó)發(fā)20072號(hào)）的正式頒布實(shí)施，大批20萬(wàn)千瓦以下的小火電機(jī)組被逐步關(guān)停，借此環(huán)保部希望能通過(guò)集中控制大容量機(jī)組的氮氧化物排放來(lái)實(shí)現(xiàn)污染物的減排目標(biāo)。 “十一五”末期，國(guó)家環(huán)保部連續(xù)出臺(tái)多條政策和指南，對(duì)火電廠氮氧化物排放做出了政策性指示和技術(shù)性指導(dǎo)。2010年1月，環(huán)保部頒布的火電廠氮氧化物防治技術(shù)政策重點(diǎn)控制對(duì)象是全國(guó)范圍內(nèi)20萬(wàn)千瓦及以上燃煤發(fā)電機(jī)組和熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，也包括大氣污染重點(diǎn)控制區(qū)域內(nèi)的所有燃煤機(jī)組和熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組。該政策明確將低氮燃燒技術(shù)列為電廠氮氧化物控制的標(biāo)配技術(shù)。同時(shí)，對(duì)煙氣脫硝技術(shù)的選用做出了指導(dǎo)，其中建議“新建、改建、擴(kuò)建的燃煤機(jī)組，宜選用scr；小于等于

10、600mw時(shí)，也可選用sncr-scr”。此外，對(duì)脫硝反應(yīng)還原劑的選用和煙氣脫硝二次污染控制也給出了指導(dǎo)性意見(jiàn)。在還原劑的使用方面要綜合考慮安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等各種因素，尤其是選用液氨時(shí)要符合重大危險(xiǎn)源辨識(shí)（gb18218）等相關(guān)規(guī)定，在人口稠密區(qū)推薦使用尿素作為還原劑。對(duì)氨逃逸和失效催化劑的無(wú)害化處理提出了初步要求。 2010年2月，環(huán)保部接連發(fā)布燃煤電廠污染防治最佳可行技術(shù)指南（試行）（hj-bat-001）、火電廠煙氣脫硝工程技術(shù)規(guī)范 選擇性催化還原法（hj562-2010）和火電廠煙氣脫硝工程技術(shù)規(guī)范 選擇性非催化還原法（hj563-2010）三個(gè)技術(shù)指南和技術(shù)規(guī)范文件。在燃煤電廠污染防

11、治最佳可行技術(shù)指南（試行）文件中，對(duì)scr和sncr的工藝原理、脫硝還原劑的選用和比較、物料消耗及污染物排放、技術(shù)適用性及特點(diǎn)、最佳可行工藝參數(shù)、污染物削減和排放、二次污染及防治措施、技術(shù)經(jīng)濟(jì)適用性進(jìn)行了簡(jiǎn)要的說(shuō)明。同時(shí)對(duì)火電廠氮氧化物防治技術(shù)政策中未詳細(xì)介紹的失效催化劑處理技術(shù)進(jìn)行了補(bǔ)充說(shuō)明，其中應(yīng)首選催化劑再生，其次對(duì)不可再生部分應(yīng)嚴(yán)格遵守危險(xiǎn)固體廢棄物的填埋規(guī)章執(zhí)行。在火電廠煙氣脫硝工程技術(shù)規(guī)范 選擇性催化還原法（hj562-2010）和火電廠煙氣脫硝工程技術(shù)規(guī)范 選擇性非催化還原法（hj563-2010）中，環(huán)保部對(duì)scr和sncr煙氣脫硝工程的總體要求、工藝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、主要工藝設(shè)備和材

12、料的使用、檢測(cè)與過(guò)程控制方法和輔助系統(tǒng)分配備等作出了規(guī)定。其中，要求scr法在催化劑的最大裝入量情況下設(shè)計(jì)脫硝效率不得低于80%，氨氣逃逸濃度宜小于2.5mg/m3，so2/so3轉(zhuǎn)化率不大于1%，系統(tǒng)可用率不小于98%，煙氣壓降宜小于1400pa，系統(tǒng)漏風(fēng)率小于0.4%；要求sncr法的氨逃逸濃度應(yīng)控制在8mg/m3以下；系統(tǒng)對(duì)鍋爐效率的影響應(yīng)小于0.5%；不增加煙氣阻力；壽命期內(nèi)系統(tǒng)可用率應(yīng)不小于98%，服務(wù)年限應(yīng)在30年以上。 2011年7月29日，環(huán)保部正式發(fā)布了火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（gb 13223-2011）。該標(biāo)準(zhǔn)最初發(fā)布于1991年，經(jīng)過(guò)3次修訂后提出了目前世界上最嚴(yán)格的火

