電廠SCR脫硝系統(tǒng)上的催化劑(共14頁(yè))

1、電廠SCR脫硝系統(tǒng)(xtng)上的催化劑一、背景(bijng)我國(guó)目前氮氧化物的排放(pi fn)來(lái)自汽車(chē)、鍋爐燃燒、工業(yè)生產(chǎn)等多方面。其中2010年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，火電廠已成為NOX排放的最大污染源，約占排放總量的39.6%。不同的燃料對(duì)NOX排放量的貢獻(xiàn)不同，在各種燃料中，燃煤是NOX產(chǎn)生的最大來(lái)源，占各種燃料對(duì)NOX排放總量的66.9%.國(guó)家環(huán)境保護(hù)“十一五”科技發(fā)展規(guī)劃中，電力行業(yè)脫硝被列入新型工業(yè)化過(guò)程中重點(diǎn)解決的環(huán)境科技問(wèn)題，氮氧化物（NOX）的控制技術(shù)和對(duì)策則被列入?yún)^(qū)域大氣污染物控制重點(diǎn)解決的環(huán)境科技問(wèn)題。催化劑的生產(chǎn)屬于環(huán)保產(chǎn)業(yè)，在對(duì)環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展上，國(guó)家給予了積極鼓勵(lì)的扶持政

2、策。在國(guó)家環(huán)境保護(hù)“十一五”科技發(fā)展規(guī)劃中，“鼓勵(lì)企業(yè)自主開(kāi)展和國(guó)際科技合作的科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目”,國(guó)務(wù)院關(guān)于落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)的決定中指示“積極發(fā)展環(huán)保產(chǎn)業(yè)”，“重點(diǎn)發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重要環(huán)保技術(shù)裝備和基礎(chǔ)裝備，在立足自主研發(fā)的基礎(chǔ)上，通過(guò)引進(jìn)消化吸收，努力掌握環(huán)保核心技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)”?！巴苿?dòng)環(huán)境科技進(jìn)步”，“組織對(duì)污水深度處理、燃煤電廠脫硫脫硝、潔凈煤、汽車(chē)尾氣凈化等重點(diǎn)難點(diǎn)技術(shù)的攻關(guān)，加強(qiáng)高新技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用”。這些政策給環(huán)保產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了寬松的發(fā)展環(huán)境并指明了環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，同時(shí)對(duì)如何建立催化劑生產(chǎn)線具有一定的指導(dǎo)作用。對(duì)催化劑的需求源自氮氧化物的控制需求。我國(guó)火電廠氮氧

3、化物的排放控制剛剛處于起步階段，隨著國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的逐漸變嚴(yán)，越來(lái)越多的火電廠將面臨著必須脫硝的嚴(yán)峻(ynjn)任務(wù)。氮氧化物對(duì)人體健康和環(huán)境(hunjng)都有很大的危害。對(duì)人體的直接危害最大的是NO2，它能破壞呼吸系統(tǒng)，引起支氣管炎和肺氣腫。對(duì)環(huán)境的危害主要是能夠形成“光化學(xué)煙霧”，從而(cng r)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成損害并對(duì)人體健康造成間接損害，此外氮氧化物也是造成酸雨污染的主要物質(zhì)之一，因此必須對(duì)氮氧化物的排放進(jìn)行控制。氮氧化物（NOx）是在燃燒工藝過(guò)程中由于氮的氧化而產(chǎn)生的氣體，它不僅刺激人的呼吸系統(tǒng)，損害動(dòng)植物，破壞臭氧層，而且也是引起溫室效應(yīng)、酸雨和光化學(xué)反應(yīng)的主要物質(zhì)之一。世界各地對(duì)NO

4、x的排放限制要求都趨于嚴(yán)格，而火電廠、垃圾焚燒廠和水泥廠等作為NOx氣體排放的最主要來(lái)源，其減排更是受到格外的重視。目前全世界降低電廠鍋爐NOX排放行之有效的主要方法大致可分為以下四種：（1）低氮燃燒技術(shù)，即在燃燒過(guò)程中控制氮氧化物的生成，主要適用于大型燃煤鍋爐等；低NOX燃燒技術(shù)只能降低NOX排放值的3050%，要進(jìn)一步降低NOX的排放,必須采用煙氣脫硝技術(shù)。（2）選擇性催化(cu hu)還原技術(shù)（SelectiveCatalyticReduction，SCR），主要用于大型燃煤鍋爐，是目前我國(guó)煙氣脫硝技術(shù)(jsh)中應(yīng)用最多的；（3）選擇性非催化(cu hu)還原技術(shù)（SNCR，Selec

