三菱動力在燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)（GTCC）用脫硝裝置中實(shí)現(xiàn)了95%以上的高效脫硝,。這一成果是通過采用以下技術(shù)和結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的：①氨/NOx失衡減少技術(shù)（高性能氨注入噴嘴、高性能廢氣混合器）,；②與高效脫硝相對應(yīng)的廢氣密封結(jié)構(gòu),。此外，計(jì)劃在即將到來的脫碳社會中將③高效脫硝技術(shù)應(yīng)用于以氫和氨為燃料的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備中,。以下,，對高效脫硝技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1.1 高效脫硝技術(shù)

① 氨/NOx（摩爾比）失衡減少技術(shù)

脫硝裝置向發(fā)電設(shè)備等產(chǎn)生的含NOx廢氣中注入氨,，利用脫硝催化劑通過下列化學(xué)反應(yīng)分解成氮和水,。

為了使NOx和氨在1:1的比例下反應(yīng)時實(shí)現(xiàn)95%以上的高效脫硝，必須降低氨注入時的摩爾比失衡,，盡可能與廢氣中的NOx完全混合,。三菱動力開發(fā)并采用了一種混合器來減少摩爾比失衡，從而成功實(shí)現(xiàn)了95%以上高效脫硝的實(shí)用化,，該混合器考慮到氨注入時溫度上升引起的摩爾比失衡,，并利用高性能氨注入噴嘴和回旋流。

② 與高效脫硝相對應(yīng)的廢氣密封結(jié)構(gòu)

用于GTCC的脫硝裝置在余熱回收鍋爐（HRSG）內(nèi)組裝有脫硝裝置，在設(shè)計(jì)催化反應(yīng)器時需要考慮HRSG的熱伸長,。然而,，在這種結(jié)構(gòu)中，生成的廢氣會穿過間隙而不與脫硝催化劑接觸,，因此通過改變HRSG內(nèi)的廢氣密封結(jié)構(gòu),，成功地減少了氣體泄露（氣體滲流）。

③ 脫硝技術(shù)在氫和氨燃燒中的應(yīng)用

今后,，如果使用氫氣或氨氣作為燃料應(yīng)用于燃?xì)浠虬盙TCC以減少二氧化碳排放，則燃?xì)廨啓C(jī)的Nox排放量會比過去使用的天然氣等高,，因此需要更高效的脫硝裝置,。由于這種高效脫硝裝置在脫硝裝置入口處的NOx濃度高于以天然氣為燃料的普通GTCC，因此計(jì)劃應(yīng)用催化技術(shù)來應(yīng)對增加的氨注入量并降低摩爾比失衡,。

1.2 高效脫硝實(shí)績

三菱動力已向其高砂工廠內(nèi)的實(shí)證設(shè)備復(fù)合循環(huán)發(fā)電廠（第二T地點(diǎn)）交付了脫硝效率超過95%的設(shè)備,。該設(shè)備通過采用氨/NOx失衡降低技術(shù)和與高效脫硝裝置相對應(yīng)的廢氣密封結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了95%以上的脫硝率（圖1）,。

圖1  用于高砂工廠內(nèi)實(shí)證設(shè)備復(fù)合循環(huán)發(fā)電廠（第二T地點(diǎn)）的脫硝裝置

近年來,，世界各國為保護(hù)健康和改善水質(zhì)，加強(qiáng)了對各領(lǐng)域工業(yè)設(shè)施廢水排放的監(jiān)管,，增加了管制對象,，并降低了管制濃度，例如美國的ELG’s（Effluent Limitation Guidelines and Standards）,、中國的水污染防治行動計(jì)劃（水十條）,、日本的水質(zhì)污染防止法、歐洲的BREF（Best Available Techniques Reference）等,。

對在濕式石灰石膏法脫硫裝置中生成的副產(chǎn)石膏進(jìn)行脫水時會生成濾液,。此前，火力發(fā)電廠會在廢水處理設(shè)備中使用化學(xué)藥品對重金屬或其他有害成分進(jìn)行高度處理以達(dá)到規(guī)定基準(zhǔn)值以下后,，再將濾液排放到河川,、湖沼和海域中。但是,，如上所述,，近年來隨著廢水相關(guān)法規(guī)的加強(qiáng)，對干式排煙處理技術(shù)和廢水零液體排放技術(shù)（ZLD）的需求不斷增長,，三菱動力開發(fā)了一種廢水零液體排放（WSD）技術(shù),，以為減輕環(huán)境負(fù)荷作貢獻(xiàn)。該技術(shù)通過使?jié)袷脚艧熋摿蜓b置的廢水與工廠廢氣熱源接觸,，高效且廉價(jià)地使?jié)袷脚艧熋摿蜓b置的廢水排放為零,。