13、電廠nox排放標(biāo)準(zhǔn)。本次修訂明確規(guī)定重點(diǎn)地區(qū)新建燃煤鍋爐氮氧化物（以no2計(jì)）排放限值為100mg/m3，在原有限值的基礎(chǔ)上直接減少了50%，該標(biāo)準(zhǔn)已于2012年1月1日起正式實(shí)施。這也意味著在接下來(lái)幾年里國(guó)內(nèi)新建或者改建的火電廠都將會(huì)使用脫硝效率更高的方式來(lái)減少nox的排放從而達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。 2011年11月29日，發(fā)改委出臺(tái)了脫硝電價(jià)補(bǔ)償政策發(fā)改價(jià)格20112622號(hào)，給予正常運(yùn)行脫硝設(shè)備的火電廠試行每千瓦時(shí)0.8分的脫硝電價(jià)補(bǔ)助來(lái)應(yīng)對(duì)脫硝造成的成本支出。進(jìn)一步鼓勵(lì)火電企業(yè)落實(shí)脫硝要求，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案的要求。 2011.07 3. 煙氣脫硝行業(yè)的市場(chǎng)結(jié)構(gòu) 3.1

14、脫硝市場(chǎng)容量迅猛增加 截止到2011年底，全國(guó)火力發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到76546萬(wàn)千瓦，較2010年增長(zhǎng)了8.3%的裝機(jī)容量，其中燃煤發(fā)電機(jī)組容量為70667萬(wàn)千瓦6。2010年底，全國(guó)已投運(yùn)的煙氣脫硝機(jī)組容量超過(guò)2億kw，2011年全國(guó)各大環(huán)保公司新增的投運(yùn)脫銷工程容量3806萬(wàn)千瓦。至此，目前仍有超過(guò)65%的火電機(jī)組急需上馬煙氣脫硝工程。預(yù)計(jì)到“十二五”末，我國(guó)煤電裝機(jī)容量將達(dá)到9億千瓦。據(jù)此推測(cè)，在今后的四年需要平均每年完成煙氣脫硝1億千瓦機(jī)組容量以上。由此可見(jiàn)，我國(guó)在“十二五”期間煙氣脫硝工程的市場(chǎng)需求十分巨大。 3.2 大規(guī)模推廣使用scr技術(shù) 目前國(guó)內(nèi)已投運(yùn)的煙氣脫硝機(jī)組以新建機(jī)組為主

15、，且大部分采用scr工藝。根據(jù)中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)統(tǒng)計(jì)，2011年期間采用scr脫硝工藝的投運(yùn)機(jī)組容量占年度脫銷工程容量的96.9%。而在scr技術(shù)中最常用的蜂窩式scr催化劑也將獲得很大的市場(chǎng)需求，預(yù)計(jì)“十二五”期間每年蜂窩式scr催化劑需求量將超過(guò)10萬(wàn)立方米。因此在近兩年內(nèi)，國(guó)內(nèi)scr催化劑廠家尤其是蜂窩式scr廠家紛紛上馬準(zhǔn)備投產(chǎn)。到2012年底，國(guó)內(nèi)將有超過(guò)20家scr催化劑生產(chǎn)公司投產(chǎn)。因此按照目前的催化劑生產(chǎn)行業(yè)發(fā)展來(lái)看，國(guó)內(nèi)將有足夠的國(guó)產(chǎn)催化劑來(lái)滿足煙氣脫硝的需求。 3.3 本土工程公司已具有獨(dú)立完成煙氣脫硝工程的能力 通過(guò)技術(shù)引進(jìn)和自主研發(fā)改進(jìn)，國(guó)內(nèi)的-些環(huán)保公司或鍋爐廠已具備

16、scr煙氣脫硝工程的設(shè)計(jì)及總承包能力，基本滿足了我國(guó)煙氣脫硝市場(chǎng)的建設(shè)需求。近年來(lái)，我國(guó)大型火電機(jī)組的煙氣脫硝工程均由國(guó)內(nèi)鍋爐廠或環(huán)保公司自主承包建設(shè)，并成功實(shí)現(xiàn)了大量的30萬(wàn)kw、60萬(wàn)kw及以上火電機(jī)組的煙氣脫硝工程建設(shè)業(yè)績(jī)。 4. 煙氣脫硝的市場(chǎng)發(fā)展前景和政策措施建議 4.1 煙氣脫硝行業(yè)市場(chǎng)的前景 近年來(lái)，電廠煙氣脫硝工程大多采用scr技術(shù)，市場(chǎng)占有率超過(guò)95%，并且根據(jù)目前的形勢(shì)來(lái)看這一比例還會(huì)繼續(xù)上升，這就使得其中起核心作用的scr催化劑有了較大的市場(chǎng)空間。因此最近3年來(lái)，scr脫硝催化劑生產(chǎn)廠家不斷地涌現(xiàn)出來(lái)，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上已經(jīng)有20家左右的脫硝催化劑生產(chǎn)廠家。其中大部分廠家以生

