1 台 ) 签 订 了 首 个 合 同 并 在 2008 年 交 付 触 媒 之 后, 在 2008 年 春 又 就 1 个 项 目 (PJ)( 350MW 2 台 ) 签 订 合 同, 并 于 2009 年 春 交 付 触 媒 其 后, 考 虑 到 中 国 巨 大 规 模 的 市 场, 实 施 了

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1 4. 中 国 引 进 NOx 排 放 对 策 技 术 的 事 例 4.1 电 力 行 业 NOx 排 放 对 策 技 术 引 进 事 例 日 挥 触 媒 化 成 ( 北 京 ) 商 贸 有 限 公 司 1. 前 言 中 国 固 定 发 生 源 气 体 排 放 控 制 政 策 始 于 2004 年 的 SOx 排 放 量 限 制 值 的 出 台, 这 一 政 策 促 进 了 排 烟 脱 硫 装 置 的 安 装 排 烟 脱 硫 装 置 的 安 装 于 年 达 到 高 峰, 现 已 基 本 完 成 在 NOx 的 对 策 方 面, 我 公 司 从 2004 年 就 开 始 了 前 期 市 场 调 研, 当 时 业 界 对 NOx 本 身 尚 不 太 了 解 在 NOx 对 策 方 面, 当 时 有 传 闻 北 京 奥 运 会 前 要 出 台 相 关 政 策, 我 们 开 始 对 SNCR 及 SCR 进 行 了 研 究, 终 于 于 2012 年 1 月 1 日 开 始 实 施 了 符 合 补 助 资 金 的 控 制 措 施 关 于 中 国 的 NOx 对 策,5 大 电 力 集 团 旗 下 的 工 程 公 司 于 2005 年 秋, 就 世 界 主 流 SCR 触 媒 技 术 向 我 公 司 进 行 了 洽 询, 从 那 时 起, 大 城 市 及 沿 海 地 区 出 现 了 安 装 SCR 装 置 的 动 议 此 后,SCR 装 置 逐 渐 开 始 安 装 据 中 国 环 保 部 的 公 开 资 料, 截 止 2011 年 3 月, 已 安 装 SCR 装 置 的 电 力 设 施 容 量 达 到 91,000MW( 见 表 1) 另 外,2015 年 前 中 国 新 建 及 现 有 电 力 设 施 中, 共 有 817,000MW 的 火 力 发 电 设 施 的 NOx 需 要 处 理, 今 后 将 采 取 何 种 措 施 倍 受 关 注 表 1 中 国 SCR 装 置 安 装 情 况 已 安 装 SCR 装 置 的 设 备 容 量 (MW) 2005 年 以 前 3, 年 年 5, 年 5, 年 4, 年 18, 年 37,045 截 至 2011 年 3 月 15,660 合 计 91, 中 国 煤 碳 火 力 发 电 厂 触 媒 引 进 事 例 如 上 所 述, 本 公 司 自 2005 年 的 最 初 洽 询 之 后, 逐 渐 为 人 所 知,2007 年 春, 就 SCR 用 触 媒 (300MW 129

2 1 台 ) 签 订 了 首 个 合 同 并 在 2008 年 交 付 触 媒 之 后, 在 2008 年 春 又 就 1 个 项 目 (PJ)( 350MW 2 台 ) 签 订 合 同, 并 于 2009 年 春 交 付 触 媒 其 后, 考 虑 到 中 国 巨 大 规 模 的 市 场, 实 施 了 触 媒 制 造 技 术 许 可 的 工 作, 因 此, 针 对 燃 煤 火 力 发 电 厂 的 业 绩 只 有 2 个 项 目, 以 下 将 就 其 进 行 介 绍 安 装 事 例 1 安 装 地 点 广 东 省 截 止 2012 年 2 月 底 的 运 行 状 况 施 工 中 照 片 NOx 对 策 SCR 设 施 容 量 300MW 1 座 开 始 运 行 时 间 2008 年 还 原 剂 尿 素 尿 素 保 证 脱 硝 率 80% 以 上 80% 以 上 保 证 SO2/SO3 氧 化 率 1% 以 下 1% 以 下 保 证 Leak NH3 3ppm 以 下 3ppm 以 下 保 证 时 间 8,000 小 时 以 上 已 运 转 约 4 年 本 项 目 截 止 2012 年 2 月 底 仍 在 正 常 运 行 中, 虽 然 自 2008 年 开 始 运 行 起 已 经 过 了 近 4 年 时 间, 但 性 能 仍 维 持 良 好 状 态, 获 得 好 评 安 装 事 例 2 安 装 地 点 海 南 省 截 止 2012 年 2 月 底 的 运 行 状 况 施 工 中 照 片 NOx 对 策 SCR 设 施 容 量 350MW 2 座 开 始 运 行 时 间 2009 年 还 原 剂 尿 素 尿 素 保 证 脱 硝 率 60% 以 上 60% 以 上 保 证 SO2/SO3 氧 化 率 1% 以 下 1% 以 下 保 证 Leak NH3 3ppm 以 下 3ppm 以 下 保 证 时 间 24,000 小 时 以 上 已 运 转 约 3 年 本 项 目 从 2009 年 开 始 运 行 起 已 经 过 了 3 年, 借 助 CFD( 电 脑 流 动 分 析 ), 及 时 发 现 了 难 以 发 现 的 燃 气 偏 流, 对 装 置 上 的 偏 流 对 策 需 要 进 行 改 进,SCR 设 计 及 施 工 公 司 目 前 正 在 进 行 相 关 作 业 本 公 司 脱 硝 触 媒 技 术 的 特 点 是, 基 于 40 年 积 累 的 技 术 及 经 验, 高 性 能 长 寿 命, 只 要 装 置 本 身 不 出 问 题, 可 以 象 事 例 1 那 样, 即 便 过 了 保 证 期, 性 能 也 不 会 急 剧 下 降 130

3 最 近 的 洽 询 项 目 ( 标 准 ) 安 装 地 点 - NOx 对 策 设 施 容 量 保 证 脱 硝 率 保 证 SO2/SO3 氧 化 率 保 证 Leak NH3 保 证 时 间 SCR 300MW~600MW 80% 以 上 1% 以 下 3ppm 以 下 24,000 小 时 以 上 最 近 的 洽 询 项 目 基 本 上 都 是 新 建 项 目, 大 容 量 设 施 较 多 中 国 的 火 力 发 电 以 煤 碳 为 主, 且 煤 炭 品 质 比 日 本 差, 含 Ash 成 分 较 多 因 此, 今 后 在 SCR 技 术 方 面, 要 充 分 考 虑 中 国 的 煤 碳 情 况 ( 高 尘 埃 ), 在 设 备 上 要 采 取 相 应 措 施, 另 外, 触 媒 损 耗 的 应 对 方 法 也 在 研 讨 中 3. 建 议 日 本 自 上 世 纪 70 年 代 实 施 氮 氧 化 物 排 放 限 制 以 来, 针 对 各 种 课 题 进 行 了 技 术 革 新 上 述 含 有 高 浓 度 尘 埃 的 气 体 排 放, 由 于 尘 埃 吸 附 会 导 致 触 媒 功 能 降 低, 如 第 3 章 1.3(8) 所 述, 我 们 采 取 了 触 媒 形 态 改 进 或 设 置 煤 烟 鼓 风 机, 以 及 基 于 实 绩 的 装 置 内 部 改 进 管 路 设 置 等 各 种 措 施 另 外, 在 现 有 设 备 中 加 装 排 气 脱 硝 装 置 时, 如 何 确 保 新 的 安 装 空 间 是 待 解 决 的 课 题, 我 们 采 用 在 空 气 预 热 器 上 方 安 装 脱 硝 反 应 器 等 措 施, 有 效 利 用 了 空 间 在 发 电 设 备 负 荷 降 低 时, 如 何 应 对 脱 硝 效 率 下 降 也 是 需 要 解 决 的 课 题 实 际 上 中 国 国 内 的 煤 碳 火 力 发 电 厂 夜 间 低 负 荷 运 行 时 排 放 气 体 的 温 度 会 降 低, 会 导 致 脱 硝 触 媒 的 性 能 无 法 充 分 发 挥, 通 过 在 省 煤 器 设 置 旁 路, 可 维 持 脱 硝 所 需 的 必 要 温 度 中 国 在 引 进 排 气 脱 硝 装 置 时, 通 常 采 用 招 投 标 方 式, 一 些 缺 乏 实 绩 技 术 实 力 不 强 的 企 业 也 参 与 了 投 标 投 标 时 要 预 见 到 以 上 课 题, 充 分 做 好 标 书, 这 一 点 很 重 要 如 果 能 按 照 适 当 的 技 术 规 格 引 入 脱 硝 设 备, 尽 管 初 期 资 金 投 入 较 大, 但 可 以 预 防 上 述 问 题 的 发 生, 从 而 降 低 维 护 管 理 成 本, 确 保 排 气 脱 硝 设 备 的 稳 定 运 行 131

4 4.2 中 国 烧 结 机 排 气 干 式 脱 硫 脱 硝 技 术 引 进 事 例 住 友 重 机 械 工 业 株 式 会 社 1. 绪 言 大 容 量 燃 烧 排 气 的 脱 硝 技 术 通 常 采 用 Ti-V 系 的 金 属 触 媒 (SCR 触 媒 ) 的 还 原 反 应 但 是 为 了 发 挥 SCR 触 媒 的 效 果, 需 要 300 以 上 高 温 火 力 发 电 厂 锅 炉 空 气 加 热 器 上 流 的 气 体 温 度 高 达 300~400, 是 SCR 触 媒 的 性 能 充 分 发 挥 的 最 佳 温 度 另 外, 生 产 炼 钢 厂 高 炉 原 料 烧 结 矿 的 烧 结 机 在 进 行 排 气 处 理 时, 其 排 气 温 度 低 于 锅 炉, 通 常 在 100~150 左 右, 因 此, 在 烧 结 机 排 气 使 用 SCR 触 媒 时, 需 要 对 排 气 进 行 升 温, 这 样 就 会 加 大 成 本 近 照 片 1 脱 硫 脱 硝 装 置 全 景 年 来, 作 为 SCR 脱 硝 技 术 的 换 代 技 术, 活 性 炭 脱 硝 技 术 受 到 业 界 关 注 活 性 炭 法 不 仅 能 脱 硝, 还 能 脱 硫 脱 二 恶 英 除 尘, 并 能 消 除 水 银 等 挥 发 性 重 金 属 由 于 本 方 法 在 低 温 下 也 能 发 挥 作 用, 在 日 本 多 用 于 烧 结 机 排 气 处 理 中 国 的 太 原 钢 铁 有 限 公 司, 在 烧 结 机 的 排 气 处 理 上 首 次 引 进 了 活 性 炭 法,2010 年 8 月 开 始 正 式 运 行 照 片 1 为 该 公 司 引 进 的 干 式 脱 硫 脱 硝 装 置 全 景 该 公 司 此 后 又 引 进 了 一 套 同 样 的 并 行 装 置, 目 前 两 套 设 备 运 行 顺 利 本 文 对 太 原 钢 铁 有 限 公 司 引 进 的 干 式 脱 硫 脱 硝 装 置 做 一 简 要 介 绍 另 外, 对 近 年 来 受 到 业 界 关 注 的 半 干 式 脱 硫 法 中 附 加 SCR 脱 硝 法 的 一 体 化 系 统 及 活 性 炭 法 的 维 护 管 理 费 用 做 一 比 较 分 析 2. 活 性 炭 移 动 层 式 脱 硫 脱 硝 技 术 主 要 设 备 构 成 如 图 1 所 示 由 去 除 有 害 物 质 的 吸 附 塔 使 活 性 炭 再 生 的 脱 离 塔 以 及 使 活 性 炭 循 环 使 用 的 一 体 化 系 统 构 成 在 现 有 烧 结 机 上 加 装 本 设 备 时, 通 常 需 要 在 主 鼓 风 机 (MB) 的 下 流 一 侧 安 装 升 压 通 风 机 (BUF), BUF 的 下 流 一 侧 安 装 脱 硫 脱 硝 设 备 另 外, 还 需 加 装 一 套 副 产 品 回 收 设 备, 从 活 性 炭 再 生 时 脱 离 出 的 硫 氧 化 物 中 回 收 石 膏 或 硫 酸 等 有 用 物 质 132

