燃煤電站鍋爐脫硝催化劑再生技術(shù)的研究應(yīng)用

鄧傳記

【摘 ?要】電力是推動(dòng)社會(huì)發(fā)展的關(guān)鍵能源，在長(zhǎng)期的發(fā)展進(jìn)程中創(chuàng)造了巨大價(jià)值，但由于技術(shù)和觀念原因，國(guó)內(nèi)一些火力發(fā)電廠(chǎng)仍存在較為明顯的污染情況。發(fā)電過(guò)程中所排出的NOx等氣體會(huì)造成酸雨、霧霾等危害，對(duì)人體和自然環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重危害，現(xiàn)階段來(lái)說(shuō)國(guó)內(nèi)火力發(fā)電站普遍采用催化還原脫硝技術(shù)進(jìn)行NOx的控制，受其他限制性條件的影響，該方法的化學(xué)壽命約為3年?；谶@種情況下，本文對(duì)失活催化劑展開(kāi)研究，希望可以有效的提升資源利用率。

【關(guān)鍵詞】氮氧化物;催化劑;成本;低碳經(jīng)濟(jì)

引言：氮氧化物是火力發(fā)電廠(chǎng)的污染源之一，根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示國(guó)內(nèi)70%以上的氮化物排放都是源自于煤炭燃燒?，F(xiàn)階段來(lái)說(shuō)，國(guó)家提出可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略與低碳經(jīng)濟(jì)號(hào)召，降低火力發(fā)電廠(chǎng)污染，實(shí)現(xiàn)效能增長(zhǎng)已經(jīng)成為了迫在眉睫的關(guān)鍵所在。由于火電廠(chǎng)脫硝催化劑長(zhǎng)期處于高溫、灰塵環(huán)境下，老化、失活、中毒等現(xiàn)象頻發(fā)，因此需要采取有效的對(duì)策予以?xún)?yōu)化。

一.煤電站鍋爐再生催化劑技術(shù)特點(diǎn)

目前來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)火力發(fā)電廠(chǎng)常用的失活脫硝催化劑處理工藝主要有7個(gè)環(huán)節(jié)，各個(gè)環(huán)節(jié)采用物理或化學(xué)方式對(duì)失去活性的催化劑進(jìn)行處理，其具體步驟如下：

1.在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行周密性檢驗(yàn)分析，與既有催化劑的相關(guān)數(shù)據(jù)展開(kāi)對(duì)比，制定最優(yōu)工藝方法;

2.催化劑預(yù)處理，為保障催化劑的效果，需要進(jìn)行相應(yīng)的除塵處理，目前來(lái)說(shuō)一般都是采用專(zhuān)門(mén)的除塵車(chē)間進(jìn)行催化劑表面的飛灰處理;

3.物理化學(xué)處理，在催化劑表現(xiàn)飛灰處理完成后需要祛除催化劑活性部位和堵塞催化劑微孔的化學(xué)物質(zhì);

4.中間熱處理，將清洗干凈的催化劑半成品放置在熱處理的設(shè)備中，嚴(yán)格進(jìn)行溫度把控，更進(jìn)一步的鞏固催化劑內(nèi)部的微孔結(jié)構(gòu);

5.熱處理過(guò)后的催化劑樣品需要放置在相應(yīng)的活性植入裝置當(dāng)中，吸收其中的活性物質(zhì)，用來(lái)恢復(fù)和提升催化劑活性;

6.最終環(huán)節(jié)的熱處理，催化劑充分吸收活性物質(zhì)后催化劑樣品放入特質(zhì)的熱處理裝置中，同時(shí)采用特殊的升溫與降溫方法，將活性物質(zhì)均勻的附著在催化劑表面;

7. 質(zhì)檢環(huán)節(jié)，催化劑的正式應(yīng)用需要經(jīng)過(guò)質(zhì)量檢驗(yàn)，檢驗(yàn)內(nèi)容需要涵蓋抗壓強(qiáng)度、磨損強(qiáng)度、脫硝率、二氧化硫/三氧化硫的轉(zhuǎn)換率以及催化活性等內(nèi)容，再生催化劑單個(gè)孔道疏通率需要達(dá)到98%以上。

二.燃煤電站鍋爐脫硝催化劑再生技術(shù)

1.催化劑金屬中毒及再生技術(shù)

以V2O5-WO3/Tio2催化劑為例，當(dāng)其用于生物質(zhì)燃燒后所產(chǎn)生的煙氣時(shí)，相對(duì)于其他的化石燃料產(chǎn)生煙氣的催化劑，失效率會(huì)顯著提升，約為3-4倍。導(dǎo)致這種情況發(fā)生的主要原因是由于生物質(zhì)中含有堿金屬元素（鈉、鉀）等，幾種堿金屬的中毒機(jī)理與再生方法都存在一定的相似之處。鉀元素所引起的SCR催化劑中毒分為物理和化學(xué)兩部分，化學(xué)毒性占據(jù)主導(dǎo);鉀元素導(dǎo)致脫硝催化劑中毒的原因?yàn)榧优c催化劑表米娜的V-OH酸位點(diǎn)產(chǎn)生一定的反應(yīng)，會(huì)生成V-OK導(dǎo)致催化劑對(duì)于NH3的吸附能力降低，從而使得參加NO氧化還原反應(yīng)的NH3吸附能力降低，催化劑的反應(yīng)活性也從而降低。

