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2019年中国烟气治理行业发展概况及市场需求情况分析之脱硝部分

发表时间:2020-01-02

万纯高氢气发电机组SCR脱硝系统


一、行业发展背景


(1)大气污染现状


我国是能源消费大国,煤炭、天然气等能源在燃烧过程中会产生大量的颗粒物、硫氧化物及NOx等大气污染物。这些物质是霾的主要构成部分,霾是雾霾天气产生的主要原因之一。除了霾之外,空气中的二氧化硫、氮氧化物还是酸雨中酸性物质硫酸及硝酸的主要来源,是形成酸雨的主要污染物。中国是世界上雾霾和酸雨污染比较严重的地区。


2015年,480个开展了降水监测的城市(区、县)中,出现酸雨的城市比例为40.4%,酸雨频率平均为14.0%。2016年,474个开展了降水监测的城市(区、县)中,出现酸雨的城市比例为38.8%,酸雨频率平均为12.7%。2017年,463个开展了降水监测的城市(区、县)中,出现酸雨的城市比例为36.1%,酸雨频率平均为10.8%。2018年,471个开展了降雨监测的城市(区、县)中,出现酸雨的城市比例为37.6%,酸雨频率平均为10.5%。从以上数据可以看出,在国家积极推进节能减排、大力发展新能源、收紧环保政策的情况下,国家大气污染状况较之前有所好转,但大气污染形势仍旧严峻,大气污染治理不容松懈。


(2)不断加大投入,大气环境治理已成为国家发展战略


随着国家及民众逐渐意识到经济发展与环境保护协同发展的必要性,我国的经济发展模式已由原来的粗放型转变为资源节约、环境友好型。“十一五”时期,我国第一次将能源消耗强度降低和主要污染物排放总量减少作为国民经济和社会发展的约束性指标,环境污染治理上升为国家战略。


2016年3月,《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》提出要发展绿色环保产业,培育服务主体,推广节能环保产品,支持技术装备和服务模式创新,完善政策机制,促进节能环保产业发展壮大。扩大环保产品和服务供给,发展环保技术装备。2017年1月,国务院出台《“十三五”节能减排综合工作方案》,明确了“十三五”节能减排工作的主要目标和重点任务,全国化学需氧量、氨氮、SO2、NOx排放总量分别控制在2,001万吨、207万吨、1,580万吨、1,574万吨以内,比2015年分别下降10%、10%、15%和15%。同时强化节能环保标准约束,严格行业规范、准入管理和节能审查,对电力、钢铁、建材、有色、化工、石油石化、船舶、煤炭、印染、造纸、制革、染料、焦化、电镀等行业中,环保、能耗、安全等不达标或生产、使用淘汰类产品的企业和产能,要依法依规有序退出。2018年7月,国务院印发《打赢蓝天保卫战三年行动计划》,要求持续推进工业污染源全面达标排放,将烟气在线监测数据作为执法依据,加大超标处罚和联合惩戒力度,未达标排放的企业一律依法停产整治。随后,山西、山东、河北、内蒙古、江苏、河南等地纷纷出台地方的《打赢蓝天保卫战三年行动计划实施方案》,推进钢铁等重点行业的超低排放改造工作。


(3)电力及非电行业污染情况


电力行业是大气中SO2和NOx排放的主要来源之一,因为我国电力行业以火力发电企业为主,而火力发电主要是以煤炭作为燃料,煤炭在燃烧过程中会排放大量的SO2和NOx。2018年,我国煤炭消费量同比增长1%,全国的原煤消费总量约为38.3亿吨1。从主要耗煤行业来看,电力行业全年耗煤21亿吨左右,钢铁行业耗煤6.2亿吨,建材行业耗煤5亿吨,化工行业耗煤2.8亿吨2。从上述行业耗煤数量可以看出,电力行业一直是国家大气污染治理的重点。随着国家对火电行业烟气排放的治理、污染物排放技术和装备的发展应用、以及超低排放的全面实施,火电行业已由大气污染控制的重点行业,转变为大气污染防治的典范行业。截至2018年底,全国达到超低排放限制的煤电机组约8.1亿千瓦,占全国煤电总装机容量的80%,火电超低排放改造已步入尾声。


相比煤电行业污染物持续减排,非电行业对我国污染排放影响越来越大,我国钢铁产量占世界的50%,水泥占60%,平板玻璃占50%,电解铝占65%,且分布了40多万台量大面广的燃煤锅炉,城中村、城乡接合部和农村的采暖用煤数量更是惊人。其中,SO2、NOx、烟粉尘的排放量占全国3/4以上。以京津冀及周边7省市地区为例,700多万吨的SO2排放中,非电行业和民用散煤的排放高达580万吨,占了83%,非电行业将成为下一阶段打赢“蓝天保卫战”的关键所在。同时,非电行业污染物排放占工业行业污染物排放的比例已提高到九成,2017年烟粉尘、SO2、NOx排放量达到966万吨、888万吨、1,010万吨,成为大气污染物排放的主要来源。


2018年7月,国务院印发《打赢蓝天保卫战三年行动计划》,要求持续推进工业污染源全面达标排放,将烟气在线监测数据作为执法依据,加大超标处罚和联合惩戒力度,未达标排放的企业一律依法停产整治。随后,山西、山东、河北、内蒙古、江苏、河南等地纷纷出台地方的《打赢蓝天保卫战三年行动计划实施方案》,推进钢铁等重点行业的超低排放改造工作。在政策支持下,非电工业领域提标改造的市场空间逐渐扩大,将成为大气治理下一个风口。