5 吸 附 反 应 工 艺 脱 离 再 生 工 序 烧 结 排 气 吸 附 塔 处 理 排 气 烟 囱 副 产 品 回 收 工 艺 升 压 通 风 机 AC 传 送 装 置 SO2 浓 缩 气 体 副 产 品 回 收 装 置 处 理 排 气 脱 离 塔 空 气 AC 筛 分 机 副 产 品 硫 酸 石 膏 热 风 炉 尘 埃 回 收 设 备 图 1 活 性 炭 干 式 脱 硫 脱 硝 工 艺 示 意 图 本 工 艺 所 使 用 的 活 性 炭 如 照 片 2 所 示 平 均 直 径 9mm, 长 度 10~15mm, 呈 圆 柱 形 选 用 活 性 炭 时 最 重 要 的 指 标 是 SO2 的 吸 附 能 力 燃 点 及 强 度 照 片 2 活 性 炭 3. 干 式 脱 硫 脱 硝 装 置 设 计 概 要 3.1 主 体 设 备 此 处 的 主 体 设 备 是 指 吸 附 塔 脱 离 塔 及 活 性 炭 循 环 的 一 体 化 系 统 首 先 必 须 确 定 吸 附 塔 的 容 量, 即 活 性 炭 的 有 效 容 量 确 定 有 效 容 量 的 必 需 条 件 是 表 1 所 示 的 吸 附 塔 入 口 的 排 气 条 件 各 种 有 害 物 质 的 消 除 要 求 及 所 使 用 的 活 性 炭 的 性 能 以 这 些 条 件 为 参 数, 才 能 确 定 吸 附 塔 的 容 量 及 活 性 炭 循 环 量 其 次 是 要 根 据 活 性 炭 的 循 环 量 来 确 定 一 体 化 系 统 的 运 送 能 力 再 考 虑 好 用 脱 离 塔 活 性 炭 再 生 所 需 的 传 热 面 积 再 生 后 活 性 炭 冷 却 所 需 的 传 热 面 积, 这 样 就 可 以 确 定 脱 离 塔 的 大 小 尺 寸 了, 至 此 主 要 设 备 的 规 格 就 确 定 好 了, 再 依 次 确 定 附 属 设 备 的 规 格 即 可 133

6 表 1 吸 附 塔 入 口 排 气 条 件 项 目 单 位 吸 附 塔 入 口 排 气 条 件 最 大 值 平 均 值 设 计 值 备 注 排 气 流 量 m 3 N-wet/h 1,444,000 1,369,000 1,444,000 BUF Inlet 排 气 压 力 kpa BUF Outlet 排 气 温 度 BUF Inlet 煤 尘 mg/m 3 N-dry O2 %-dry CO2 %-dry 6* 6* CO %-dry N2 %-dry Balance Balance H2O % SO2 mg/m 3 N-dry SO3 mg/m 3 N-dry 微 量 微 量 NOx mg/m3n-dry HCl mg/m3n-dry 40* 40* HF mg/m3n-dry 2.5* 2.5* PCDD/F ng-teq/m3n-dry 1.5* 1.5* Hg μg/m 3 N-dry 微 量 微 量 3.2 硫 酸 回 收 设 备 上 述 工 艺 中 作 为 副 产 品 回 收 的 有 石 膏 或 硫 酸, 太 原 钢 铁 有 限 公 司 选 定 了 硫 酸 通 常 期 ( 春 季 夏 季 秋 季 ) 的 硫 酸 产 品 纯 度 为 98%, 冬 季 由 于 要 考 虑 防 止 冻 结, 所 以 将 硫 酸 产 品 纯 度 定 为 92.5% 日 本 国 内 以 回 收 石 膏 者 居 多 4. 运 行 情 况 介 绍 4.1 脱 硫 脱 硝 性 能 的 时 间 性 变 化 及 保 证 性 能 活 性 炭 在 排 气 开 始 后 脱 硫 性 能 及 脱 硝 性 能 逐 渐 上 升, 此 现 象 称 为 在 线 激 活 图 2 所 示 为 NH3 注 入 开 始 后 脱 硝 性 能 随 时 间 的 变 化 情 况 脱 硫 率 已 超 过 了 承 诺 的 保 证 性 能 95% 脱 硝 率 从 图 上 可 看 出, 呈 逐 渐 上 升 趋 势,NH3 注 入 开 始 后 约 3 周 时 间 即 达 保 证 值 33% 一 个 月 后 的 2010 年 12 月 6 日 ~10 日, 平 均 脱 硫 率 达 到 97%, 平 均 脱 硝 率 达 到 42% 表 2 所 示 为 保 证 性 能 与 实 测 值 各 项 性 能 数 据 为 排 气 开 始 约 4 个 月 后 的 实 测 结 果 所 有 项 目 皆 超 过 了 承 诺 的 保 证 性 能, 证 明 活 性 炭 移 动 层 法 用 于 处 理 含 有 多 种 有 害 物 质 的 排 气 是 有 效 的 另 外, 134

7 所 回 收 的 硫 酸 作 为 工 业 用 硫 酸, 其 质 量 得 到 保 障, 已 在 该 公 司 炼 钢 厂 内 有 效 使 用 图 図 2 NH3 注 3 入 开 開 始 後 后 の 脱 硫 脱 硝 性 能 の 的 経 经 時 时 変 性 化 变 化 脱 硫 率 (%) 脱 硝 率 (%) 脱 硝 率 60 脱 硫 率 保 证 証 脱 硝 率 (33%) (33%) /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /12/ /12/06 DATE 表 2 保 证 性 能 与 性 能 实 测 结 果 保 证 项 目 保 证 值 实 测 值 判 定 SO2( 脱 硫 ) NOx( 脱 硝 ) 烟 囱 入 口 浓 度 mg/m 3 N-dry 合 格 脱 硫 率 % 合 格 烟 囱 入 口 浓 度 mg/m 3 N-dry 合 格 脱 硝 率 % 合 格 煤 尘 烟 囱 入 口 浓 度 mg/m 3 N-dry 合 格 PCDD/F 烟 囱 入 口 浓 度 ng-teq/m 3 N-dry 合 格 NH3 Slip 烟 囱 入 口 浓 度 ppm-dry 合 格 回 收 硫 酸 纯 度 等 级 % 98 一 等 品 一 等 品 合 格 4.2 维 护 管 理 费 用 以 单 位 时 间 平 均 使 用 量 推 算 出 的 维 护 管 理 费 用 如 表 3 所 示 其 中, 活 性 炭 粉 可 以 作 为 燃 料 再 利 用, 硫 酸 可 在 炼 钢 厂 内 使 用 因 此, 一 年 的 维 护 管 理 费 用 为 4,880 万 元, 换 算 成 每 ton 烧 结 矿 约 为 9.38 元 /t-s 另 外, 硫 酸 采 用 了 冬 季 92.5% 纯 度 的 价 格, 在 其 他 季 节 可 生 产 出 98% 纯 度 的 硫 酸, 因 此 可 以 进 一 步 降 低 维 护 管 理 费 用 表 3 维 护 管 理 费 用 测 算 结 果 项 目 消 耗 量 费 用 每 小 时 平 均 每 天 万 元 / 天 万 元 / 年 135

8 1 活 性 炭 ~0.358 t/h 6.9 t/d ,463 2 生 活 用 水 1.20 t/h 28.8 t/d 工 业 用 水 2.0 t/h 48.0 t/d 循 环 水 250 t/h 6,000 t/d 圧 缩 空 气 220 m 3 N/h 5,280 m 3 N/d 氮 1,100 m 3 N/h 26,400 m 3 N/d 蒸 気 4.0 t/h 96.0 t/d 电 力 4,449 kwh 106,786 kwh ,869 9 COG GJ/h 361 GJ/d 活 性 炭 粉 产 t/h 7.16 t/d 液 体 NH t/h 2.22 t/d 硫 酸 22.0 t/d 人 工 维 修 合 计 , 与 其 他 方 式 的 比 较 活 性 炭 法 近 年 来, 中 国 多 采 用 半 干 式 脱 硫 法 替 代 湿 式 脱 硫 法 另 外, 新 增 的 烧 结 机 的 NOx 排 放 限 制 会 日 趋 严 格 因 此, 笔 者 对 半 干 式 脱 硫 法 +SCR 脱 硝 法 与 活 性 炭 法 的 成 本 作 了 比 较 分 析 半 干 乾 式 法 法 +SCR +SCR 法 法 活 性 炭 NH3 硫 酸 設 设 备 備 COG COG NH3 副 成 产 品 ( 廃 废 棄 弃 物 )) SCR 图 3 活 性 炭 法 与 半 干 式 法 的 脱 硝 工 艺 比 较 136

9 结 果 表 明, 如 果 是 单 纯 脱 硫, 则 初 期 投 资 及 维 护 管 理 费 用 皆 为 半 干 式 脱 硫 法 更 低 若 为 半 干 式 脱 硫 法 +SCR 脱 硝 法, 则 情 况 有 所 变 化 图 3 所 示 为 两 者 工 艺 的 比 较 两 者 用 于 烧 结 面 积 600m 2 的 烧 结 机 排 气 时 的 维 护 管 理 费 用 比 较 如 表 4 所 示 活 性 炭 法 按 太 原 钢 铁 有 限 公 司 的 实 际 运 行 数 据 计 算, 半 干 式 法 采 用 笔 者 对 中 国 市 场 调 查 结 果 的 数 据 另 外, 本 比 较 中 按 脱 硝 率 40% 的 事 例 进 行 计 算 表 4 维 护 管 理 费 用 比 较 电 力 消 耗 方 面, 由 于 需 要 与 排 气 流 量 相 适 应 的 排 风 机, 不 会 有 大 的 出 入 若 要 细 究, 则 在 SCR 触 媒 层 的 压 降 方 面, 半 干 式 的 电 力 消 耗 会 高 一 些 若 除 去 电 力 消 耗, 则 活 性 炭 法 在 维 护 管 理 费 用 方 面 活 性 炭 的 补 充 费 用 占 一 大 半 半 干 式 法 的 COG 费 用 占 维 护 管 理 费 的 50% 活 性 炭 法 中, 作 为 活 性 炭 再 生 用 的 热 源, 使 用 少 量 COG, 而 半 干 式 法 中 为 了 有 效 脱 硝, 必 须 对 全 部 气 体 流 量 进 行 加 热 处 理 换 算 成 CO2 排 放 量, 活 性 炭 法 为 7,000 吨 / 年, 半 干 式 法 为 60,000 吨 / 年, 从 地 球 温 室 效 应 的 角 度 来 说, 这 一 点 是 不 利 的 其 次, 半 干 式 法 还 有 触 媒 功 能 退 化 所 需 的 触 媒 交 换 费 用 袋 式 除 尘 器 的 滤 布 交 换 费 用 而 在 活 性 炭 法, 在 副 产 品 及 活 性 炭 粉 的 有 效 利 用 上 可 以 创 造 收 益 综 合 考 虑 以 上 比 较, 活 性 炭 法 的 每 年 维 护 管 理 费 用 约 为 半 干 式 法 的 40% 左 右 半 干 式 +SCR 法 活 性 炭 法 项 目 费 用 费 用 详 细 详 细 万 元 / 年 万 元 / 年 脱 硫 剂 石 灰 350 活 性 炭 1,743 NH COG 5, N 工 业 用 水 纯 水 - 20 圧 缩 空 气 蒸 気 电 力 2,822 2,612 触 媒 交 換 1,980 - 滤 布 交 換 副 产 品 石 膏 等 142 硫 酸 -678 以 上 仅 为 维 护 管 理 费 用 的 分 析, 本 来 应 当 对 包 括 初 期 投 资 的 寿 命 周 期 成 本 (LCC:Life Cycle Cost) 进 行 比 较 分 析 为 此, 笔 者 根 据 中 国 制 造 的 设 备 对 初 期 投 资 费 用 进 行 了 比 较, 结 果 表 明, 半 干 式 法 +SCR 法 的 初 期 投 资 费 用 更 低 人 工 减 排 效 益 合 计 12 人 ,461 活 性 炭 粉 12 人 ,233 根 据 以 上 结 果 进 一 下 做 LCC 分 析, 结 果 如 图 4 所 示 图 中 计 划 了 第 一 年 度 的 初 期 投 资 费 用, 并 构 想 出 了 次 年 度 开 始 历 年 的 维 护 管 理 费 用 累 计 金 额 的 变 化 情 况 从 图 中 可 以 看 出,2 年 半 后, 半 干 式 法 +SCR 法 的 累 计 费 用 高 于 活 性 炭 法 以 寿 命 周 期 20 年 计 算, 累 计 费 用 相 差 13 亿 元 137

