摘要：三菱动力株式会社（以下简称“三菱动力”）是世界上唯一一家能够提供脱硝装置（SCR）、脱硫装置、电动集尘装置等综合排烟处理系统AQCS的制造商，致力于为保护环境作贡献。随着世界各国在废气和废水方面的法规日益严格，需要进一步强化脱碳措施。对此，有发展前景的对策技术是：①对氢能社会作贡献的高效脱硝设备；②脱硫设备的废水零液体排放装置（作为加强发电厂废水管理的对策）；③脱硫洗涤器（作为加强船舶发动机废气管理的对策）。本文将对这三种技术的最新动态进行介绍。

1、高效脱硝装置

三菱动力在燃气轮机联合循环（GTCC）用脱硝装置中实现了95%以上的高效脱硝。这一成果是通过采用以下技术和结构实现的：①氨/NOx失衡减少技术（高性能氨注入喷嘴、高性能废气混合器）；②与高效脱硝相对应的废气密封结构。此外，计划在即将到来的脱碳社会中将③高效脱硝技术应用于以氢和氨为燃料的燃气轮机发电设备中。以下，对高效脱硝技术进行详细介绍。

1.1 高效脱硝技术

① 氨/NOx（摩尔比）失衡减少技术

脱硝装置向发电设备等产生的含NOx废气中注入氨，利用脱硝催化剂通过下列化学反应分解成氮和水。

式(1).png

为了使NOx和氨在1:1的比例下反应时实现95%以上的高效脱硝，必须降低氨注入时的摩尔比失衡，尽可能与废气中的NOx完全混合。三菱动力开发并采用了一种混合器来减少摩尔比失衡，从而成功实现了95%以上高效脱硝的实用化，该混合器考虑到氨注入时温度上升引起的摩尔比失衡，并利用高性能氨注入喷嘴和回旋流。

② 与高效脱硝相对应的废气密封结构

用于GTCC的脱硝装置在余热回收锅炉（HRSG）内组装有脱硝装置，在设计催化反应器时需要考虑HRSG的热伸长。然而，在这种结构中，生成的废气会穿过间隙而不与脱硝催化剂接触，因此通过改变HRSG内的废气密封结构，成功地减少了气体泄露（气体渗流）。

③ 脱硝技术在氢和氨燃烧中的应用

今后，如果使用氢气或氨气作为燃料应用于燃氢或氨GTCC以减少二氧化碳排放，则燃气轮机的Nox排放量会比过去使用的天然气等高，因此需要更高效的脱硝装置。由于这种高效脱硝装置在脱硝装置入口处的NOx浓度高于以天然气为燃料的普通GTCC，因此计划应用催化技术来应对增加的氨注入量并降低摩尔比失衡。

1.2 高效脱硝实绩

三菱动力已向其高砂工厂内的实证设备复合循环发电厂（第二T地点）交付了脱硝效率超过95%的设备。该设备通过采用氨/NOx失衡降低技术和与高效脱硝装置相对应的废气密封结构，实现了95%以上的脱硝率（图1）。

图1 用于高砂工厂内实证设备复合循环发电厂（第二T地点）的脱硝装置

2、为降低环境负荷作贡献的废水零液体排放设备WSD的介绍

近年来，世界各国为保护健康和改善水质，加强了对各领域工业设施废水排放的监管，增加了管制对象，并降低了管制浓度，例如美国的ELG’s（Effluent Limitation Guidelines and Standards）、中国的水污染防治行动计划（水十条）、日本的水质污染防止法、欧洲的BREF（Best Available Techniques Reference）等。

对在湿式石灰石膏法脱硫装置中生成的副产石膏进行脱水时会生成滤液。此前，火力发电厂会在废水处理设备中使用化学药品对重金属或其他有害成分进行高度处理以达到规定基准值以下后，再将滤液排放到河川、湖沼和海域中。但是，如上所述，近年来随着废水相关法规的加强，对干式排烟处理技术和废水零液体排放技术（ZLD）的需求不断增长，三菱动力开发了一种废水零液体排放（WSD）技术，以为减轻环境负荷作贡献。该技术通过使湿式排烟脱硫装置的废水与工厂废气热源接触，高效且廉价地使湿式排烟脱硫装置的废水排放为零。

图2示出WSD的流程。将空气加热器（AH）入口的一部分抽气废气吸入到WSD罐体内，同时使脱硫滤液废水液滴化，并将其喷出以与废气接触，从而使废水在同一罐体内蒸发凝固。然后，将该废气返回到AH出口烟道，由干式电动集尘机（ESP）去除蒸发后的盐粒子。该WSD的特征如下：

① 由于可以利用工厂废气的热量实现高效废水零液体排放，因此不需要其他ZLD方法所需的蒸汽热源等公用能源。

② 通过在连接WSD罐体和主烟道系统的管道中安装减震器，必要时关闭减震器并切断WSD系统，从而能够在发电设备运行过程中对WSD内部进行清洁和维护。因此，整个发电设备可以稳定运行。

③ 能够以AH的压差为驱动力，将废气吸入到WSD罐体内，无需WSD系统管道专用送气风扇，因此可简化设备结构。

图2 WSD流程图

三菱动力在2016年之前完成了WSD基础研究（盐水液滴蒸发速度的延迟预测、蒸发盐的潮解性抑制、重金属的溶出防止处理方法）和小规模试验实证^（1），并通过同时分析热流动和盐水滴蒸发的模拟方法，实现了实机设备的适当容量设计（图3）。