5、tiveNon-CatalyticReduction），主要用于垃圾焚燒廠等中、小型鍋爐，技術(shù)成熟，但其效率低于SCR法；投資小，建設(shè)周期短。（4）選擇性催化還原技術(shù)（SCR）+選擇性非催化還原技術(shù)（SNCR），主要用于大型燃煤鍋爐低NOx排放和場(chǎng)地受限情況，也比較適合于舊鍋爐改造項(xiàng)目二、SCR簡(jiǎn)介1、SCR工作原理選擇性催化劑還原法（SelectiveCatalyticReduction）簡(jiǎn)稱SCR，指在一定的溫度和催化劑的作用下，以液氨或尿素作為還原劑，有選擇性地與煙氣中的氮氧化物反應(yīng)并生成無(wú)毒無(wú)污染的氮?dú)夂退Ｔ摷夹g(shù)可使用液氨或尿素為脫硝還原劑。SCR脫硝工藝采用(ciyng)催化劑使氮

6、氧化物發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)溫度較低（300450）。其方法(fngf)是，將還原劑噴入裝有催化劑的反應(yīng)器內(nèi)，煙氣通過(guò)催化劑與之產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行(jnxng)脫硝。此工藝的脫硝效率可達(dá)90%以上，是國(guó)內(nèi)外電廠應(yīng)用最多，技術(shù)最成熟的一種煙氣脫硝技術(shù)2、SCR系統(tǒng)組成SCR脫硝系統(tǒng)主要由煙氣系統(tǒng)、脫硝反應(yīng)器、還原劑制備系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等幾部分組成。3、SCR工藝流程、燃煤鍋爐煙氣脫硝：鍋爐省煤器脫硝反應(yīng)器空預(yù)器除塵脫硫裝置引風(fēng)機(jī)煙囪、工業(yè)窯爐煙氣脫硝：窯爐余熱鍋爐前段脫硝反應(yīng)器余熱鍋爐后段除塵脫硫裝置引風(fēng)機(jī)煙囪脫硝反應(yīng)器通常設(shè)置在鍋爐省煤器和空氣預(yù)熱器之間。脫硝反應(yīng)器入口與鍋爐省煤器出口通過(guò)煙道連接

7、，出口與空氣預(yù)熱器通過(guò)煙道連接，煙氣由上至下垂直通過(guò)脫硝反應(yīng)器催化劑層。4、SCR反應(yīng)過(guò)程主反應(yīng)NO+NO2+2NH3-2N2+3H2O4NO+4NH3+O24N2+6H2O2NO2+4NH3+O23N2+6H2O副反應(yīng)2SO2+O22SO35、SCR的技術(shù)(jsh)特點(diǎn)：SCR技術(shù)(jsh)具有脫硝率高、氨逃逸低等顯著特點(diǎn)，因此目前鍋爐煙氣脫硝措施中，由于SCR是最為成熟(chngsh)的商業(yè)性NOx控制處理技術(shù)，國(guó)內(nèi)更多是采用SCR脫硝技術(shù)。但該技術(shù)也有著明顯的缺點(diǎn)，就是投資巨大、運(yùn)行費(fèi)用高昂。此外，SCR技術(shù)需要的反應(yīng)溫度為300450，在反應(yīng)溫度較高時(shí)，催化劑會(huì)產(chǎn)生燒結(jié)及（或）結(jié)晶現(xiàn)象

8、；在反應(yīng)溫度較低時(shí)，催化劑的活性會(huì)因?yàn)榱蛩徜@在催化劑表面凝結(jié)堵塞催化劑的微孔而降低。三、催化劑介紹1組成介紹：目前(mqin)最常用的催化劑為V2O5-WO3(MoO3)/TiO2系列(xli)（TiO2作為(zuwi)主要載體、V2O5為主要活性成分）目前SCR商用催化劑基本都是以TiO2為基材，以V2O5為主要活性成份，以WO3、MoO3為 HYPERLINK /doc/1012468.html t _blank 抗氧化、抗毒化輔助成份。化劑型式可分為三種：板式、蜂窩式和波紋板式。板式催化劑以不銹鋼金屬板壓成的金屬網(wǎng)為基材，將TiO2、V2O5等的混合物黏附在不銹鋼網(wǎng)上，經(jīng)過(guò)壓制、鍛燒后，