圖2示出WSD的流程。將空氣加熱器（AH）入口的一部分抽氣廢氣吸入到WSD罐體內(nèi)，同時使脫硫?yàn)V液廢水液滴化,，并將其噴出以與廢氣接觸,，從而使廢水在同一罐體內(nèi)蒸發(fā)凝固。然后,，將該廢氣返回到AH出口煙道,，由干式電動集塵機(jī)（ESP）去除蒸發(fā)后的鹽粒子。該WSD的特征如下：

①   由于可以利用工廠廢氣的熱量實(shí)現(xiàn)高效廢水零液體排放,，因此不需要其他ZLD方法所需的蒸汽熱源等公用能源,。

②   通過在連接WSD罐體和主煙道系統(tǒng)的管道中安裝減震器，必要時關(guān)閉減震器并切斷WSD系統(tǒng),，從而能夠在發(fā)電設(shè)備運(yùn)行過程中對WSD內(nèi)部進(jìn)行清潔和維護(hù),。因此，整個發(fā)電設(shè)備可以穩(wěn)定運(yùn)行,。

③   能夠以AH的壓差為驅(qū)動力,，將廢氣吸入到WSD罐體內(nèi)，無需WSD系統(tǒng)管道專用送氣風(fēng)扇,，因此可簡化設(shè)備結(jié)構(gòu),。

圖2   WSD流程圖

三菱動力在2016年之前完成了WSD基礎(chǔ)研究（鹽水液滴蒸發(fā)速度的延遲預(yù)測、蒸發(fā)鹽的潮解性抑制,、重金屬的溶出防止處理方法）和小規(guī)模試驗(yàn)實(shí)證^（1）,，并通過同時分析熱流動和鹽水滴蒸發(fā)的模擬方法，實(shí)現(xiàn)了實(shí)機(jī)設(shè)備的適當(dāng)容量設(shè)計(jì)（圖3）,。

圖3 WSD罐體內(nèi)部 廢水液滴蒸發(fā)模擬分析實(shí)例

經(jīng)過該研究,，2017年與中國EPC制造商“北科歐遠(yuǎn)”公司合作，在中國山西省臨汾發(fā)電廠（發(fā)電量350MW的燃煤發(fā)電設(shè)備）建設(shè)了WSD一號機(jī)并已開始運(yùn)行（脫硫廢水處理量5t/h）,?！氨笨茪W遠(yuǎn)”公司還負(fù)責(zé)發(fā)電廠的運(yùn)行和維修（O&M），通過適當(dāng)調(diào)整基于運(yùn)行數(shù)據(jù)管理的運(yùn)行控制條件和維修頻率,，現(xiàn)在也可以繼續(xù)長期穩(wěn)定運(yùn)行而不會在WSD出口管道中發(fā)生堵塞（圖4）,。

圖4 WSD實(shí)機(jī)開放檢查時的出口管道內(nèi)部照片

表1示出WSD的訂單實(shí)績。目前在中國和美國共收到了14臺WSD的訂單,，除此之外還在進(jìn)行許多商談,。

作為下一項(xiàng)舉措，正在探討如何使WSD與脫硫廢水的濃縮減容裝置相結(jié)合的技術(shù)投入實(shí)際使用,。在廢水零液體排放設(shè)備的前流側(cè)濃縮脫硫廢水并減少其容量的方法有以下兩種：①通過脫硫裝置增加石膏脫水后的濾液返回至吸收塔時的返送量,；②使從脫硫裝置排出的廢水通過反滲透膜（RO膜），提取Brine濃縮液并減少其體積,。為了延長膜的壽命,，保證穩(wěn)定運(yùn)行,，正在進(jìn)行RO膜的種類和透水壓力的選擇、以及反洗頻率和用于防止結(jié)垢/積垢的預(yù)處理方法的優(yōu)化,。

圖5示出各ZLD方式的設(shè)備成本+運(yùn)行成本的比較,。由圖可知，WSD相對于傳統(tǒng)型具有總成本優(yōu)勢,。當(dāng)組合使用RO膜濃縮裝置+WSD時,，與單獨(dú)使用WSD相比，可以大幅降低電力成本（熱源）和設(shè)備成本,。這是通過減少廢水量和所需熱源量來節(jié)省能源和降低ZLD設(shè)備尺寸的效果,。組合RO膜濃縮裝置+WSD時，在RO膜濃縮的預(yù)處理中,，藥劑成本正在增加,，目前正在探討如何降低該組合的成本。

圖5 設(shè)備成本與運(yùn)行成本的比較

（傳統(tǒng)型,、WSD、RO濃縮+WSD）

本文中介紹的WSD不僅適用于火力發(fā)電設(shè)備,，也適用于工業(yè)用廢氣處理設(shè)備的廢水零液體排放技術(shù),。因此，今后將以WSD應(yīng)用于這些設(shè)備為目標(biāo),，致力于為環(huán)境和節(jié)能作出貢獻(xiàn),。