10 累 积 运 行 费 用 ( 万 元 / 年 ) 300, , , , ,000 50,000 图 図 4 累 积 计 运 行 成 本 比 较 半 干 乾 式 法 +SCR 法 vs 活 性 炭 法 活 性 炭 法 半 干 乾 式 法 +SCR +SCR 法 经 过 年 数 6. 结 束 语 本 设 备 于 2008 年 8 月 初 由 太 原 钢 铁 有 限 公 司 向 住 友 重 机 械 工 业 株 式 会 社 订 购 并 安 装, 于 2010 年 8 月 31 日 开 始 正 式 运 行 吸 附 塔 及 脱 离 塔 的 设 计 由 住 友 重 机 械 工 业 株 式 会 社 承 担, 其 他 设 计 及 安 装 工 程 由 太 原 钢 铁 有 限 公 司 承 担 运 行 开 始 后 一 直 很 顺 利 以 上 对 半 干 式 法 +SCR 法 的 运 行 成 本 进 行 了 比 较, 可 供 选 定 方 式 时 参 考 138

11 4.3 在 中 国 提 高 工 业 用 蒸 汽 锅 炉 的 效 率 和 降 低 NOx 的 事 例 三 浦 工 业 株 式 会 社 1. 工 业 用 蒸 汽 锅 炉 的 现 状 蒸 汽 锅 炉 作 为 生 产 工 厂 的 重 要 热 源 是 必 不 可 少 的 设 备 但 同 时 还 是 会 消 耗 大 量 能 量 并 排 出 污 染 物 质 的 设 备, 从 环 保 的 观 点 来 看, 提 高 效 率 与 节 能 同 样 重 要 现 在, 中 国 主 要 使 用 水 管 或 炉 筒 烟 管 式 锅 炉, 约 有 45 万 台 工 业 用 蒸 汽 锅 炉, 包 括 预 备 锅 炉 在 内, 其 中 大 部 分 配 置 超 出 最 大 蒸 汽 负 荷 的 大 容 量, 并 在 该 大 容 量 下 运 行 此 处, 图 1 是 日 本 工 业 用 蒸 汽 锅 炉 运 转 状 况 的 抽 样 调 查 结 果 从 图 中 可 以 看 出, 占 总 数 约 70% 的 锅 炉 正 在 10~50% 的 低 负 荷 率 范 围 内 进 行 运 转, 经 确 认 在 中 国 同 样 存 有 这 种 趋 势 此 外, 图 2 的 例 子 中 表 示 了 一 般 炉 筒 烟 管 式 锅 炉 单 机 运 转 时 的 负 荷 率 和 运 转 效 率 的 关 系, 在 低 负 荷 率 范 围 中 运 转 效 率 低 下 从 图 中 可 以 看 出, 在 提 高 蒸 汽 锅 炉 的 效 率 时, 重 点 应 在 于 尽 量 减 少 低 负 荷 率 时 会 出 现 的 运 转 效 率 降 低 另 外, 中 国 目 前 约 有 80% 的 锅 炉 使 用 煤 炭 作 为 燃 料, 从 提 高 锅 炉 效 率 和 减 少 污 染 物 质 排 放 的 观 点 出 发, 需 要 转 换 为 天 然 气 等 绿 色 燃 料 件 数 负 率 荷 (%) 图 1 锅 炉 的 运 转 状 况 效 率 (%) 效 率 与 负 荷 率 的 关 系 MI 系 统 (2t 锅 炉 4 台 ) 大 型 锅 炉 (8t 1 台 ) 负 荷 率 (%) 图 2 锅 炉 的 负 荷 率 与 效 率 的 关 系 2. 锅 炉 的 节 能 诊 断 ( 负 荷 分 析 ) 为 提 高 锅 炉 的 效 率, 必 须 定 量 地 掌 握 当 前 的 锅 炉 效 率 和 蒸 汽 的 使 用 负 荷 变 动, 即 实 施 节 能 诊 断 实 施 节 能 诊 断 时 可 采 取 以 下 两 种 方 法, 即 日 志 分 析 和 负 荷 分 析 1) 日 志 分 析 日 志 分 析 是 通 过 整 理 锅 炉 管 理 日 志 的 蒸 汽 压 力 和 燃 料 供 水 的 使 用 量 等 数 据 ( 图 3), 将 其 139

12 制 成 图 表 ( 图 4) 等 方 式, 分 析 全 年 的 蒸 汽 使 用 量 和 锅 炉 运 转 效 率 的 状 况, 从 而 掌 握 提 高 效 率 的 改 善 要 点 的 方 法 年 月 蒸 汽 量 效 率 1 效 率 2 图 3 通 过 锅 炉 日 志 整 理 数 据 图 4 将 数 据 制 成 图 表 ( 可 视 化 ) 2) 负 荷 分 析 想 要 较 日 志 分 析 更 详 细 地 掌 握 蒸 汽 的 使 用 负 荷 变 动 时, 可 在 实 际 设 备 上 安 装 测 量 仪 进 行 负 荷 分 析 ( 图 5) 这 是 通 过 水 流 量 计 燃 料 流 量 计 以 及 蒸 汽 压 力 传 感 器 收 集 数 据, 将 时 刻 变 化 的 蒸 汽 使 用 负 荷 等 数 据 化, 从 而 掌 握 改 善 要 点 的 方 法 图 6 是 分 析 事 例, 从 其 中 可 以 看 出 1 日 内 各 小 时 段 的 蒸 汽 使 用 量 存 在 较 大 变 动 提 出 图 提 出 图 表 测 定 年 月 日 1998 年 7 月 31 日 最 大 蒸 发 9:11) 量 ( 使 用 量 大 数 据 转 换 器 使 用 量 小 压 压 力 传 感 器 蒸 发 力 水 流 量 计 燃 料 流 量 计 蒸 汽 集 管 时 间 下 一 数 据 打 印 ( 打 印 ( 蒸 打 印 ( 两 者 ) 返 回 图 5 负 载 分 析 的 机 制 图 6 数 据 分 析 例 3. 锅 炉 运 转 效 率 的 改 善 为 提 高 锅 炉 的 效 率, 重 要 的 是 在 提 高 效 率 ( 包 括 燃 料 转 换 ) 的 同 时, 改 善 低 负 荷 率 运 转 时 会 出 现 的 运 转 效 率 降 低 造 成 该 运 转 效 率 降 低 的 最 重 要 原 因 是, 实 际 的 蒸 汽 负 荷 要 低 于 按 照 蒸 汽 的 最 大 使 用 负 荷 选 择 的 锅 炉 容 量, 反 复 启 停 锅 炉 会 增 大 热 损 失 作 为 其 改 善 措 施, 在 日 本 广 泛 普 及 了 使 用 小 型 贯 流 锅 炉 的 多 缸 设 置 系 统, 经 确 认 其 具 有 较 高 的 节 能 效 果 该 系 统 可 根 据 蒸 汽 使 用 量 设 置 多 台 小 型 贯 流 锅 炉 并 自 动 实 施 最 佳 控 制, 始 终 相 应 蒸 汽 负 荷 的 变 动 在 高 效 率 范 围 中 运 转 必 要 台 数 的 锅 炉 ( 图 7)( 图 8) 140

13 ( 关 于 小 型 贯 流 锅 炉 ) 与 以 往 的 水 管 或 者 炉 筒 烟 管 式 锅 炉 相 比, 小 型 贯 流 锅 炉 具 有 以 下 优 点 效 率 高 ( 最 高 98%: 日 本 ) 全 自 动 安 全 性 高 体 积 小 重 量 轻 并 节 能 空 间 小 型 贯 流 锅 炉 例 LOGO 贯 流 锅 炉 多 缸 设 置 系 统 多 缸 设 置 + 台 数 控 制 系 统 台 数 控 制 装 置 压 力 传 感 器 小 型 贯 流 锅 炉 蒸 汽 集 管 图 7 多 缸 设 置 系 统 例 图 8 燃 烧 控 制 示 意 图 4. 节 能 诊 断 的 学 习 案 例 事 例 如 锅 炉 运 转 日 志 完 备, 就 可 使 用 其 中 的 数 值 进 行 节 能 诊 断 作 为 通 过 实 际 的 日 志 分 析, 进 行 节 能 诊 断 的 学 习 案 例, 这 里 将 展 示 湖 北 省 武 汉 市 使 用 锅 炉 ( 蒸 汽 ) 频 繁 的 食 品 饮 料 制 造 业 中 的 2 家 公 司 通 过 节 能 诊 断 和 设 备 更 新, 估 算 改 善 效 果 的 事 例, 日 志 分 析 是 通 过 对 2 家 提 供 的 运 转 日 志 中 的 蒸 汽 量 蒸 汽 压 力 燃 料 使 用 量 运 转 状 况 等 数 据 进 行 整 理, 根 据 月 平 均 值 和 年 平 均 值 实 施 的 以 下 展 示 了 2 家 公 司 的 日 志 数 据 例 141

14 (Y 公 司 数 据 例 ) (H 公 司 数 据 例 ) 4.1 节 能 诊 断 的 学 习 案 例 对 2 家 公 司 提 供 的 运 转 日 志 的 数 据 进 行 分 析 后, 把 握 了 现 有 锅 炉 的 平 均 蒸 发 量 和 运 转 效 率 等 信 息, 同 时 还 估 算 了 将 锅 炉 更 新 为 燃 气 贯 流 锅 炉 多 罐 设 置 系 统 后 的 结 果 1) 食 品 制 造 业 Y 公 司 实 施 例 < 诊 断 结 果 和 更 新 后 的 估 算 > 节 能 诊 断 结 果 ( 现 有 锅 炉 ) 改 善 模 拟 实 验 更 新 后 的 估 算 ( 锅 炉 规 格 ) 类 型 燃 煤 水 管 锅 炉 ( 炉 箅 子 式 ) 燃 气 小 型 贯 流 锅 炉 燃 料 种 类 煤 炭 天 然 气 台 数 1 台 7 台 额 定 蒸 发 量 25 ton/h 4 ton/h 设 备 能 力 25 ton/h 28 ton/h 最 高 蒸 汽 压 力 1.6 MPa 2.0 MPa 设 计 效 率 78 % 95 % 附 带 设 备 节 炭 器 空 气 预 热 器 脱 硫 装 置 节 炭 器 ( 锅 炉 运 转 状 况 ) 根 据 日 志 蒸 汽 量 ( 全 年 ) 152,539 ton/year 燃 料 使 用 量 ( 全 年 ) 25,437 ton/year 11,539,946 m 3 N/year 常 用 蒸 汽 压 力 1.35 MPa 供 水 温 度 105 燃 料 放 热 量 5,200 kcal/kg 8,000 kcal/m 3 N 废 气 NOx 浓 度 173 mg/m mg/m 3 142

