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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

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,

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