9、將催化劑板組裝成催化劑模塊。蜂窩式催化劑一般為均質(zhì)催化劑。將TiO2、V2O5、WO3等混合物通過(guò)一種陶瓷擠出設(shè)備，制成截面為150mmX150mm，長(zhǎng)度不等的催化劑元件，然后組裝成為截面約為2macute;1m的 HYPERLINK /doc/5992902.html t _blank 標(biāo)準(zhǔn)模塊。波紋板式催化劑的制造工藝一般以用玻璃纖維加強(qiáng)的TiO2為基材，將WO3、V2O5等活性成份浸漬到催化劑的表面，以達(dá)到提高催化劑活性、降低SO2 HYPERLINK /doc/2229461.html t _blank 氧化率的目的。2、發(fā)展簡(jiǎn)史催化劑是SCR技術(shù)(jsh)的核心部分，決定了SCR系統(tǒng)

10、(xtng)的脫硝效率和經(jīng)濟(jì)性，其建設(shè)成本占 HYPERLINK /doc/3700518.html t _blank 煙氣(yn q)脫硝 HYPERLINK /doc/3719606.html t _blank 工程成本的20%以上，運(yùn)行成本占30%以上。近年來(lái)，美、日、德等發(fā)達(dá)國(guó)家不斷投入大量人力、物力和資金，研究開(kāi)發(fā)高效率、低成本的煙氣脫硝催化劑，重視在催化劑專利技術(shù)、技術(shù)轉(zhuǎn)讓、生產(chǎn)許可過(guò)程中的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)工作。最初的催化劑是Pt-Rh和Pt等金屬類催化劑，以氧化鋁等整體式陶瓷做載體，具有活性較高和反應(yīng)溫度較低的特點(diǎn)，但是昂貴的價(jià)格限制了其在發(fā)電廠中的應(yīng)用。因此，從 HYPERLINK

11、 /doc/4717557.html t _blank 20世紀(jì)60年代末期開(kāi)始，日本日立、三菱、 HYPERLINK /doc/7114223.html t _blank 武田化工三家公司通過(guò)不斷的研發(fā)，研制了TiO2基材的催化劑，并逐漸取代了Pt-Rh和Pt系列催化劑。該類催化劑的成分主要由V2O5(WO3)、Fe2O3、CuO、CrOx、MnOx、MgO、MoO3、NiO等 HYPERLINK /doc/5654890.html t _blank 金屬氧化物或起 HYPERLINK /doc/3797560.html t _blank 聯(lián)合作用的混和物構(gòu)成，通常以TiO2、Al2O3、Z

12、rO2、SiO2、活性炭（AC）等作為載體，與SCR系統(tǒng)中的液氨或尿素等還原劑發(fā)生 HYPERLINK /doc/256197.html t _blank 還原反應(yīng)，目前成為了電廠SCR脫硝工程應(yīng)用的主流催化劑產(chǎn)品。3、催化劑材料的選型催化劑型式可分為(fn wi)三種：板式、蜂窩式和波紋板式。三種催化劑在燃煤SCR上都擁有業(yè)績(jī)(yj)，其中板式和蜂窩式較多，波紋板式較少。催化劑的設(shè)計(jì)就是要選取一定反應(yīng)面積(min j)的催化劑，以滿足在 HYPERLINK /doc/5337436.html t _blank 省煤器出口煙氣流量、溫度、壓力、成份條件下達(dá)到脫硝效率、氨逃逸率等SCR基本性能的

13、設(shè)計(jì)要求；在灰分條件多變的環(huán)境下，其防堵和防磨損性能是保證SCR設(shè)備長(zhǎng)期安全和穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。在防 HYPERLINK /doc/4095668.html t _blank 堵灰方面，對(duì)于一定的反應(yīng)器截面，在相同的催化劑 HYPERLINK /doc/2798352.html t _blank 節(jié)距下，板式催化劑的通流面積最大，一般在85%以上，蜂窩式催化劑次之，流通面積一般在80%左右，波紋板式催化劑的流通面積與蜂窩式催化劑相近。在相同的設(shè)計(jì)條件下，適當(dāng)?shù)倪x取大節(jié)距的蜂窩式催化劑，其防堵效果可接近板式催化劑。三種催化劑以結(jié)構(gòu)來(lái)看，板式的壁面夾角數(shù)量最少，且流通面積最大，最不容易堵灰；蜂窩式的