15 废 气 SOx 浓 度 369 mg/m 3 7 mg/m 3 ( 分 析 数 据 ) 平 均 蒸 发 量 21,186 kg/h 平 均 运 转 效 率 64.7 % 92.7 % 平 均 负 载 率 85 % - 能 源 使 用 量 553,692 MJ/year 386,450 MJ/year NOx 排 放 量 62,137 kg/year 16,256 kg/year SOx 排 放 量 132,535 kg/h 1,016 kg/h CO2 排 放 量 52,400 ton/year 21,695 ton/year 锅 炉 及 数 据 管 理 良 好 分 析 时 使 用 的 是 公 司 提 供 的 运 转 日 志 中 的 全 年 数 据 锅 炉 是 以 高 负 载 率 连 续 运 转 的, 从 运 转 效 率 角 度 来 看, 条 件 良 好, 但 实 际 的 平 均 效 率 为 64.7%, 低 于 设 计 效 率 13.3%, 数 值 较 低 将 原 有 锅 炉 更 换 为 7 台 燃 气 贯 流 锅 炉 后, 在 相 同 条 件 下, 获 得 了 92.7% 的 运 转 效 率, 达 到 了 预 期 结 果 由 于 使 用 的 是 燃 煤 锅 炉, 因 此 现 有 设 备 的 NOx 和 SOx 排 放 浓 度 高 2) 饮 料 制 造 业 H 公 司 实 施 例 < 诊 断 结 果 和 更 新 后 的 估 算 > ( 锅 炉 规 格 ) 节 能 诊 断 结 果 ( 现 有 锅 炉 ) 改 善 模 拟 实 验 更 新 后 的 估 算 类 型 燃 煤 水 管 锅 炉 ( 炉 箅 子 式 ) 燃 气 小 型 贯 流 锅 炉 燃 料 种 类 煤 炭 天 然 气 台 数 2 台 4 台 额 定 蒸 发 量 15 ton/h 2 ton/h 设 备 能 力 30 ton/h 8 ton/h 最 高 蒸 汽 压 力 1.25 MPa 1.0 MPa 设 计 效 率 - 95 % 附 带 设 备 节 炭 器 脱 硫 装 置 节 炭 器 ( 锅 炉 运 转 状 况 ) 根 据 日 志 蒸 汽 量 ( 全 年 ) 27,000 ton/year 燃 料 使 用 量 ( 全 年 ) 5,000 ton/year 2,112,323 m 3 N/year 常 用 蒸 汽 压 力 0.95 MPa 供 水 温 度 90 燃 料 放 热 量 5,200 kcal/kg 8,000 kcal/m 3 N 废 气 NOx 浓 度 123 mg/m 3 68 mg/m 3 废 气 SOx 浓 度 245 mg/m 3 9 mg/m 3 143

16 ( 分 析 数 据 ) 平 均 蒸 发 量 3,082 kg/h 平 均 运 转 效 率 59.6 % 91.7 % 平 均 负 载 率 21 % - 能 源 使 用 量 108,836 MJ/year 70,737 MJ/year NOx 排 放 量 8,684 kg/year 1,720 kg/year SOx 排 放 量 17,297 kg/h 228 kg/h CO2 排 放 量 10,300 ton/year 3,971 ton/year 更 新 方 案 中 的 设 备 容 量, 根 据 平 均 蒸 发 量, 设 定 了 2 倍 的 安 全 率 锅 炉 及 数 据 管 理 良 好 分 析 时 使 用 的 是 公 司 提 供 的 运 转 日 志 中 的 全 年 数 据 相 对 于 使 用 的 蒸 汽 量, 设 备 能 力 较 大, 锅 炉 的 平 均 负 载 率 为 21% 因 此, 放 热 损 失 等 较 大, 平 均 运 转 率 为 59.6%, 数 值 较 低 将 原 有 锅 炉 更 换 为 4 台 燃 气 贯 流 锅 炉 后, 在 相 同 条 件 下, 获 得 了 91.7% 的 运 转 效 率, 达 到 了 预 期 结 果 跟 Y 公 司 一 样, 使 用 的 是 燃 煤 锅 炉, 因 此 现 有 设 备 的 NOx 和 SOx 排 放 浓 度 高 4.2 锅 炉 更 新 带 来 的 预 期 效 果 根 据 节 能 诊 断 的 结 果, 将 现 有 设 备 更 新 为 高 效 率 贯 流 锅 炉 多 罐 设 置 系 统, 并 将 燃 料 转 换 为 天 然 气 在 此 条 件 下 进 行 模 拟 实 验 后, 获 得 的 预 期 效 果 如 下 结 果 表 明 有 望 实 现 大 幅 度 的 运 转 效 率 提 升 和 NOx 等 废 气 的 减 排, 证 明 是 实 现 中 国 工 业 用 锅 炉 的 节 能 改 造 和 环 境 保 护 的 有 效 方 案 < 改 善 方 案 的 估 算 效 果 > 项 目 Y 公 司 H 公 司 运 转 效 率 64.7% 92.7% 28 point 改 善 59.6% 91.7% 32.1 point 改 善 能 源 使 用 量 削 减 30 % 削 减 35 % NOx 排 放 量 削 减 74 % 削 减 80 % SOx 排 放 量 削 减 99 % 削 减 99 % CO2 排 放 量 削 减 59 % 削 减 61 % 4.3 节 能 诊 断 和 系 统 导 入 的 课 题 为 了 对 锅 炉 设 备 的 现 状 进 行 把 握 ( 诊 断 ), 重 要 的 是 应 切 实 进 行 锅 炉 运 转 状 况 的 记 录 ( 日 志 数 据 ), 包 括 测 量 NOx 排 放 为 对 包 括 蒸 汽 负 载 变 动 在 内 的 状 况 进 行 分 析 和 改 善, 必 须 记 录 每 季 节 的 蒸 汽 使 用 量 变 化 一 天 内 蒸 汽 量 变 化 等 更 为 详 细 的 日 志 数 据 或 进 行 负 载 分 析 将 燃 料 转 换 为 天 然 气 导 致 的 运 营 费 用 ( 燃 料 费 ) 的 增 加 是 导 入 贯 流 锅 炉 多 罐 设 置 系 统 时 必 须 跨 越 的 障 碍 因 此, 为 推 进 节 能 和 环 保 工 作, 需 要 确 立 有 效 对 策, 以 普 及 补 贴 制 度 144

17 5. 在 中 国 提 高 锅 炉 效 率 的 实 施 事 例 以 下 显 示 了 使 用 小 型 贯 流 锅 炉 的 多 缸 设 置 系 统 提 高 锅 炉 设 备 的 效 率 并 改 善 环 境 的 实 施 事 例 ( 包 括 燃 料 转 换 ) 1) 酿 造 厂 家 的 实 施 事 例 ( 燃 料 : 煤 炭 天 然 气 ) 改 善 前 改 善 后 设 备 全 貌 锅 炉 类 型 炉 筒 烟 管 式 锅 炉 小 型 贯 流 锅 炉 锅 炉 容 量 10 ton/h 2 ton/h 锅 炉 台 数 3 台 12 台 燃 料 煤 炭 天 然 气 运 转 效 率 72 % 93 % ( 改 善 29%) 燃 料 费 降 低 率 CO2 26,888 ton/ 年 9,826 ton/ 年 ( 降 低 63%) SOx 43,184 kg/ 年 594 kg/ 年 ( 降 低 99%) NOx 43,184 kg/ 年 7,787 kg/ 年 ( 降 低 82%) 燃 煤 锅 炉 用 于 燃 料 费 以 外 的 费 用 比 例 较 大, 因 此 予 以 省 略 2) 宾 馆 的 实 施 事 例 ( 燃 料 : 柴 油 天 然 气 ) 改 善 前 改 善 后 设 备 全 貌 锅 炉 类 型 炉 筒 烟 管 式 锅 炉 小 型 贯 流 锅 炉 锅 炉 容 量 7 ton/h 2 ton/h 锅 炉 台 数 3 台 3 台 燃 料 柴 油 天 然 气 运 转 效 率 82.2 % 91.2 % ( 改 善 11%) 燃 料 费 降 低 率 55 % CO2 3,355 ton/ 年 2,145 ton/ 年 ( 降 低 36%) SOx 4,705 kg/ 年 56 kg/ 年 ( 降 低 99%) 145

18 NOx 6,274 kg/ 年 1,700 kg/ 年 ( 降 低 73%) 3) 制 造 业 的 实 施 事 例 ( 燃 料 : 柴 油 柴 油 ) 改 善 前 改 善 后 设 备 全 貌 锅 炉 类 型 炉 筒 烟 管 式 锅 炉 小 型 贯 流 锅 炉 锅 炉 容 量 6 ton/h 2 ton/h 锅 炉 台 数 2 台 6 台 燃 料 柴 油 柴 油 运 转 效 率 85.0 % 92.5 % ( 改 善 9%) 燃 料 费 降 低 率 9 % CO2 7,438 ton/ 年 6,838 ton/ 年 ( 降 低 8%) SOx 9,852 kg/ 年 9,057 kg/ 年 ( 降 低 8%) NOx 18,077 kg/ 年 7,353 kg/ 年 ( 降 低 59%) 备 注 1. 计 算 污 染 物 质 的 排 放 量 时, 使 用 的 是 依 据 上 海 市 锅 炉 大 气 污 染 物 排 放 标 准 的 排 放 标 准 值 2. 未 加 入 改 善 前 后 的 设 备 运 转 状 况 从 上 述 实 施 事 例 可 以 看 出, 通 过 实 施 节 能 诊 断 并 进 行 适 当 的 设 备 改 善, 切 实 地 提 高 了 锅 炉 的 运 转 效 率 特 别 是 工 业 用 中 小 型 燃 煤 锅 炉 的 运 转 效 率 一 般 低 于 使 用 其 他 燃 料 的 锅 炉, 因 此 可 期 待 更 大 的 效 果 此 外, 如 果 配 合 面 向 天 然 气 的 燃 料 转 换 实 施 设 备 改 善, 则 可 期 待 大 幅 降 低 以 NOx 为 首 的 环 境 污 染 物 质, 从 而 有 益 于 环 境 改 善 6. 日 本 的 工 业 用 锅 炉 的 低 NOx 燃 烧 技 术 以 下 介 绍 工 业 用 燃 气 锅 炉 的 低 NOx 燃 烧 技 术 中 采 用 优 化 锅 炉 结 构 和 燃 烧 方 法 的 低 NOx 燃 烧 技 术 ( 无 炉 缸 体 和 大 型 预 混 式 燃 烧 器 技 术 ) 一 般 随 着 锅 炉 的 小 型 化 和 高 功 率 化, 相 对 于 燃 烧 室 容 积, 燃 烧 热 产 生 量 ( 燃 烧 室 热 负 荷 ) 会 增 大, 燃 烧 室 内 火 焰 温 度 会 上 升, 因 此 热 NOx 会 增 加 146