17、產(chǎn)蜂窩式催化劑為主，少數(shù)廠家生產(chǎn)板式催化劑。國(guó)內(nèi)scr催化劑技術(shù)來(lái)源包括美國(guó)、日本、韓國(guó)等scr催化劑生產(chǎn)企業(yè)，并有部分廠家實(shí)現(xiàn)了自有技術(shù)的成果轉(zhuǎn)化，但在目前階段其中不少?gòu)S家面臨業(yè)績(jī)匱乏和產(chǎn)品穩(wěn)定性不足等問(wèn)題。同時(shí)，隨著各個(gè)大型國(guó)有發(fā)電集團(tuán)對(duì)脫硝要求的重視，越來(lái)越多極具實(shí)力的國(guó)有脫硝催化劑公司紛紛上馬，依托自有電廠的條件、雄厚的資金背景投入和先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲取有利位置，從而進(jìn)一步壓縮了中小型民營(yíng)脫硝催化劑生產(chǎn)企業(yè)的成長(zhǎng)空間。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)一些設(shè)備廠家已經(jīng)能自主制造scr催化劑生產(chǎn)所需的相關(guān)主體設(shè)備，同時(shí)國(guó)內(nèi)催化劑生產(chǎn)廠家配合科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)研發(fā)出scr催化劑的生產(chǎn)工藝。這一發(fā)展趨勢(shì)將使

18、得煙氣脫硝行業(yè)的準(zhǔn)入門檻有所降低，為民營(yíng)企業(yè)節(jié)約投資成本、提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力等提供了積極的推動(dòng)作用。 4.2 政策措施建議 （1）進(jìn)一步完善煙氣脫硝的政策法規(guī)和行業(yè)技術(shù)規(guī)范 歐盟、美國(guó)和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家或地區(qū)的煙氣脫硝工作起步較早，相關(guān)的政策和行業(yè)規(guī)范比起國(guó)內(nèi)較為成熟。所以我國(guó)可以借鑒國(guó)外的煙氣脫硝法律法規(guī)，結(jié)合自身發(fā)展特點(diǎn)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)需求，盡快形成一套成熟可行的政策法規(guī)和行業(yè)規(guī)范。 （2）加大監(jiān)管力度，切實(shí)保證脫硝政策要求的落實(shí) 加強(qiáng)對(duì)原有電廠氮氧化物污染治理設(shè)施的監(jiān)管力度，加快建設(shè)污染源自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，促進(jìn)節(jié)能減排。同時(shí)，加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整力度，積極試行上大壓小的策略，關(guān)停部分小火電，淘汰落后產(chǎn)能，實(shí)

19、現(xiàn)能集中控制氮氧化物污染源頭的目的，促進(jìn)結(jié)構(gòu)減排。 （3）推行相關(guān)鼓勵(lì)政策，提高火電企業(yè)的脫硝積極性，加快nox減排步伐。 推廣排污權(quán)交易制度，激勵(lì)企業(yè)采用跟優(yōu)越的脫硝手段，實(shí)現(xiàn)超量減排，通過(guò)出售排污權(quán)獲取經(jīng)濟(jì)利益。 合理使用排污費(fèi)用，將所收取的nox排污費(fèi)用完全用于nox治理，例如用來(lái)獎(jiǎng)勵(lì)老電廠煙氣脫硝改造等。 對(duì)煙氣脫硝相關(guān)產(chǎn)業(yè)的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備引進(jìn)提供方便，尤其是對(duì)一些目前仍然不能實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化合格生產(chǎn)的設(shè)備進(jìn)口提供減免稅收的優(yōu)惠。 （4）在技術(shù)上要加大自主研發(fā)力度，積極研發(fā)出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)新產(chǎn)品，擺脫對(duì)國(guó)外技術(shù)的依賴，降低進(jìn)口技術(shù)轉(zhuǎn)讓的成本，從而降低煙氣脫硝反應(yīng)器、催化劑和配套設(shè)備的生產(chǎn)成本。 結(jié)語(yǔ) 隨著環(huán)保政策要求的不斷升級(jí)，國(guó)內(nèi)煙氣脫硝工程開(kāi)展進(jìn)度日益加快，同時(shí)為了配合新的減排要求，scr技術(shù)在行業(yè)中的應(yīng)用比例也逐步提高。從事煙氣