大型燃煤电站用SCR烟气脱硝催化剂发展概况

综述与述评现代技术陶瓷2009年第3期(总第121期)作者简介:代丽丽(1978～),女,硕士,工程师,主要从事多相催化方面的研究.大型燃煤电站用S CR 烟气脱硝催化剂发展概况代丽丽(山东工业陶瓷研究设计院,淄博255031)摘　要:介绍了大型燃煤电站S CR 脱硝催化剂的国内外发展情况、国家环保政策需求、市场销售预测和发展前景及面临的问题,概述了国内SCR 脱硝技术立项研究的必要性。

关键词:选择性催化还原(SCR );烟气脱硝;催化剂 社会经济的快速发展引起对能源需求的持续增长,由此导致煤炭等化石燃料消耗量的不断增大。

我国是世界上少数几个以煤炭为主要能源的国家之一,据统计,我国67%的氮氧化物(NOx )排放量来自于煤炭的燃烧。

据国家环保总局统计预测,2005年和2010年我国火电厂煤炭消耗量分别占全国总量的56%和64%,火电厂NO x 产生量占全国总量的50%[1]。

从燃煤消耗对NO x 排放贡献值来看,火电厂NO x 排放控制是我国NO x 排放总量控制关键所在。

NO x 排放到空气中易形成酸雨及光化学烟雾,破坏臭氧层和造成温室效应,严重危害自然环境和人类健康。

随着我国最新的《火电厂大气污染物控制排放标准》和《大气污染防治法》的颁布实施以及《京都议定书》的正式生效[2],国内对NO x 的排放控制将日趋严格,在火力发电厂中采用有效的NO x 排放控制措施势在必行。

在目前各种脱硝技术中,选择性催化还原脱硝(SCR )是应用最多、效率最高而且是最成熟的技术之一,该技术在20世纪70年代末80年代初首先由日本发展起来,之后迅速在日本、欧洲、美国等国家和地区的电站得到应用。

我国烟气脱硝技术的研究开展得相对较晚,目前已建或拟建的脱硝工程几乎均以购买欧美和日本技术使用权为主,部分环保企业通过自主开发或引进消化吸收的方式也掌握了一定的烟气脱硝技术,但核心技术(特别是催化剂)仍未实现国产化,而引进技术存在技术使用费高、难以掌握核心技术、可升级性差等突出难题,制约着我国NO x 治理的开展。

1　国内外发展状况在SCR 催化剂的研发领域,目前国外主要以T op see 公司(主要生产波浪型催化剂)、COR ME 2TECH 公司(主要生产蜂窝结构的钛-钒基商业催化剂)、德国ARGI L LON 公司(主要生产宽使用范围的平板型和蜂窝型催化剂)、H itachi (日立公司)(主要提供板型SCR 催化剂)及SK 公司。

国外公司生产的催化剂价格很高,不适用于我国国情。

受我国煤炭资源和燃料供应政策的制约,燃料供应呈现出复杂性和多样性的特点,火电厂燃煤的品质通常较差,灰含量较高(30%～40%),砷含量大(9.6～21.0μg/g ),决定了我国火电厂的烟气脱硝装置不能完全照搬国外现有的SCR 技术。

我国正在向经济大国迈进,SCR 的现有市场和潜在市场都十分可观。

但目前我国在SCR 研发方面投入的力量还远远不够,必须加快SCR 技术的自主开发,关键是研制符合我国电力燃煤特点的高活性、较好的水热稳定性、高强度,较长使用寿命和较低成本的SCR 催化剂。

欧洲、日本、美国是当今世界上对燃煤电厂氮氧化物排放控制最先进的地区和国家。

在这些地区和国家,除了采取燃烧控制之外,都大量地使用SCR 烟气脱硝技术。

德国在60多个燃煤机组进行了SCR 工业性试验研究,并于1985年91综述与述评2009年第3期(总第121期)现代技术陶瓷底在欧洲投运了第一台燃煤机组SCR装置。

美国于20世纪90年代初建立了SCR工业示范装置,对燃用高硫煤机组采用SCR技术的适应性进行了详细的工业性试验验证。

SCR技术在国际上已发展成熟,最大的是已在美国应用的一台1300MW燃煤电站锅炉。

据2002年统计,日本、欧共体和美国安装SCR装置的装机容量分别达23.1G W、55G W和100G W,其中SCR占烟气脱硝总装置数的比例在日本为93%,德国为95%。