從2020年1月起，根據(jù)國際海事組織（IMO）制定的規(guī)則,，對各海域船舶使用的燃料油中的硫磺成分進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定,。通過將研究多年而成的陸上鍋爐用方形排煙脫硫裝置用于船舶，三菱動力的船載脫硫洗滌器尤其配置于大型集裝箱船時具有優(yōu)勢,，并且可以在不損失貨物的情況下進(jìn)行安裝,。此外，可以獲得符合所有海域規(guī)定的高脫硫效率,，包括排放法規(guī)特別嚴(yán)格的ECA（Emission Control Area）,。到目前為止，已經(jīng)收到了45臺訂單,，為減少全球海域的地球環(huán)境負(fù)荷作出貢獻(xiàn),。下文中將對船載脫硫洗滌器的最新情況進(jìn)行介紹。

3.1 舶用脫硫洗滌器的特征

船用脫硫洗滌器有三種類型：（1）將海水作為吸收液一次性送入吸收塔的開環(huán)方式,；（2）使用循環(huán)液（使用燒堿等藥劑）的閉環(huán)方式,；（3）組合使用開環(huán)方式和閉環(huán)方式的混合方式。除了符合ECA規(guī)定值的開環(huán)方式外,，三菱動力還具有混合方式的訂單實(shí)績,。在禁止船外廢水的區(qū)域（Non-Discharge Area）,，該混合方式洗滌器可以通過廢水零排放運(yùn)行技術(shù)被使用。此外,，產(chǎn)品陣容已通過開發(fā)設(shè)計(jì)擴(kuò)大到比現(xiàn)有型號更小的范圍,。

圖6示出船用脫硫洗滌器的外觀圖。由于方形吸收塔的縱橫比可以相對自由地改變,，因此對于空間有限的船舶來說能夠?qū)崿F(xiàn)最佳配置,，并且與圓柱形洗滌器相比具有更高的容積效率。最重要的是,，對于大型集裝箱船,，可以在不降低集裝箱裝載量的情況下安裝洗滌器，且因其呈方形,，在配置方面具有很大優(yōu)勢,。圖7示出在大型集裝箱船上安裝洗滌器的配置圖。該船為兩島式大型集裝箱船,，居住艙室與發(fā)動機(jī)外殼相互獨(dú)立,，發(fā)動機(jī)外殼內(nèi)收納有洗滌器主體，且能夠在不減少集裝箱裝載量的情況下進(jìn)行配置,。

圖6 船用脫硫洗滌器外觀

圖7 在大型集裝箱船上安裝洗滌器的配置示意圖

此外,，為了在維修時節(jié)省勞力，三菱動力的洗滌器采用多流方式,，從而可以最大限度地減少設(shè)備數(shù)量,，該多流方式在一個塔內(nèi)處理來自多個發(fā)動機(jī)的氣體。而且,，考慮到塔內(nèi)工作的危險(xiǎn)性,，選擇并采用了噴嘴結(jié)構(gòu)，通過該結(jié)構(gòu),，不易發(fā)生因堵塞而需要維修塔內(nèi)的情況,。

3.2 搭載工程

不同于一般供應(yīng)船用脫硫洗滌器的廠家，三菱動力的合作伙伴三菱造船株式會社還將為尋求在計(jì)劃船舶上更快,、更簡單,、更可靠地安裝脫硫洗滌器的客戶提供搭載工程，并提出與計(jì)劃船舶相適配的搭載方案,。

3.3 搭載后的支持和售后服務(wù)

作為對搭載工程后需要對接的客戶支持,，三菱動力正在加強(qiáng)船用洗滌器的售后服務(wù)，包括訪船檢查,，在與海外發(fā)電廠的商務(wù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行合作的同時,，推進(jìn)搭載后的售后工作。

在全球脫碳潮流的背景下,，對新一代環(huán)保技術(shù)產(chǎn)品的需求日益增加,。三菱動力作為綜合排煙處理系統(tǒng)（AQCS）的供應(yīng)商,，今后將根據(jù)引進(jìn)國家的法規(guī)和工廠的情況，繼續(xù)提出最佳系統(tǒng),，為減少環(huán)境負(fù)荷作出貢獻(xiàn),。

參考文獻(xiàn)：

（1）香川晴治等，脫硫裝置中廢水零液體排放技術(shù)的開發(fā),，三菱重工技報(bào),，Vol.52，No.4（2015）

●中國規(guī)?；瘹淠芄?yīng)鏈的經(jīng)濟(jì)性分析

●分布式氫能源系統(tǒng)的開發(fā)

●燃料電池系統(tǒng)“MEGAMIE?”的市場引入狀況及未來展望

●通過氨實(shí)現(xiàn)碳中和,！構(gòu)建全球氨供應(yīng)鏈

●三菱商事與千代田化工的殺手锏！儲氫法：大型商社“氫與氨”的王牌（１）

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