14、催化劑流通面積一般，但每個(gè)催化劑壁面夾角都是90直角，在惡劣的煙氣條件中，容易產(chǎn)生灰分搭橋而引起催化劑的堵塞；波紋板式催化劑流通 HYPERLINK /doc/344777.html t _blank 截面積一般，但其壁面夾角很小而且其數(shù)量又相對(duì)較多，為三種結(jié)構(gòu)中最容易積灰的版型。四、脫硝催化劑在電廠的應(yīng)用(yngyng)的行業(yè)(hngy)分析。 隨著(su zhe)我國(guó)電力建設(shè)的迅速發(fā)展,大氣和酸雨污染日益嚴(yán)重。特別是近年來(lái),大城市NOx污染嚴(yán)重,區(qū)域性NOx污染逐漸加劇;同時(shí),酸雨污染呈現(xiàn)出新的特征:NO-3的相對(duì)貢獻(xiàn)在增加,由以硫型為主向硫酸和硝酸復(fù)合型轉(zhuǎn)變。其主要原因在于我國(guó)在控制SO

15、2排放的同時(shí)并沒(méi)有有效地控制NOx的排放。2000年,我國(guó)對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修改,這次修改淡化了NOx的污染狀況,導(dǎo)致放松和忽視了對(duì)NOx排放的控制。目前催化劑在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上供不應(yīng)求,市場(chǎng)上供應(yīng)的基本都是國(guó)外產(chǎn)品,國(guó)產(chǎn)催化劑的研究與應(yīng)用剛剛開(kāi)始。SCR系統(tǒng)資金投資大,一般都在數(shù)千萬(wàn)元的投入,其中催化劑的成本占脫硝工程總成本的40%左右?；诿撓醮呋瘎┰赟CR系統(tǒng)中的重要性及高回報(bào)率,催化劑生產(chǎn)成為煙氣脫硝的一個(gè)重點(diǎn),SCR催化劑具有很大的市場(chǎng)空間和良好的社會(huì)效益。2000年4月29日第九屆全國(guó)人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)第十五次會(huì)議修訂(xidng)通過(guò)的中華人民共和國(guó)大氣污染防治法于2000年

16、9月1日起施行。其中第三十條明確規(guī)定“企業(yè)應(yīng)當(dāng)對(duì)燃料燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的氮氧化物采取控制措施”。第十三條規(guī)定“向大氣排放污染物的，其污染物排放濃度不得超過(guò)(chogu)國(guó)家和地方規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)”。由于法律規(guī)定發(fā)電廠必須進(jìn)行煙氣脫硝，從法律上保證了煙氣脫硝催化劑的市場(chǎng)?；痣姀S多、市場(chǎng)(shchng)較大資金、市場(chǎng)壁壘不以打破國(guó)家法律、政策支持市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)者較多火電目前是電力主要組成新興能源日新月異。2009年我國(guó)燃煤電廠的總裝機(jī)容量已約為6.57億千瓦，國(guó)家環(huán)?？偩纸y(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2004年我國(guó)燃煤鍋爐NOX排放量為665.7萬(wàn)噸，預(yù)計(jì)到2010年，該值將達(dá)到850萬(wàn)噸左右，在這樣巨大的排放量下，已投入脫

17、硝運(yùn)行和正在實(shí)施脫硝項(xiàng)目的電廠微乎其微，隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的重視，脫硝方面的環(huán)境法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)將越來(lái)越嚴(yán)，因此脫硝行業(yè)面臨著一個(gè)巨大發(fā)展?jié)摿Φ氖袌?chǎng)，相應(yīng)地催化劑生產(chǎn)也面臨著一個(gè)良好的前景。根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)已建成項(xiàng)目、實(shí)施中項(xiàng)目、擬建項(xiàng)目的調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可以推算出國(guó)內(nèi)催化劑市場(chǎng)的需求情況。中國(guó)(zhn u)火力發(fā)電廠脫硝催化劑需求總量及市場(chǎng)分析一覽表序列號(hào)投資人09年底裝機(jī)容量及催化劑總需求量現(xiàn)有脫硝裝置未安裝脫硝裝置投資人是否有催化劑生產(chǎn)廠及其產(chǎn)能裝機(jī)容量（kw）催化劑（m3）裝機(jī)容量（kw）催化劑(m3)裝機(jī)容量（kw）催化劑(m3)1國(guó)電集團(tuán)9000萬(wàn)900001200 萬(wàn)1200078