万纯燃气轮机+余热锅炉烟气脱硝工程



二、烟气治行业发展进程

烟气治理行业具有明显的政策导向性,国家环保政策在烟气治理行业的发展进程中起到了巨大的推动作用。我国的烟气治理按行业属性可分为火电行业和非电行业烟气治理两大类。


(1)火电行业烟气治理


火电行业是SO2和NOx排放的最主要的工业部门,是国家烟气治理的重中之重。早在1973年,我国就颁布了《工业“三废”排放试行标准》(GBJ4-73),首次以国家标准的方式对火电厂大气污染物排放提出限值《火电厂大气污染物排放标准》要求。1991年,国家环保部颁布了《燃煤电厂大气污染物排放标准》(GB13223-91),替代了GBJ4-73中有关于火电厂大气污染物排放标准部分。之后,国家分别于1996年、2003年、2011年对上述标准进行了修订,逐渐降低火电厂大气污染物排放限值,火电烟气治理业务得到了迅速发展。


2015年国家环保部、发改委、能源局印发的《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》,要求到2020年,全国所有具备改造条件的燃煤电厂力争实现超低排放(即在基准氧含量6%条件下,烟尘、SO2、NOx排放浓度分别不高于10mg/m3、35mg/m3、50mg/m3)。截至2018年底,全国达到超低排放限制的煤电机组约8.1亿千瓦,占全国煤电总装机容量的80%,电力行业超低排放改造已接近尾声,火电烟气治理市场进入平稳发展阶段。


(2)非电行业烟气治理


与火电行业相比,非电行业受政策关注度不足,烟气治理改造推进稍显缓慢。虽然部分非电行业已采取了一些治理措施,但其排放标准和治理水平远低于火电行业。


非电领域所涉行业较多,各行业烟气工况特性存在很大差异,且排放温度普遍较低、波动范围大,与火电行业相对单一稳定的烟气工况存在较大不同,给非电行业烟气治理技术的研发和应用带来了一定的挑战。近几年,随着低温烟气脱硝治理技术的改进突破、国家对非电行业烟气污染物减排政策的推进,非电行业烟气治理成为大气环境治理的重点,市场需求将呈现出快速增长态势。


万纯垃圾填埋沼气电站SCR脱硝系统


三、脱硝技术


(1)烟气脱硝技术

脱硝技术可以分为燃烧前脱硝、燃烧中脱硝和燃烧后脱硝三种。当前,对燃烧前脱硝的研究很少,几乎所有的研究都集中在燃烧中和燃烧后脱硝。低氮燃烧技术是普遍采用的燃烧中脱硝技术,主要包括低氮燃烧器、空气分级燃烧、燃料分级燃烧和废气再循环等技术。但低氮燃烧技术脱硝效率低,难以适应国家日益严格的氮氧化物排放标准。

燃烧后脱硝技术又被称为烟气脱硝技术。SCR脱硝技术(选择性催化还原脱硝技术)、SNCR脱硝技术(选择性非催化还原脱硝技术)是目前十分成熟的烟气脱硝技术。其中,SCR脱硝技术以其较高的脱硝效率,成为应用最广泛的烟气脱硝技术。
(2)SCR脱硝催化剂

SCR脱硝催化剂是在SCR脱硝过程中促使还原剂与烟气中的NOx在一定温度下发生化学反应,从而选择性地将NOx转化成N2和H2O的重要物质,是脱硝系统的核心部件。工程化应用的SCR催化剂基本上是以TiO2(二氧化钛)为载体,以V2O5(五氧化二钒)为主要活性成份,多采用平板式、蜂窝式和波纹式等结构。

SCR脱硝技术是火电行业广泛采用的烟气脱硝技术,其使用的高温SCR脱硝催化剂常规治理温区一般为320℃-400℃,如果SCR反应器入口烟气温度低于这个温区,就会使得SCR脱硝催化剂活性无法始终维持在最佳状态,从而导致还原剂氨的逃逸量增加,降低脱硝效率。同时,逃逸的氨会和烟气中的SO3在一定的温度下(通常为250℃以下)发生化学反应,生成NH4HSO4,液态的NH4HSO4具有很强的黏性,会吸附飞灰附着在催化剂表面,影响催化剂的催化功能,进一步降低SCR脱硝系统的脱硝效率。

非电行业所含行业较多,受不同行业生产工艺等条件的影响,各行业的烟气状况具有不同的特点。焦炉烟道废气具有烟气温度较低(多数在200℃-250℃之间)、烟气成分复杂、烟气NOx含量差别大等特点。钢铁烧结烟气具有烟气温度低且变化范围大(一般在120℃-180℃之间)、烟气量大且分布不均匀、烟气中SO2浓度变化大、烟气成分复杂等特点。水泥窑“原始”烟气温度较高(300℃以上),但存在含尘量大、含有大量碱和碱土金属等特点,而高尘容易堵塞、磨损催化剂,碱金属则易使催化剂表面封堵或中毒,十分不利于高温SCR脱硝;如果将SCR脱硝反应器布置在除尘器后,此时烟气温度又会被降低至高温催化剂常规治理温区之下。所以对于非电行业主要的几个细分行业来说,若使用高温SCR脱硝催化剂,就需要对烟气进行加热,会大幅增加企业的运营成本。

相比而言,低温SCR脱硝催化剂在较低的温度条件下仍能保持很高活性,在保证满足脱硝效率的前提下,能够避免或减少非电行业企业对烟气进行加热。所以,非电行业使用低温SCR脱硝催化剂可以有效帮助企业降低能耗、节约能源、完成污染物NOx的达标排放改造,具有明显的竞争优势和社会、经济价值。

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