台塑集团投资、华阳电业有限公司运营的福建漳州后石电厂600MW机组烟气脱硝装置是我国内陆地区安装的第一台烟气处理装置,机组采用日立公司的SCR技术,该系统由Babcock-H i2 tach设计,台湾中鼎工程公司安装。

目前已经投运或者正在建设的有国华太仓发电有限公司2×600MW机组、福建厦门华夏国际电力公司(嵩屿电厂)4×300MW机组、国华台山电厂5号600 MW机组、国华宁海电厂4号600MW机组、广州恒运电厂D厂2×600MW机组脱硝工程等。

但所用蜂窝催化剂均为进口或引进技术产品,无自主知识产权。

2　国家环保政策需求氮氧化物的控制是国家经济可持续发展和环境保护的客观需求,脱硝行业的发展将得到国家相关政策法规的有力支持。

《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》(以下简称《纲要》)将能源和环境列为重点领域。

《纲要》指出我国“一次能源消费以煤为主,化石能的大量消费造成严重的环境污染”,提出要“促进煤炭的清洁高效利用,降低环境污染。

大力发展煤炭清洁、高效、安全开发和利用技术,并力争达到国际先进水平”,并将“煤的清洁高效开发利用”列为优先主题,提出要“大力开发燃煤污染物综合控制和利用的技术与装备等”。

2009年2月18日全国环保科技工作在京举行,会议上指出要“逐步建立比较完备的污染减排环保科技支撑体系,特别要适应开展氮氧化物排放削减和控制的需要,尽快制订氮氧化物排放标准,出台氮氧化物污染防治技术政策”。

2009年6月3日,第十一届国际环保产业展览会暨环保产业报告会上,国家发改委环资司环保处处长赵鹏高透露,发改委正在研究烟气脱硝的经济政策和电价政策,并于今年开展试点[3]。

在《国家环境保护“十一五”科技发展规划》中,电力行业脱硝被列入新型工业化过程中重点解决的环境科技问题,氮氧化物(NOx)的控制技术和对策则被列入区域大气污染物控制重点解决的环境科技问题。

2003年12月23日发布、2004年01月01日实施的《火电厂大气污染物排放标准》中对火力发电锅炉氮氧化物最高允许排放浓度进行了规定,并且规定第3时段火力发电锅炉须预留烟气脱除氮氧化物装置空间。

北京市在污染控制方面一直走在全国前列, 2002年北京市环境保护局颁布的《锅炉污染物综合排放标准》(DB11/139-2002)中对燃煤锅炉中氮氧化物的排放限制规定为250～300mg/Nm3,目前正准备进一步提高标准。

据了解,目前新的排放标准正在制定中,对火力发电锅炉氮氧化物最高允许排放浓度的要求将进一步提高。

3　市场销售预测和发展前景电力行业烟气脱硝:我国火电厂的装机容量巨大,2003年装机容量为3.8亿k W,2005年达4.5亿k W,预计2010年将达到6.5亿k W。

业内人士预计,“十一五”之后,脱硝市场将规模化启动,脱硝催化剂市场将快速增长。

到2010年,我国烟气脱硝市场大约有2.0亿k W的市场容量。

一般情况,1MW机组脱硝需要0.6～0.8m3催化剂,催化剂的需求量按照0.6m3/MW计算,届时我国催化剂的初装市场规模总量可能达到120000m3。

假设这些脱硝装置全部投入运行,由于催化剂的寿命一般在3年左右而需要更换,预计换装市场规模将维持近40000m3/年的水平。

目前从国外进口的催化剂的价格为5万元/m3,02综述与述评现代技术陶瓷2009年第3期(总第121期)脱硝催化剂每年的市场容量将达到近20亿元。

到2015年我国未预留脱硝工程空间的老电厂也将进行脱硝工程改造和建设,届时我国的脱硝市场容量将有可能达到70000m3/年的水平。

而目前我国催化剂的年产能只有东方凯特瑞生产的4500～6000m3,其他技术引进的企业,尚未形成正式的生产能力,市场需求缺口很大。

工业窑炉烟气脱硝:有关专家认为,SCR催化剂的开发成功,不但对火电厂烟气脱硝有重大意义,对工业窑炉烟气脱硝及化工企业也可利用。

据测算,如果我国平板玻璃窑、电子玻壳熔炉等工业炉窑都配置SCR系统,平均每套SCR 系统投资500万元(假定炉窑烟气量为20000 Nm3/h),则整个市场容量大约有8.85亿元,这还没有计算催化剂更换所产生的市场。