18、00萬(wàn)78000江蘇龍?jiān)创呋瘎┯邢薰?000m3/年2華電集團(tuán)8500萬(wàn)8500800萬(wàn)880007700萬(wàn)7700無(wú)3中電投集團(tuán)7000萬(wàn)7000600萬(wàn)6006400萬(wàn)6400江蘇龍?jiān)创呋瘎┯邢薰?000m3/年4大唐集團(tuán)13000萬(wàn)1300001000萬(wàn)1000012000萬(wàn)120000無(wú)5華能集團(tuán)13000萬(wàn)1300001000萬(wàn)1000012000萬(wàn)120000無(wú)6國(guó)華集團(tuán)3000萬(wàn)30000500萬(wàn)50002500萬(wàn)25000無(wú)7華潤(rùn)電力1200萬(wàn)12000300萬(wàn)3000900萬(wàn)9000無(wú)8地方投資電廠7000萬(wàn)70000400萬(wàn)40006600萬(wàn)66000無(wú)9大型企業(yè)自備電

19、廠4500萬(wàn)4500300萬(wàn)30004200萬(wàn)42000無(wú)657億65.7萬(wàn)6100萬(wàn)6.1萬(wàn)6.01億60.1萬(wàn)無(wú)目前(mqin)火電脫硝工程造價(jià)在90元/KW左右，具體(jt)價(jià)格視機(jī)組容量大小、脫硝效率要求高低、鋼材價(jià)格等因素有異。在此，我們假設(shè)脫硝工程造價(jià)與現(xiàn)有價(jià)格一致?；痣?hu din)新增裝機(jī)容量假設(shè)：2008年我國(guó)火電裝機(jī)容量為6.01億千瓦，我們采用行業(yè)專家的預(yù)期，假設(shè)到2010、2015年我國(guó)火電裝機(jī)容量分別增加至7.2、10.7億千瓦。也就是說(shuō)，未來(lái)5年新增裝機(jī)容量3.5億KW左右，平均每年7000萬(wàn)KW。根據(jù)目前重點(diǎn)地區(qū)火電裝機(jī)容量48%的占比，假設(shè)重點(diǎn)地區(qū)未來(lái)5年新增

20、裝機(jī)容量為1.68億KW，平均每年3360萬(wàn)KW。各地區(qū)火電建設(shè)脫硝裝置的比例假設(shè)：根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)征求意見(jiàn)稿，2015年1月1日前，重點(diǎn)地區(qū)建設(shè)脫硝裝置的機(jī)組比例要達(dá)到100%。雖然征求意見(jiàn)稿對(duì)其他地區(qū)建設(shè)脫硝裝置沒(méi)有強(qiáng)制性要求，但是考慮到其他地區(qū)某些省份或者城市，為了形象或者環(huán)評(píng)順利或者環(huán)保意識(shí)增強(qiáng)，會(huì)有主動(dòng)建設(shè)脫硝裝置的情況，假設(shè)這種情況出現(xiàn)的比例為20%。截止2008年底，全國(guó)只有近2000萬(wàn)KW的脫硝機(jī)組投運(yùn)，僅相當(dāng)于2008年末火電機(jī)組裝機(jī)容量的3.33%。由于2009年最新數(shù)據(jù)還沒(méi)有出來(lái)，這里我們估算，目前我國(guó)火電脫硝機(jī)組為4000萬(wàn)KW，其中重點(diǎn)地區(qū)火電脫硝機(jī)組為2000萬(wàn)KW，分別占現(xiàn)有機(jī)組的6.34%、6.59%。根據(jù)基本假設(shè)，未來(lái)5年，重點(diǎn)地區(qū)現(xiàn)役未建設(shè)脫硝裝置的火電機(jī)組，將帶來(lái)255億元的脫硝市場(chǎng)容量，平均每年51億元；其他地區(qū)將帶來(lái)55億元的市場(chǎng)容量，平均每年11億元；全國(guó)來(lái)看