图3 WSD罐体内部废水液滴蒸发模拟分析实例

经过该研究，2017年与中国EPC制造商“北科欧远”公司合作，在中国山西省临汾发电厂（发电量350MW的燃煤发电设备）建设了WSD一号机并已开始运行（脱硫废水处理量5t/h）。“北科欧远”公司还负责发电厂的运行和维修（O&M），通过适当调整基于运行数据管理的运行控制条件和维修频率，现在也可以继续长期稳定运行而不会在WSD出口管道中发生堵塞（图4）。

图4 WSD实机开放检查时的出口管道内部照片

表1示出WSD的订单实绩。目前在中国和美国共收到了14台WSD的订单，除此之外还在进行许多商谈。

作为下一项举措，正在探讨如何使WSD与脱硫废水的浓缩减容装置相结合的技术投入实际使用。在废水零液体排放设备的前流侧浓缩脱硫废水并减少其容量的方法有以下两种：①通过脱硫装置增加石膏脱水后的滤液返回至吸收塔时的返送量；②使从脱硫装置排出的废水通过反渗透膜（RO膜），提取Brine浓缩液并减少其体积。为了延长膜的寿命，保证稳定运行，正在进行RO膜的种类和透水压力的选择、以及反洗频率和用于防止结垢/积垢的预处理方法的优化。

图5示出各ZLD方式的设备成本+运行成本的比较。由图可知，WSD相对于传统型具有总成本优势。当组合使用RO膜浓缩装置+WSD时，与单独使用WSD相比，可以大幅降低电力成本（热源）和设备成本。这是通过减少废水量和所需热源量来节省能源和降低ZLD设备尺寸的效果。组合RO膜浓缩装置+WSD时，在RO膜浓缩的预处理中，药剂成本正在增加，目前正在探讨如何降低该组合的成本。

图5 设备成本与运行成本的比较

（传统型、WSD、RO浓缩+WSD）

本文中介绍的WSD不仅适用于火力发电设备，也适用于工业用废气处理设备的废水零液体排放技术。因此，今后将以WSD应用于这些设备为目标，致力于为环境和节能作出贡献。

3、符合IMO规定的船载脱硫洗涤器的介绍

从2020年1月起，根据国际海事组织（IMO）制定的规则，对各海域船舶使用的燃料油中的硫磺成分进行了严格规定。通过将研究多年而成的陆上锅炉用方形排烟脱硫装置用于船舶，三菱动力的船载脱硫洗涤器尤其配置于大型集装箱船时具有优势，并且可以在不损失货物的情况下进行安装。此外，可以获得符合所有海域规定的高脱硫效率，包括排放法规特别严格的ECA（Emission Control Area）。到目前为止，已经收到了45台订单，为减少全球海域的地球环境负荷作出贡献。下文中将对船载脱硫洗涤器的最新情况进行介绍。

3.1 舶用脱硫洗涤器的特征

船用脱硫洗涤器有三种类型：（1）将海水作为吸收液一次性送入吸收塔的开环方式；（2）使用循环液（使用烧碱等药剂）的闭环方式；（3）组合使用开环方式和闭环方式的混合方式。除了符合ECA规定值的开环方式外，三菱动力还具有混合方式的订单实绩。在禁止船外废水的区域（Non-Discharge Area），该混合方式洗涤器可以通过废水零排放运行技术被使用。此外，产品阵容已通过开发设计扩大到比现有型号更小的范围。

图6示出船用脱硫洗涤器的外观图。由于方形吸收塔的纵横比可以相对自由地改变，因此对于空间有限的船舶来说能够实现最佳配置，并且与圆柱形洗涤器相比具有更高的容积效率。最重要的是，对于大型集装箱船，可以在不降低集装箱装载量的情况下安装洗涤器，且因其呈方形，在配置方面具有很大优势。图7示出在大型集装箱船上安装洗涤器的配置图。该船为两岛式大型集装箱船，居住舱室与发动机外壳相互独立，发动机外壳内收纳有洗涤器主体，且能够在不减少集装箱装载量的情况下进行配置。

图6 船用脱硫洗涤器外观

图7 在大型集装箱船上安装洗涤器的配置示意图

此外，为了在维修时节省劳力，三菱动力的洗涤器采用多流方式，从而可以最大限度地减少设备数量，该多流方式在一个塔内处理来自多个发动机的气体。而且，考虑到塔内工作的危险性，选择并采用了喷嘴结构，通过该结构，不易发生因堵塞而需要维修塔内的情况。

3.2 搭载工程

不同于一般供应船用脱硫洗涤器的厂家，三菱动力的合作伙伴三菱造船株式会社还将为寻求在计划船舶上更快、更简单、更可靠地安装脱硫洗涤器的客户提供搭载工程，并提出与计划船舶相适配的搭载方案。

3.3 搭载后的支持和售后服务

作为对搭载工程后需要对接的客户支持，三菱动力正在加强船用洗涤器的售后服务，包括访船检查，在与海外发电厂的商务网络进行合作的同时，推进搭载后的售后工作。

4、未来展望

在全球脱碳潮流的背景下，对新一代环保技术产品的需求日益增加。三菱动力作为综合排烟处理系统（AQCS）的供应商，今后将根据引进国家的法规和工厂的情况，继续提出最佳系统，为减少环境负荷作出贡献。

参考文献：

（1）香川晴治等，脱硫装置中废水零液体排放技术的开发，三菱重工技报，Vol.52，No.4（2015）

为氢能社会作贡献的催化技术和为降低环境负荷作贡献的AQCS最先进技术