19 本 技 术 通 过 在 无 燃 烧 室 的 方 形 无 炉 缸 体 中 组 合 大 型 预 混 式 燃 烧 器, 可 在 水 管 群 空 间 中 同 时 进 行 燃 烧 反 应 和 传 热 效 果 ( 图 9) 因 此, 能 够 降 低 燃 烧 火 焰 温 度, 并 减 少 热 NOx 的 产 生 并 且, 配 合 对 燃 烧 器 的 燃 气 和 空 气 的 混 合 进 行 改 良 ( 图 10) 并 实 施 均 匀 燃 烧 的 技 术, 能 够 大 幅 降 低 NOx 值 通 过 以 上 技 术, 在 日 本 已 经 开 始 实 际 使 用 实 现 低 NOx 燃 烧 的 锅 炉, 该 锅 炉 通 过 燃 烧 天 然 气 可 使 NOx 值 降 至 25ppm 以 下 (O2=0% 换 算 值 ) 该 性 能 不 仅 满 足 了 中 国 锅 炉 大 气 污 染 物 排 放 标 准 GB 的 N0x 排 放 限 值 400mg/m 3 (195ppm) 以 下 (O2=3.5% 换 算 值 ), 也 远 远 低 于 最 为 严 格 的 北 京 市 标 准 值 150mg/m 3 (73ppm) 以 下 (O2=3.5% 换 算 值 ) 我 们 认 为, 在 当 前 燃 煤 锅 炉 仍 然 较 多 且 污 染 物 质 排 放 对 大 气 污 染 影 响 严 重 的 状 况 下, 在 实 施 燃 料 转 换 的 同 时 引 入 上 述 先 进 的 环 境 对 应 技 术 是 非 常 有 效 的 图 9 无 炉 锅 炉 的 燃 烧 示 意 图 图 10 混 合 分 析 例 147

20 4.4 NOx 监 测 原 理 及 中 国 监 测 技 术 的 引 进 事 例 株 式 会 社 堀 场 制 作 所 1. 火 力 发 电 厂 固 定 污 染 源 烟 气 连 续 监 测 系 统 (CEMS) 使 用 事 例 日 本 的 煤 炭 火 力 发 电 厂 全 部 依 赖 进 口 煤 炭, 成 本 虽 低, 但 含 硫 量 高, 产 生 煤 尘 较 多, 因 而 采 取 了 各 种 环 保 措 施 作 为 发 电 设 备 附 属 的 环 保 设 备, 由 脱 硝 装 置 (De-NOx Device) 静 电 除 尘 器 (Electric Precipitator,EP) 脱 硫 装 置 (De-SOx Device) 及 烟 囱 等 组 成, 另 外 还 有 控 制 或 监 测 用 的 排 放 烟 气 分 析 装 置 在 锅 炉 出 口 设 有 用 于 监 控 燃 烧 状 况 的 氧 气 及 一 氧 化 碳 浓 度 监 测 仪, 烟 囱 入 口 处 设 有 环 保 监 测 用 的 烟 气 连 续 监 测 系 统 (CEMS) 火 力 发 电 厂 的 烟 囱 入 口 设 有 能 监 测 烟 气 中 多 种 成 分 的 装 置 测 尘 仪 流 量 计 及 遥 测 设 备 等 组 成 的 CEMS 图 1 所 示 为 烟 气 连 续 监 测 系 统 (CEMS) 一 例 烟 囱 排 放 气 体 监 测 项 目 数 据 系 统 测 尘 仪 数 据 记 录 仪 流 量 计 温 度 计 气 体 监 测 监 测 报 告 中 央 控 制 装 置 或 环 境 监 测 中 心 图 1 烟 气 连 续 监 测 系 统 (CEMS) 一 例 在 采 用 非 发 散 型 红 外 线 吸 收 法 及 化 学 发 光 法 原 理 测 定 NOx 时, 烟 气 中 的 NO2 会 通 过 转 换 器 还 原 成 NO 后 进 行 测 定 为 了 对 应 高 浓 度 的 NO2, 需 要 设 置 大 型 的 NOx 转 换 器 在 对 高 浓 度 烟 尘 的 烟 气 进 行 采 样 时, 需 要 使 用 具 有 反 吹 功 能 的 采 样 探 头 及 反 吹 盘 若 采 用 SO3 除 酸 雾 器, 可 以 防 止 管 道 堵 塞 为 了 降 低 SO2 测 定 仪 中 氨 气 的 干 扰, 需 要 设 置 NH3 洗 148

21 涤 器 图 2 为 中 国 山 东 省 火 力 发 电 厂 水 平 烟 道 中 安 装 的 CEMS 采 样 点 图 2 中 国 某 火 力 发 电 厂 水 平 烟 道 上 CEMS 采 样 点 一 直 以 来 中 国 重 要 的 固 定 污 染 源 较 多, 通 过 安 装 CEMS, 可 以 方 便 地 对 大 气 污 染 物 质 (SO2, NOx 尘 埃 等 ) 的 排 放 情 况 进 行 监 测, 特 别 是 非 分 散 红 外 线 吸 收 法 的 烟 气 分 析 方 法, 由 于 其 可 靠 性 高, 且 对 于 校 正 和 维 护 管 理 都 很 方 便 等 优 点 已 通 过 实 际 使 用 得 到 了 证 明, 因 此 被 大 多 数 用 户 采 用, 发 挥 了 很 好 的 作 用 2. 脱 硝 设 备 出 口 NH3 逃 逸 率 的 连 续 监 测 装 置 以 下 对 火 力 发 电 厂 选 择 性 催 化 剂 还 原 法 (Selective Catalytic Reduction, SCR) 脱 硝 设 备 出 口 处 NH3 逃 逸 率 监 测 装 置 的 使 用 进 行 介 绍 本 装 置 用 于 NH3 注 入 脱 硝 装 置 (SCR) 出 口 处 的 NH3 逃 逸 率 的 监 测 根 据 不 同 的 烟 气 条 件, 有 直 接 法 及 间 接 法 对 于 微 量 浓 度 的 NH3, 采 用 催 化 剂 的 间 接 法 已 处 于 实 用 化 阶 段 此 方 法 是 通 过 监 测 催 化 剂 将 NH3 转 变 成 其 他 物 质 时 的 NOx 浓 度, 从 而 计 算 出 NH3 的 浓 度 另 外, 直 接 监 测 的 方 法 也 在 开 发 中 [ 间 接 测 定 法 ] 脱 硝 设 备 出 口 的 烟 气 通 常 含 有 大 量 水 分 并 呈 酸 性, 微 量 的 NH3 容 易 与 SO3 SO2 及 NO2 等 酸 性 气 体 发 生 中 和 反 应, 生 成 盐 类, 因 而 很 难 准 确 测 定 NH3 的 浓 度 为 了 解 决 这 一 课 题, 可 以 将 烟 道 内 转 换 加 热 后 的 NH3 转 换 器 设 置 在 探 头 的 内 部, 使 NH3 通 过 催 化 剂 转 变 成 其 他 物 质 的 过 程 中, 与 NH3 进 行 等 摩 尔 反 应, 从 这 一 过 程 中 NOx 的 浓 度 变 化 来 计 算 出 NH3 的 浓 度 [ 还 原 型 及 氧 化 型 测 定 法 的 测 定 原 理 ] 采 用 还 原 或 氧 化 催 化 剂, 对 减 少 或 增 加 的 NOx 量 通 过 差 量 法 进 行 测 定, 从 而 计 算 出 NH3 浓 度 149

22 由 于 NH3 气 体 容 易 与 烟 气 成 分 发 生 反 应, 采 样 很 困 难, 所 以 在 烟 道 内 的 采 样 点 位 置 插 入 安 装 了 催 化 剂 柱 的 反 应 器, 在 有 催 化 剂 柱 的 气 路 及 无 催 化 剂 柱 的 气 路 进 行 等 流 量 吸 附 采 样, 根 据 各 气 路 的 NOx 浓 度 计 数 值 进 行 推 算 另 外, 在 1 台 检 测 器 测 定 腔 中 交 替 引 入 样 气, 则 可 以 以 NOx 的 浓 度 差 为 信 号 进 行 计 算, 这 样 就 能 获 得 连 续 信 号, 且 灵 敏 度 高 无 论 何 种 方 法, 皆 可 解 决 直 接 法 的 难 题, 且 稳 定 性 好 催 化 剂 管 部 接 近 烟 道 安 装, 样 气 中 微 量 的 NH3 进 入 催 化 剂 管 之 前 几 乎 不 会 发 生 吸 附 或 化 学 反 应, 可 以 准 确 地 监 测 NH3 [ 特 点 ] 还 原 催 化 剂 法 ( 催 化 剂 温 度 约 350 ) 可 用 于 煤 炭 及 重 油 锅 炉 脱 硝 装 置 NH3 逃 逸 率 的 监 测 采 用 还 原 型 催 化 剂, 通 过 氨 与 氮 氧 化 物 的 脱 硝 反 应, 对 经 过 催 化 剂 的 气 路 的 氮 氧 化 物 与 未 经 过 催 化 剂 的 气 路 的 氮 氧 化 物 的 浓 度 进 行 测 定, 通 过 其 差 值 就 可 计 算 出 氨 气 的 浓 度 [2 级 流 动 调 制 高 灵 敏 度 监 测 法 ] 催 化 剂 气 路 与 非 催 化 剂 气 路 的 NOx 浓 度 差 即 为 NH3 的 浓 度 差, 因 此 可 将 样 气 从 烟 道 内 通 过 同 一 探 测 器 管 吸 引 出 来, 一 侧 是 NH3 催 化 剂 气 路, 另 一 侧 是 无 催 化 剂 气 路, 两 者 皆 以 相 同 流 量 吸 引 并 进 行 测 定 NH3 催 化 剂 气 路 及 无 催 化 剂 气 路 两 者 的 流 量 与 气 路 容 积 的 差 异 容 易 导 致 显 示 误 差,2 台 测 定 仪 同 时 进 行 测 定 时 皆 为 高 灵 敏 度 监 测, 因 此 很 小 的 漂 移 或 仪 器 误 差 都 会 导 致 监 测 结 果 的 误 差 另 外, 两 条 气 路 发 生 响 应 时 间 延 迟 或 NOx 浓 度 剧 烈 变 化 时, 两 气 路 的 误 差 值 会 变 大, 此 时 采 用 1 台 监 测 仪 器 的 流 动 调 制 法 可 有 效 解 决 这 些 问 题 若 采 用 增 加 了 大 气 比 较 气 体 气 路 的 2 级 流 动 调 制 法, 则 可 以 在 1 台 测 定 仪 上 同 时 测 定 NH3 和 NOx 图 3 为 同 时 测 定 NH3 和 NOx 的 2 级 流 动 调 制 法 的 工 作 原 理 此 外, 图 4 为 堀 场 制 作 所 在 中 国 河 北 省 的 火 力 发 电 厂 脱 硝 设 备 出 口 处 的 氨 逃 逸 率 连 续 监 测 装 置 150

23 增 幅 器 NO X 气 路 光 电 池 反 应 槽 NH 3 气 路 零 气 气 路 旁 路 稀 释 空 气 图 3 同 时 监 测 NH3 及 NOx 的 系 统 图 4 中 国 某 火 力 发 电 厂 脱 硝 设 备 出 口 处 的 NH3 逃 逸 率 监 测 装 置 作 为 高 灵 敏 度 的 NH3 连 续 监 测 手 段, 它 具 有 高 度 可 靠 性 另 外, 与 CEMS 一 样, 由 于 采 用 非 分 散 红 外 线 吸 收 法 的 烟 气 分 析, 维 护 管 理 也 很 方 便 它 能 保 持 适 量 的 NH3 导 入, 从 而 节 省 成 本, 并 可 防 止 高 浓 度 NH3 而 导 致 的 盐 类 产 生 3.CEMS 监 测 数 据 的 检 查 151

