燃气轮机脱硝技术现状及发展趋势.doc

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1、燃气轮机脱硝技术现状及发展趋势摘要：随着燃气轮机的快速发展及其装机总量的不断提升,燃气轮机NOx排放控制技术受到越来越广泛的关注。汇总分析了国内外NOx排放标准以及主要的NOx控制技术。选择性催化还原(SCR)技术是应用最广泛的尾部烟气脱硝技术,但因燃气轮机的烟气NOx含量低且氧含量高,余热锅炉空间结构狭窄等特点,传统SCR催化剂难以直接应用。详细介绍了燃气机组SCR脱硝催化剂应用现状和国内外相关研究进展,研究发现低温活性和抗水性是燃机脱硝催化剂的重要研究方向。1 国内外燃气轮机脱硝现状20 世纪80 年代，燃气轮机技术在世界上迅速发展，由于其高效率、低污染、大功率等特点，该技术在众多发达国家

2、中广泛应用。美国电力协会年度报告显示，近期新增装机中，天然气发电占总装机容量的43%。天然气发展“十三五”规划明确了2020年天然气发电装机规模达到1. 1 亿kW 以上，占发电总装机比例超过5%。大量燃气联合循环机组的新增，以及NOx排放标准的日益严格，必然会对燃机脱硝技术提出更高的要求。燃气轮机的主要污染物为燃烧过程中产生的氮氧化物( NOx) 。2011年发布的GB 132232011火电厂大气污染物排放标准要求燃气机组的NOx排放浓度50mg /m3。在排放要求更为严格的区域，如北京，NOx排放则要求在30mg /m3以下。美国新能源性能标准( NSPS)要求重型燃机NOx排放浓度30

3、 mg /m3。由于不同型号燃机的燃烧方式不同，NOx的排放浓度也不同。对于9FA/B 型燃机，均采用DLN技术，NOx排放浓度可满足现有标准。而9E、6B 型燃机的燃烧方式为扩散燃烧，其NOx排放浓度可达160220mg /m3，远超环保规定排放标准。目前国外的大型燃机机组，通常采用DLN 燃烧器加SCR 脱硝系统，NOx排放浓度5 L/L。2 燃机系统主要脱硝技术及特点燃机脱硝方式可以分为两类: 一类是燃烧过程中降低NOx生成，如燃烧时注水或蒸汽法、端部贫燃料燃烧( lean head end，LHE) 、干式低NOx燃烧技术( DLN) 等; 另一类是尾部烟气脱硝技术，主要有SCR和SN

4、CR，其中SCR技术被广泛应用于火电厂。2.1 燃烧过程中降低NOx的方法2.1.1 燃烧时注水或蒸汽该技术原理为向燃烧器的高温燃烧区内注入水或蒸汽，通过水和蒸汽对热量的吸收作用降低该区域的温度，从而减少热力型NOx的产生。水燃料比是最重要的参数之一，其过低时达不到NOx减排效果，过高时不完全燃烧产物CO和未燃尽的碳氢化合物( UHC) 的增多，则会严重影响燃机效率。Wei等采用直接在缸内注水的方法，在水燃料比为0.15 的条件下，NOx排放减少5%。另一种方法是缸前加水，这种方法被用在不同种类的内燃机，如柴油机。2.1.2 干式低NOx燃烧技术DLN技术通过设计改进燃烧器以及控制空气/燃料比

5、和其他过程变量，以实现控制燃烧反应的峰值温度，从而减少NOx的生成。但随着燃烧温度的降低，燃烧火焰的稳定性降低，CO及UHC排放随之增加，燃机效率下降。周国兴等通过对现有300 MW燃气-蒸汽联合循环机组进行改造，改用DLN1.0燃烧系统后，实测NOx排放体积分数25时，催化剂在50200时NOx转化率接近100%，且有较好的抗H2O性。BET和XRD表征结果显示: Cu-Mn催化剂的催化活性主要取决于比表面积和结晶特性。Jiang等通过溶剂热法合成Cu-MOF-74-iso-80( 共溶剂为异丙醇，制备温度80) ，在230下具有97.8%的NO转化率和100%的N2选择性。表征结果显示，C

6、u-MOF-74 具有较大的比表面积和较强的NH3吸附能力。通入5%H2O时催化剂活性有一定程度的降低，但随着H2O的移除，NOx转化率迅速恢复。3.2.3 铁基脱硝催化剂马万军等以FeSO4为活性材料，掺杂一定量的WO3的锐钛矿型TiO2，制备了燃机用铁基硫酸盐催化剂。应用数据显示: 硫酸铁盐催化剂脱硝效率最高仅为60. 77%，可能与所处温度较低以及实际烟气NOx浓度低有关。Qi 等通过传统离子交换法制备了Fe-ZSM-5催化剂，并研究了掺杂Pt、Rh和Pd对催化剂活性的影响。研究表明: Pt /Fe-ZSM-5 催化剂效果最好，在250、11000h-1空速的条件下NOx转化率达到90%

7、以上，且通入2.5%H2O和285mg /m3SO2，催化剂活性变化不大，但N2选择性略有下降。3.2.4 钒基脱硝催化剂Du 等通过浸泽法制备了V2O5 /TiO2催化剂，研究了Sb和Nb掺杂对催化剂性能的影响。结果表明，S 和Nb都可以增加催化剂对H2O和K2O的抗性，二者同时负载时效率更高。实验结果显示，温度在350 时，通入15% H2O的条件下，NOx转化率85%，温度在350以下时效率不佳。王志民等研发的低温脱硝催化剂，以TiO2掺杂Al2O3、SiO2或ZrO2中的一种或多种为载体，以玻璃纤维为骨架，以钒复合钨、钼、铈、锰、铌或磷中的一种或多种为活性组分，在150300温度范围内

8、保持85%以上的NOx转化率，且具有较强的抗水性，在低温下可长期使用。亚太环保开发的蜂窝催化剂，TiO2载体掺杂V2O5与WO3，在200 脱硝效率稳定在85%以上，SO2转化率1%，氨逃逸率2.3mg /m3，且抗中毒性能高。4 结论与建议SCR 技术是最广泛应用于烟气后脱硝技术，而目前对适用于燃气轮机的SCR 催化剂的研究仍较少。相比燃煤机组，燃气轮机的烟气具有其显著特征，研究出具有自主知识产权的适合燃气机组的脱硝催化剂十分重要，本文提出以下几点建议:1) 燃气轮机烟气的NOx浓度远低于燃煤机组，在低浓度下具有较高脱硝效率的催化剂需进一步研究。2) 燃气轮机烟气最低温度远低于燃煤机组，进一步提升SCR 催化剂的低温活性是一个重要研究方面。3) 相比燃煤机组，燃气机组烟气中SO2可忽略不计，但烟气中H2O含量较高，因此所研究的催化剂需有较好的抗水性。5