在我国,钢铁厂、化工厂、垃圾焚烧炉等工业窑炉生产时也产生大量氮氧化物,这些领域的SCR市场同样十分广阔。

因此,开发、推广SCR催化剂有着巨大的市场和深远的影响。

目前催化剂在国内市场上供不应求,市场上供应的基本都是国外产品,国产催化剂的研究与应用刚刚开始。

SCR系统资金投资大,一般都在数千万元的投入,其中催化剂的成本占脱硝工程总成本的40%左右。

基于脱硝催化剂在SCR系统中的重要性及高回报率,催化剂生产成为烟气脱硝的一个重点,SCR催化剂具有很大的市场空间和良好的社会效益。

4　国内SCR脱硝技术立项研究的　必要性 当前SCR催化剂生产核心技术均被美国、日本、德国等国外数家大型企业所垄断,国内引进的技术主要来自日本、德国、美国。

我国煤电脱硝所需SCR催化剂产品均为国外产品,为了加速国内燃煤电厂脱硝技术升级,降低企业营运成本和占领国内SCR催化剂市场,我国环保企业于近几年内加快了催化剂生产技术引进工作。

目前,国内多家企业正在斥巨资同时与日本日挥触媒化成株式会社接触,谈判引进事项,但企业引进消化吸收的技术都无法掌握其技术核心。

同时,一项技术的重复引进则会导致大量外汇的浪费,与国内企业间的恶性竞争。

如果能实现催化剂国产化,可节省大量外汇并降低生产成本,增加市场竞争力。

目前,我国的高校院所对催化剂活性组分的组成、反应机理以及催化剂粉末样在抗水、抗硫、抗碱金属中毒等方面进行了一些探索研究,但很少有专利和文献涉及整体催化剂的制备与成型工艺。

因此,国内现行的技术研究不能满足脱硝行业的发展需要。

在此背景下,为实现催化剂的国产化、规模化生产,解决依赖进口、价格昂贵等制约我国脱硝市场发展的瓶颈问题,最终形成具有自主知识产权的燃煤烟气脱硝催化剂的生产技术,成为我国脱硝项目发展的当务之急。

为此,开展大型燃煤电站SCR烟气脱硝催化剂的研制及其产业化技术方面的研究将适应脱硝项目的发展需要,为SCR催化剂的产业化生产奠定基础。

5　结语目前,国内自主研发技术尚不成熟,面临很多方面的问题,其中亟待解决的主要问题是:(1)适应我国煤种高尘、高钙、变化大等需要的SCR 一体化多孔蜂窝催化剂核心配方的研制,及其成型工艺与规模化生产技术;(2)对火电厂的烟气进行分析,建立根据烟气参数设计催化剂配方、孔数、及用量的评价文件;(3)催化剂的实际工程安装考核与应用。

上述三方面的问题如能及时解决将大大推动我国脱硝技术的发展,改善面临的技术瓶颈与工程实用考核空白的局面。

随着国内工程院院士唐孝炎、郝吉明等专家提出我国大城市的“复合型污染已经出现,所以在不放松对二氧化硫控制的基础上,应进行氮氧化物的重点控制,在珠江三角洲、长江三角洲、京津冀地区出现的臭氧问题、灰霾问题已经说明我国氮氧化物控制势在必行,”的观点[4],引起环保部门的重视,在我国火电厂脱硝已经提上环保日(下转第25页)应用技术现代技术陶瓷2009年第3期(总第121期)7结论利用工业及生活废渣生产环保地板砖,“变废为宝”既消耗转化了废渣,又生产出具有实用、美化装饰居家等诸多特点的地板砖,同时降低了对原料矿藏消耗,对环境保护、节约矿产资源都具有积极的意义。