24 作 为 对 CEMS 监 测 数 据 的 质 量 保 证 及 质 量 管 理 (QA/QC), 需 要 对 安 装 CEMS 后 的 采 样 位 置 安 装 状 况 及 监 测 数 据 进 行 检 查 验 收 另 外, 在 CEMS 日 常 监 测 期 间, 也 需 要 定 期 进 行 检 查 在 对 CEMS 气 体 分 析 仪 器 的 NOx SO2 CO CO2 及 O2 进 行 检 查 时, 需 要 有 与 气 体 分 析 仪 相 同 灵 敏 度 及 准 确 度 的 检 测 方 法, 通 常 使 用 便 携 式 气 体 分 析 仪 目 前 经 常 使 用 的 便 携 式 气 体 分 析 仪 的 监 测 原 理 主 要 是 光 学 式 和 定 电 位 电 解 法, 特 别 是 光 学 式 便 携 气 体 分 析 仪, 它 的 工 作 原 理 与 CEMS 相 同 NOx 的 监 测 一 般 使 用 高 灵 敏 度 的 化 学 发 光 法 或 非 分 散 红 外 线 吸 收 法, 通 常 SO2 CO CO2 的 监 测 也 使 用 非 分 散 红 外 线 吸 收 法 O2 的 监 测 经 常 使 用 顺 磁 哑 铃 法 或 氧 化 锆 法 光 学 式 便 携 分 析 仪 的 优 点 是 灵 敏 度 准 确 度 及 稳 定 性 好, 对 样 气 中 的 干 扰 成 分 耐 受 性 好 维 护 费 用 低 廉, 与 定 电 位 电 解 法 的 监 测 仪 器 相 比, 测 定 数 据 的 漂 移 稳 定, 适 用 于 长 时 间 监 测 另 外, 监 测 仪 器 寿 命 长, 可 使 用 10 年 以 上 定 位 电 位 电 解 法 便 携 式 气 体 分 析 仪 的 优 点 是 价 格 低 廉, 体 积 小 但 在 对 光 学 式 CEMS 气 体 分 析 仪 进 行 检 查 时, 灵 敏 度 准 确 度 及 数 据 漂 移 等 方 面 的 特 性 比 CEMS 气 体 分 析 仪 差, 不 适 于 用 作 标 准 监 测 仪 器 另 外, 在 对 CEMS 气 体 分 析 仪 进 行 比 较 测 试 时, 尤 其 是 当 样 气 的 湿 度 高 或 监 测 时 间 长 的 情 况 下, 需 要 使 用 电 子 冷 却 装 置 对 样 气 进 行 除 湿 图 5 为 堀 场 制 作 所 的 光 学 法 便 携 气 体 分 析 仪 (HORIBA PG-350) 照 片 图 5 光 学 法 便 携 气 体 分 析 仪 的 实 例 根 据 国 家 技 术 规 定, 采 用 可 靠 性 强 的 测 定 原 理, 作 为 必 要 的 工 具, 光 学 法 便 携 气 体 分 析 仪 为 了 确 保 CEMS 的 监 测, 可 为 CEMS 气 体 分 析 仪 监 测 数 据 的 QA/QC 做 出 贡 献, 尤 其 是 适 用 于 脱 硫 脱 硝 后 低 浓 度 SO2 及 NOx 的 监 测 4. 监 测 数 据 的 应 用 及 系 统 装 置 以 下 介 绍 日 本 对 监 测 数 据 应 用 的 事 例 对 工 厂 内 固 定 发 生 源 的 烟 气 监 测 数 据 以 浓 度 输 出 信 号 的 形 式 输 入 到 中 央 管 理 室 的 数 据 处 理 装 152

25 置 中, 经 数 据 记 录 统 计 处 理 记 录 表 格 生 成 趋 势 图 表 显 示 等 处 理 并 加 以 保 存 这 些 环 境 数 据 可 用 于 对 公 司 内 部 环 保 设 备 的 稳 定 运 行 的 记 录 性 能 及 效 率 的 掌 握, 并 通 过 与 其 他 设 备 仪 器 数 据 的 联 合 检 查, 对 环 保 标 准 值 的 符 合 度 做 出 判 断 等 另 外, 还 用 于 向 地 方 政 府 报 告 监 测 数 据 向 签 订 了 公 害 防 止 协 定 的 周 边 地 区 公 布 数 据 等 污 染 源 设 备 的 监 测 数 据 及 相 关 数 据 的 使 用 去 向 为 了 对 数 据 加 以 利 用, 工 厂 内 中 央 管 理 室 的 数 据 处 理 装 置 根 据 应 用 目 的 对 数 据 进 行 整 理 加 工, 并 传 送 至 外 部 应 用 方 图 6 为 烟 气 监 测 数 据 的 流 向 及 应 用 示 例 一 般 环 境 空 气 监 测 站 机 动 车 尾 气 监 测 站 日 本 气 象 协 会 ( 天 气 预 报 ) 环 境 监 测 中 心 CEMS 1 ( 请 求 协 作 ) TV ( 传 送 预 报 ) 光 化 学 烟 雾 CEMS 2 市 政 府 / 保 健 所 学 校 图 6 烟 气 监 测 数 据 的 流 程 及 应 用 参 考 文 献 1. 环 境 自 动 连 续 监 测 技 术, 化 学 工 业 出 版 社,2008 年 ( 中 文 ) 2. Engineering technical specification of flue gas selective catalytic reduction denitration for thermal power plant, HJ , Ministry of Environment al Protection of People s Republic of China, 2010( 中 文 ) 153

26 4.5 运 用 光 触 媒 技 术 降 低 大 气 NOx 的 事 例 TOTO 株 式 会 社 1. 采 用 光 触 媒 涂 料 HYDROTECT 彩 色 外 涂 ECO-EX(TOTO) 降 低 NOx 的 事 例 光 触 媒 技 术 虽 然 无 法 像 固 定 发 生 源 氮 氧 化 物 (NOx) 对 策 那 样 对 氮 氧 化 物 排 放 量 的 降 低 进 行 监 测, 但 其 可 净 化 并 降 低 NOx, 这 在 日 本 国 内 和 欧 洲 已 经 得 到 公 认 并 且, 光 触 媒 还 能 够 净 化 并 降 低 另 一 种 污 染 气 体 即 硫 氧 化 物 (SOx) 因 此, 可 以 认 为 通 过 运 用 光 触 媒 能 够 更 大 范 围 地 改 善 空 气 环 境 依 据 ISO , 将 试 验 气 体 换 为 SO2 进 行 评 价 时, 其 结 果 为,SOx 消 除 量 为 1.1μmol 评 价 样 本 :HYDROTECT 彩 色 外 涂 ECO-EX 涂 板 评 价 机 构 : 财 团 法 人 化 学 物 质 评 价 研 究 机 构 在 近 几 年 来 的 观 测 中, 已 有 报 告 显 示 作 为 PM2.5 等 微 小 粒 子 状 物 质 的 二 次 粒 子, 其 构 成 成 2- - (1)( 分 为 SO4 和 NO3 等 SOx 和 NOx 的 氧 化 物 2) 此 外, 运 用 光 触 媒 实 施 空 气 净 化 时, 会 具 有 以 下 特 征 和 优 点, 例 如 : 1) 与 使 用 来 自 化 石 燃 料 的 能 量 的 方 法 不 同, 其 可 有 效 利 用 降 落 到 地 面 上 的 太 阳 光 和 雨 水 等 自 然 能 量, 是 一 种 环 保 型 的 净 化 方 法 2) 无 需 准 备 特 殊 的 装 置, 仅 需 在 使 用 时 替 代 通 常 的 涂 料 和 外 墙 材 料, 之 后 就 可 以 持 久 地 净 化 空 气 此 次, 将 通 过 以 下 内 容 介 绍 在 武 汉 市 和 日 本 国 内 通 过 光 触 媒 涂 料 HYDROTECT 彩 色 外 涂 ECO- EX( 生 产 商 :TOTO) 降 低 NOx 的 事 例 154

27 1-1. 武 汉 市 环 境 保 护 科 学 研 究 院 附 院 的 运 用 事 例 准 备 好 分 别 涂 有 具 有 NOx( 氮 氧 化 物 ) 净 化 能 力 的 光 触 媒 涂 料 HYDROTECT 彩 色 外 涂 ECO-EX (TOTO) 和 一 般 涂 料 的 墙 面 在 该 墙 面 附 近 测 定 浓 度, 确 认 光 触 媒 涂 料 的 NOx 净 化 效 果 并 且 回 收 墙 面 的 硝 酸 离 子, 确 认 NOx 净 化 效 果 实 施 事 例 (1) 武 汉 市 环 境 保 护 科 学 研 究 院 附 院 1 NOx 浓 度 测 定 测 定 日 :2012 年 12 月 11 日 12 日 日 测 定 环 境 : 天 气 ) 多 云 转 晴 气 温 )4 ~ 9 紫 外 线 强 度 )30~100μW/cm 2 测 定 方 法 : 直 接 测 定 NOx 浓 度 测 量 仪 化 学 发 光 式 氮 氧 化 物 浓 度 监 测 仪 APNA-370( 堀 场 制 作 所 ) 测 定 场 所 : 武 汉 市 环 境 保 护 科 学 研 究 院 副 馆 的 墙 面 附 近 光 触 媒 涂 料 图 1. 测 定 对 象 墙 壁 (2012 年 7 月 中 旬 施 工 ) ( 武 汉 市 环 境 保 护 科 学 研 究 院 副 馆 ) 一 般 涂 料 光 触 媒 涂 料 :HYDROTECT 彩 色 外 涂 ECO-EX(TOTO) 一 般 涂 料 光 触 媒 涂 料 HYDROTECT 彩 色 外 涂 ECO-EX(TOTO) 图 2. 采 样 ~ 对 墙 面 附 近 ( 吸 气 口 与 墙 面 的 距 离 约 为 1mm) 的 空 气 进 行 采 样 155

28 同 时 测 定 了 光 触 媒 涂 料 HYDROTECT 彩 色 外 涂 ECO-EX(TOTO) 和 一 般 涂 料 的 墙 面 附 近 的 NOx 浓 度 由 于 一 般 涂 料 不 具 有 NOx 净 化 功 能, 所 以 通 过 测 定 一 般 涂 料 墙 面 附 近 的 空 气 浓 度 和 光 触 媒 涂 料 HYDROTECT 彩 色 外 涂 ECO-EX(TOTO) 墙 面 附 近 的 空 气 浓 度 的 差, 能 够 确 认 光 触 媒 涂 料 的 NOx 净 化 效 果 测 定 结 果 图 3. 氮 氧 化 物 浓 度 监 测 仪 APNA-370 ( 堀 场 制 作 所 ) 一 般 涂 料 光 触 媒 涂 料 HYDROTECT 彩 色 外 涂 ECO-EX(TOTO) 图 4. 墙 面 附 近 的 NOx 浓 度 ( 测 定 日 : ) 从 图 4 可 以 看 出,HYDROTECT 彩 色 外 涂 ECO-EX( 蓝 线 ) 的 浓 度 低 于 一 般 涂 料 ( 红 线 ) 图 4 中 降 低 NOx 的 效 果 最 大 为 75%, 测 定 平 均 值 为 25% 根 据 该 结 果 可 以 确 认, 通 过 光 触 媒 反 应 净 化 了 空 气 图 4 的 NOx 浓 度 是 NO2 与 NO 浓 度 的 和, 图 5 和 图 6 分 别 显 示 了 这 些 NO2 与 NO 的 浓 度 推 移 根 据 这 两 个 图 计 算 NO 浓 度 与 NO2 浓 度 的 比 时, 可 以 看 出 其 在 约 30~60% 的 范 围 内 进 行 推 移 因 此, 关 于 图 4 中 出 现 的 NOx 浓 度 骤 升 的 情 况, 可 以 认 为 高 浓 度 的 空 气 块 并 不 是 因 墙 壁 附 近 产 生 的 汽 车 尾 气 等 造 成 的 ( 刚 从 排 出 源 排 出 的 NOx 的 主 成 分 为 NO, 如 果 是 尾 气 的 原 因, 则 图 5 与 图 6 的 值 可 能 会 颠 倒 过 来 ), 而 是 由 较 远 的 排 出 源 排 出 后 在 到 达 采 样 场 所 之 前 自 然 氧 化 为 NO2 的 空 气 块 是 含 有 高 浓 度 NOx 的 空 气 块 因 风 向 等 原 因 有 间 隔 地 依 次 流 动 过 来 的 状 态 156

29 一 般 涂 料 光 触 媒 涂 料 HYDROTECT 彩 色 外 涂 ECO-EX(TOTO) 图 5. 墙 面 附 近 的 NO2 浓 度 ( 图 4 NOx 浓 度 中 的 NO2 浓 度 测 定 日 : ) 一 般 涂 料 光 触 媒 涂 料 HYDROTECT 彩 色 外 涂 ECO-EX(TOTO) 图 6. 墙 面 附 近 的 NO 浓 度 ( 图 4 NOx 浓 度 中 的 NO 浓 度 测 定 日 : ) 157

30 2 硝 酸 离 子 的 回 收 和 定 量 在 实 施 过 上 述 NOx 浓 度 测 定 的 墙 面 上 定 量 因 NOx 净 化 而 积 蓄 的 硝 酸 离 子 测 定 日 :2012 年 12 月 11~12 日 18~19 日 测 定 环 境 : 天 气 ) 多 云 转 晴 气 温 )4 ~ 9 紫 外 线 强 度 )30~100μW/cm 2 测 定 方 法 : 通 过 采 样 硝 酸 离 子, 计 算 NOx 净 化 量 1) 使 用 经 水 清 洗 后 曝 露 24 小 时 然 后 再 浸 过 蒸 馏 水 的 不 织 布 在 墙 面 上 滑 动, 回 收 硝 酸 离 子 回 收 部 位 : 武 汉 市 环 境 保 护 科 学 研 究 院 副 馆 的 墙 面 回 收 面 积 25cm 2 2) 使 用 硝 酸 离 子 浓 度 测 量 仪 RQ flex(merck 公 司 ) 定 量 回 收 液 的 硝 酸 离 子 浓 度 测 定 结 果 表 1 硝 酸 离 子 定 量 结 果 回 收 液 浓 度 每 1m 2 的 硝 酸 量 (mg/l) (mg/m 2 /day) (m mol/m 2 /day) (1) 光 触 媒 涂 装 部 ( 测 定 ) 一 般 涂 料 涂 装 部 ( 测 定 ) 未 检 出 - - (2) 光 触 媒 涂 装 部 ( 测 定 ) 一 般 涂 料 涂 装 部 ( 测 定 ) 未 检 出 - - 表 1 显 示 了 硝 酸 离 子 的 定 量 结 果 净 化 NOx 气 体 后 硝 酸 离 子 会 残 留 在 墙 面 上 可 以 认 为 净 化 1 分 子 NOx(NO 和 NO2), 会 在 墙 面 上 留 下 1 分 子 硝 酸 离 子, 因 此 根 据 上 述 表 1 可 以 看 出 光 触 媒 涂 装 部 净 化 了 NOx 另 外, 考 虑 到 硝 酸 离 子 会 扩 散 到 空 气 中, 因 此 净 化 后 生 成 的 硝 酸 离 子 可 能 无 法 全 部 回 收 因 此, 可 以 认 为 作 为 净 化 结 果, 此 处 测 定 的 硝 酸 离 子 是 最 低 值 参 考 NOx 净 化 量 的 计 算 如 上 所 述, 净 化 过 的 NOx 与 生 成 的 硝 酸 离 子 为 1 比 1 的 关 系, 可 以 认 为 表 1 的 硝 酸 的 mol 数 与 净 化 过 的 NOx 的 mol 数 相 同 此 处, 在 将 NOx 的 mol 数 转 换 为 NOx 的 气 体 浓 度 时, 考 虑 的 是 将 NOx 分 散 到 1m 3 的 空 气 中 的 情 况 将 浓 度 单 位 设 为 ppm, 可 导 出 以 下 关 系 式 NOx 净 化 量 (ppm m 3 /m 2 /day) = NOx 量 (mol//m 2 /day)/1m 3 的 空 气 量 (mol/m 3 ) = NOx 量 (mol//m 2 /day)/44.64(mol/m 3 ) 式 (A) 158

31 根 据 该 公 式 (A) 和 表 1 的 结 果, 计 算 出 以 NOx 浓 度 和 空 气 的 积 表 示 的 NOx 净 化 量 (1) 光 触 媒 涂 装 部 ( 测 定 ) 中, 净 化 量 为 2450 ppb m 3 /m 2 /day (2) 光 触 媒 涂 装 部 ( 测 定 ) 中, 净 化 量 为 3170 ppb m 3 /m 2 /day 关 于 NOx 净 化 量 ( 例 ) 使 用 上 述 实 施 事 例 (1) 武 汉 市 环 境 保 护 科 学 研 究 院 附 院 的 结 果 来 考 虑 的 话, 武 汉 测 定 时 的 平 均 NOx 气 体 浓 度 为 50ppb 使 用 光 触 媒 涂 料 HYDROTECT 彩 色 外 涂 ECO-EX 实 施 净 化 时 的 浓 度 为 40ppb( 净 化 25%) 净 化 量 2450 ppb m 3 /m 2 /day 可 以 如 下 计 算 出 上 述 NOx 浓 度 减 少 10ppb 时 的 空 气 量 2450(ppb m 3 /m 2 /day)/10(ppb)= 254(m 3 /m 2 /day) 在 1m 2 的 光 触 媒 涂 装 面 上 每 日 可 将 245m 3 空 气 的 NOx 浓 度 降 低 10ppb 1-2.NOx 净 化 的 测 定 方 法 和 在 日 本 实 施 测 定 的 结 果 事 例 在 实 验 室 中 对 使 用 光 触 媒 净 化 氮 氧 化 物 进 行 评 价 的 方 法 为 ISO , 已 知 在 现 场 评 价 时 可 采 用 从 上 述 墙 面 采 样 硝 酸 离 子 进 行 测 定 的 方 法 以 下 介 绍 在 日 本 国 内 数 处 场 所 使 用 光 触 媒 进 行 净 化 的 事 例 硝 酸 离 子 的 采 样 方 法 HYDROTECT 涂 料 能 在 涂 膜 表 面 捕 捉 机 动 车 尾 气 中 的 NOx, 使 其 转 变 为 安 全 的 硝 酸 离 子 通 过 测 定 附 着 于 该 涂 膜 表 面 的 硝 酸 离 子 的 量, 就 能 推 算 出 NOx 消 除 量 实 施 本 检 测 方 法 时, 会 按 以 下 1)~3) 步 骤 对 一 定 时 间 内 被 HYDROTECT 涂 料 表 面 捕 获 的 硝 酸 离 子 进 行 采 样, 测 定 1) 检 测 部 位 用 自 来 水 清 洗 ( 照 片 1) 后, 再 用 蒸 馏 水 清 洗 一 遍 ( 照 片 2) 2)24 小 时 后, 用 镊 子 夹 取 含 有 纯 净 水 的 石 英 棉, 用 石 英 棉 拭 取 附 着 于 采 样 部 位 的 硝 酸 离 子 ( 照 片 3) 3) 将 拭 取 了 硝 酸 离 子 的 石 英 棉 保 存 于 采 样 容 器 内 159

32 照 片 1 照 片 2 照 片 3 硝 酸 离 子 浓 度 测 定 按 以 下 1)~2) 的 步 骤, 对 采 样 水 中 的 硝 酸 离 子 浓 度 进 行 定 量 测 定 1) 采 样 容 器 中 加 入 纯 净 水, 使 附 着 于 石 英 棉 的 硝 酸 离 子 溶 于 纯 净 水 中 并 进 行 回 收 2) 用 离 子 色 谱 法 对 溶 于 纯 净 水 中 的 硝 酸 离 子 进 行 定 量 测 定 实 施 事 例 (2) 某 日 系 大 型 汽 车 制 造 企 业 立 体 停 车 楼 1. 测 定 时 间 : 2008 年 7 月 26 日 ( 周 六 )9:00~2008 年 7 月 27 日 ( 周 日 )10:00 2. 测 定 环 境 天 气 : 晴 最 高 气 温 :33.4 大 气 中 NOx 浓 度 :40ppb 3. 测 定 结 果 < 表 2> 测 定 部 位 NOx 的 消 除 量 ( 每 1000m 2 ) 南 西 北 乘 用 车 约 22 台 / 日 乘 用 车 约 18 台 / 日 乘 用 车 约 10 台 / 日 实 施 事 例 (3) 某 日 系 大 型 企 业 货 车 停 车 场 1. 测 定 时 间 : 2008 年 11 月 13 日 ( 周 四 )10:00~2008 年 11 月 14 日 ( 周 五 )13:30 2. 测 定 环 境 160

33 天 气 : 晴 最 高 气 温 :21.1 大 气 中 NOx 浓 度 :27ppb 3. 测 定 结 果 < 表 3> 测 定 部 位 NOx 的 消 除 量 ( 每 1000m 2 ) 东 西 乘 用 车 约 4 台 / 日 乘 用 车 约 5 台 / 日 换 算 为 乘 用 车 的 方 法 车 型 : 乘 用 车 ( 汽 油 ), 方 式 :DBA 排 放 系 数 (0.0125), 按 私 家 车 每 天 平 均 行 驶 距 离 29.0km 时 的 NOx 排 放 量 换 算 出 此 次 介 绍 并 非 利 用 机 械 装 置 而 是 使 用 光 触 媒 净 化 氮 氧 化 物 的 方 法 如 上 所 述, 光 触 媒 技 术 是 利 用 自 然 能 量 的 环 保 型 净 化 技 术 此 次 介 绍 的 是 光 触 媒 涂 料 HYDROTECT 彩 色 外 涂 ECO-EX 的 事 例, 东 陶 (TOTO) 正 在 推 广 具 有 同 等 净 化 性 能 的 产 品 HYDROTECT 彩 色 外 涂 ECO-SP, 请 将 其 一 同 作 为 NOx 净 化 对 策 进 行 研 究 在 中 国 采 用 HYDROTECT 彩 色 外 涂 ( 光 触 媒 涂 料 ) 的 主 要 建 筑 物 弘 扬 环 保 型 企 业 的 企 业 建 筑 应 用 事 例 贝 亲 (Pigeon) 常 州 工 厂 保 力 马 (Polymatech) 电 子 无 锡 工 厂 爱 和 陶 (ICOT) 广 州 东 陶 (TOTO) 工 厂 ( 北 京 ) 东 陶 (TOTO) 工 厂 ( 上 海 ) 2. 运 用 环 境 净 化 技 术 HYDROTECT, 为 地 球 环 境 做 贡 献 2.1 何 谓 HYDROTECT 161

34 HYDROTECT 是 TOTO 公 司 独 家 研 发 的 一 项 光 触 媒 技 术, 它 可 利 用 自 然 能 量 ( 太 阳 光 和 雨 水 ) 为 净 化 环 境 做 出 贡 献 在 使 用 了 HYDROTECT 的 涂 料 等 表 面, 当 受 到 太 阳 光 中 所 含 的 紫 外 线 照 射 时, 光 触 媒 会 利 用 紫 外 线 的 能 量 与 空 气 中 的 氧 及 水 分 子 发 生 反 应, 产 生 活 性 氧 活 性 氧 具 有 强 大 的 氧 化 分 解 能 力, 能 分 解 污 染 物 ( 有 机 物 )( 见 图 7) 这 种 活 性 氧 还 能 氧 化 污 染 气 体 NOx, 从 而 净 化 空 气 另 外, 使 用 了 HYDROTECT 的 产 品 受 到 紫 外 线 照 射 时, 不 仅 有 分 解 作 用, 而 且 还 会 产 生 超 亲 水 性 现 象, 使 表 面 的 亲 水 性 更 好 ( 见 图 8) 运 用 这 些 作 用, 可 以 开 发 出 具 有 净 化 空 气 防 止 污 染 ( 自 净 作 用 ) 等 功 能 的 产 品 污 物 附 着 后 光 照 射 数 分 钟 后 一 般 涂 料 光 触 媒 涂 料 照 射 一 般 涂 料 光 触 媒 涂 料 紫 外 线 照 射 紫 外 线 图 7 HYDROTECT 的 氧 化 分 解 作 用 图 8 HYDROTECT 的 亲 水 作 用 2.2 为 环 境 做 贡 献 的 HYDROTECT HYDROTECT 能 发 挥 以 下 作 用, 为 地 球 环 境 做 贡 献 空 气 净 化 作 用 能 氧 化 净 化 酸 雨 和 NOx 酸 雨 会 破 坏 森 林, 从 而 妨 碍 其 光 合 作 用 对 CO2 的 削 减 作 用, 大 气 中 的 NOx 气 体 是 引 发 呼 吸 系 统 障 碍 的 光 化 学 氧 化 剂 的 诱 因 物 质 自 净 作 用 能 保 持 建 筑 物 外 墙 面 道 路 材 料 等 的 美 观, 减 少 清 洗 负 担 过 去 的 产 品 ( 建 筑 材 料 道 路 材 料 等 ) 无 法 净 化 上 述 的 NOx 气 体, 自 净 作 用 弱, 在 外 墙 面 清 洗 等 作 业 中 要 使 用 水 及 能 源, 会 产 生 CO2 使 用 了 HYDROTECT 技 术 的 产 品 后, 能 净 化 空 气, 为 地 球 环 境 作 贡 献, 对 于 客 户 来 说 也 是 一 种 清 洁 消 费 HYDROTECT 涂 料 根 据 JIS R 的 检 测 结 果, 具 有 1.35μmol 的 氮 氧 化 物 净 化 能 力 2.3 HYDROTECT 涂 料 以 下 介 绍 一 下 具 有 上 述 自 净 作 用 及 空 气 净 化 作 用 的 HYDROTECT 涂 料 外 装 污 染 的 原 因 主 要 是 亲 水 性 的 土 沙 等 无 机 微 粒 子 尘 埃, 以 及 工 厂 排 烟 机 动 车 尾 气 等 拨 水 性 的 有 机 物 污 染 HYDROTECT 涂 料 因 其 分 解 性 与 亲 水 性 作 用, 具 备 出 色 的 防 污 性 能 即 通 过 其 亲 水 性 作 用, 能 提 高 表 面 的 导 电 性, 防 止 带 电, 使 无 机 微 粒 子 尘 埃 不 易 附 着 ; 通 过 其 光 触 媒 的 有 机 物 分 解 作 用, 能 缓 慢 地 分 解 附 着 于 表 面 的 有 机 污 染 物, 或 使 其 附 着 力 降 低 此 外, 由 于 表 面 被 亲 水 化, 降 雨 时 的 雨 水 在 外 墙 表 面 扩 散, 渗 入 污 染 物 的 下 面, 使 污 染 物 上 浮, 更 易 被 雨 水 冲 刷 掉 这 些 都 是 利 用 自 然 能 量 的 太 阳 光 及 雨 水 的 自 净 作 用 162

35 HYDROTECT 非 光 触 媒 涂 料 HYDROTECT 非 光 触 媒 涂 料 图 9 HYDROTECT 涂 料 与 非 光 触 媒 涂 料 的 曝 露 实 验 ( 户 外 曝 露, 期 间 :1 年 ) HYDROTECT 非 光 触 媒 涂 料 图 10 加 硅 胶 密 封 后 的 曝 露 实 验 ( 户 外 曝 露, 期 间 :1 年 ) 此 外,HYROTECT 涂 料 能 氧 化 大 气 中 含 有 的 NOx 等 环 境 染 污 物 质, 使 其 以 硝 酸 离 子 的 形 态 附 着 于 表 面, 从 而 将 它 从 大 气 中 去 除 附 着 于 表 面 的 硝 酸 离 子 中 的 大 部 分 会 与 空 气 中 的 氨 等 碱 性 化 合 物 产 生 反 应, 并 中 和 为 硝 酸 铵 等, 与 雨 水 一 起 被 冲 走, 流 入 土 壤 中 3. 光 触 媒 的 原 理 所 谓 光 触 媒, 是 对 一 些 具 有 特 殊 作 用 的 触 媒 物 质 的 总 称, 这 些 触 媒 物 质 能 利 用 光 线 ( 紫 外 线 ) 的 能 量, 在 自 身 不 发 生 变 化 的 情 况 下, 通 过 化 学 反 应 使 周 围 的 物 质 发 生 变 化 氧 化 钛 (TiO2) 即 为 其 中 代 表 性 的 光 触 媒, 能 促 进 植 物 光 合 作 用 的 叶 绿 素 也 是 一 种 存 在 于 自 然 界 的 光 触 媒 运 用 光 触 媒 消 除 大 气 中 的 氮 氧 化 物, 这 一 技 术 具 体 来 说 基 于 以 下 原 理 首 先, 将 含 有 光 触 媒 的 163

36 涂 料 涂 于 墙 壁, 在 墙 面 形 成 光 触 媒 层 当 光 线 照 射 到 墙 面 时, 在 光 ( 紫 外 线 ) 能 量 的 作 用 下 引 起 化 学 反 应, 墙 壁 表 面 ( 光 触 媒 层 ) 会 产 生 活 性 酶 借 助 这 些 活 性 酶 的 强 大 氧 化 及 分 解 能 力, 使 大 气 中 的 氮 氧 化 物 硫 氧 化 物 及 有 机 物 等 被 氧 化 分 解 ( 见 图 11) 氮 氧 化 物 被 氧 化 分 解 成 硝 酸 另 外, 光 触 媒 氧 化 钛 具 有 很 强 的 亲 水 性, 当 墙 壁 受 雨 淋 时, 由 于 其 亲 水 作 用, 会 起 到 对 附 着 于 墙 面 的 污 垢 及 污 染 物 清 洗 的 作 用 ( 见 图 12) 1 光 触 媒 氧 化 钛 受 到 光 线 照 射 分 解 能 力 2 产 生 e - ( 电 子 ) 与 h + ( 空 穴 ) 3 空 气 中 的 O2 与 e - H2O 与 h + 分 别 发 生 化 学 反 应 - 4 在 氧 化 钛 表 面 生 成 O2 ( 超 氧 离 子 ) 及 -OH( 羟 自 由 基 )2 种 具 有 分 解 能 力 的 活 性 氧 ( 氧 ) 氧 化 钛 图 11 光 触 媒 的 氧 化 分 解 原 理 ( 出 处 : 光 触 媒 工 业 会 资 料 ) 1 光 触 媒 氧 化 钛 受 到 光 线 照 射 2 构 成 氧 化 钛 的 O( 氧 ) 原 子 之 一 与 空 气 中 的 H2O 发 生 化 学 反 应 亲 水 性 3 O 与 H2O 发 生 化 学 反 应 后, 在 氧 化 钛 表 面 产 生 亲 水 性 高 的 -OH ( 亲 水 基 团 ) 氧 化 钛 图 12 光 触 媒 的 亲 水 作 用 原 理 ( 出 处 : 光 触 媒 工 业 会 资 料 ) 空 气 净 化 功 能 ( 氮 氧 化 物 ) 的 性 能 判 定 标 准 光 触 媒 工 业 会 标 准 化 委 员 会 光 触 媒 工 业 会 所 属 的 会 员 ( 以 下 简 称 会 员 ) 在 销 售 户 外 使 用 的 标 明 空 气 净 化 功 能 ( 氮 氧 化 物 ) 的 光 触 媒 产 品 ( 以 下 简 称 产 品 ) 时, 必 须 在 指 定 的 测 试 机 构 进 行 JIS 测 试, 以 符 合 性 能 判 定 标 准 同 时, 会 员 必 须 获 得 效 果 持 续 性 及 安 全 性 方 面 的 数 据, 并 确 保 随 时 可 以 接 受 查 询 164

37 (1) 空 气 净 化 功 能 ( 氮 氧 化 物 ) 测 试 法 在 获 取 空 气 净 化 功 能 ( 氮 氧 化 物 ) 的 数 据 时, 要 实 施 以 下 测 试 另 外, 测 试 实 施 机 构 不 得 对 测 试 内 容 进 行 任 何 变 更, 即 便 当 事 者 间 同 意 JIS R 精 细 陶 瓷 - 光 触 媒 材 料 的 空 气 净 化 性 能 试 验 方 法 - 第 1 部 : 氮 氧 化 物 消 除 性 能 (2) 性 能 评 价 测 试 机 构 实 施 JIS 测 试 的 机 构, 必 须 通 过 NITE 技 能 考 试, 并 在 JNLA 注 册 登 记 但 光 触 媒 工 业 会 标 准 化 委 员 会 推 荐 的 测 试 机 构 可 以 作 为 JIS 评 价 测 试 实 施 机 构 (3) 性 能 判 定 标 准 会 员 在 销 售 产 品 时, 必 须 符 合 以 下 初 期 性 能 JIS R 氮 氧 化 物 消 除 性 能 达 0.50μmol 以 上 ( 测 试 气 体 流 量 为 1.5L/min 试 验 片 2 片 的 条 件 下 可 以 进 行 测 试 ) (4) 效 果 的 持 续 性 获 得 效 果 持 续 性 的 相 关 数 据 ( 促 进 试 验 曝 露 试 验 ), 确 保 消 费 者 随 时 可 查 询 状 态 会 员 机 构 实 施 的 促 进 试 验 中 应 实 施 JIS 测 试, 以 符 合 性 能 判 定 标 准 (5) 安 全 性 接 受 产 品 认 证 时, 根 据 使 用 产 品 的 安 全 性 测 试 结 果 或 构 成 原 料 的 MSDS 等 对 其 安 全 性 做 出 评 价, 以 符 合 以 下 安 全 性 标 准 必 须 测 试 项 目 (1) 急 性 经 口 毒 性 : LD50 2,000mg/kg (2) 皮 肤 一 次 刺 激 性 试 验 : 无 刺 激 性, 或 弱 刺 激 性 (3) 致 突 变 性 试 验 : 致 突 变 性 应 为 阴 性 使 用 中 需 要 长 时 间 接 触 皮 肤 的 产 品, 还 需 做 以 下 追 加 确 认 试 验 (4) 皮 肤 过 敏 性 试 验 : 应 为 阴 性 补 充 事 项 : 本 性 能 判 定 标 准 中 所 述 的 光 触 媒 产 品, 是 指 用 光 触 媒 喷 涂 或 进 行 加 工 制 作 的 最 终 产 品 光 触 媒 产 品 上 的 标 示 方 法 及 标 示 内 容, 按 规 格 运 用 委 员 会 的 规 定 执 行 参 考 文 献 (1) 微 小 粒 子 状 物 质 曝 露 影 响 调 查 报 告 书 2007 年 7 月 环 境 省 165

38 (2) 城 市 大 气 环 境 中 微 小 粒 子 的 二 次 生 成 物 质 的 影 响 评 价 和 预 测 (2006~2008 年 度 ) 国 立 环 境 研 究 所 166

39 参 考 资 料 关 于 减 排 氮 氧 化 物 日 本 企 业 技 术 一 览 表 2010 年 3 月 财 团 法 人 国 际 环 境 技 术 转 让 研 究 中 心 167