根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)研究表明，將中毒后的催化劑放置于硫酸溶液中清洗后能夠去除催化劑表面的鉀鹽顆粒，并一定程度上加快催化劑表面硫酸鹽的生成，并使催化劑表面的V-OH布朗斯特酸位環(huán)節(jié)，提高脫硝催化劑表面對(duì)NH3的吸附數(shù)量，讓SCR催化劑的活性得到恢復(fù)。

2.催化劑堿土中毒與再生技術(shù)

生物質(zhì)燃料以及燃煤煙氣的飛灰中含有少量鈣等堿土金屬，也可以使得SCR催化劑中毒。鈣引起的SCR催化劑中毒，通常認(rèn)為是物理中毒，其原因主要是由于燃料所含的鈣在燃燒過(guò)程中形成穩(wěn)定 的化合物，沉積在催化劑的表面，滲入催化劑的最外層，或者堵塞催化劑的孔洞，阻礙 NH3和NO與催化劑活性位的接觸，使催化劑中毒。鈣中毒的催化劑可以采用水洗以及酸洗的方法進(jìn)行再生。一般采 取0.5mol/L的硫酸酸洗再生催化劑，既可以增強(qiáng)催化劑的表面酸性，又可以去除催化劑表面和孔洞內(nèi)的鈣鹽，從而使得催化劑活性恢復(fù)。

3.催化劑砷中毒與再生技術(shù)

煤炭作為化石燃料在燃燒時(shí)在高溫條件下會(huì)產(chǎn)生非常劇烈的氧化反應(yīng)，并且會(huì)產(chǎn)生大量的砷氣體，在于脫硝催化劑反應(yīng)后會(huì)導(dǎo)致催化劑的中毒，這種情況下脫硝催化劑的運(yùn)用效果和使用效率都會(huì)大打折扣，對(duì)發(fā)電廠(chǎng)的運(yùn)行造成一定的消極影響。為更好的提升脫硝催化劑的效用，需要防止催化劑產(chǎn)生砷中毒，目前來(lái)說(shuō)國(guó)內(nèi)燃煤電站鍋爐都是采用物理和化學(xué)特性來(lái)規(guī)避這一情況。目前來(lái)說(shuō)脫硝催化劑的優(yōu)化有兩種方式，第一種是改變脫硝催化劑表面的酸位點(diǎn)，讓催化劑與砷元素不容易產(chǎn)生反應(yīng)，不會(huì)進(jìn)行氧化砷的吸附，保持催化劑長(zhǎng)久的活性;第二種方式是采用釩和鉬的混合氧化物在高溫煅燒條件下獲取性質(zhì)更加穩(wěn)定的催化劑，讓砷元素的吸附位置不會(huì)對(duì)脫硝催化劑的活性位產(chǎn)生影響。

4.催化劑二氧化硫中毒與再生技術(shù)

燃煤電站鍋爐燃燒時(shí)產(chǎn)生的二氧化硫也會(huì)導(dǎo)致催化劑中毒，導(dǎo)致脫硝催化劑失去活性。煙氣中含有的二氧化硫會(huì)被逐漸的催化發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成三氧化硫，當(dāng)與煙氣中所含有的水汽和NH3所接觸后發(fā)生反應(yīng)會(huì)生成各類(lèi)銨鹽，導(dǎo)致脫硝催化劑中的活性位被掩蓋，催化劑失去活性。根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，各類(lèi)銨鹽覆蓋在脫硝催化劑表面發(fā)生的中毒情況受溫度影響較大，溫度提升過(guò)程中，銨鹽會(huì)附著在脫硝催化劑表面抑制其活性，二氧化硫?qū)Υ呋瘎┲卸镜淖饔媒档汀３酥?，二氧化硫和脫硝催化劑中的金屬活性成分產(chǎn)生反應(yīng)后會(huì)生成金屬硫酸鹽，該物質(zhì)也會(huì)嚴(yán)重抑制脫硝催化劑的活性。銨鹽具有熱不穩(wěn)定性，通過(guò)溫度的變化可以改善脫硝催化劑中二氧化硫中毒現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)催化劑的再生。

對(duì)于生成金屬硫酸鹽導(dǎo)致脫硝催化劑失去活性的部分，能夠采用熱還原方法再生，在惰性氣體中混合一定比例的還原氣體，在高溫環(huán)境中利用還原性氣體與催化劑表面的金屬進(jìn)行融合，硫酸鹽與其發(fā)生反應(yīng)后可以將脫硝催化劑重新賦予活性。

結(jié)語(yǔ)：燃煤電站鍋爐脫硝催化劑的再生技術(shù)研究能夠有效的降低發(fā)電廠(chǎng)的成本，并且可以有效的優(yōu)化廢棄催化劑的處理，對(duì)于節(jié)約資源具有積極的促進(jìn)作用。發(fā)電廠(chǎng)應(yīng)當(dāng)對(duì)該項(xiàng)內(nèi)容加以重視，在發(fā)展過(guò)程中加強(qiáng)針對(duì)性研究，對(duì)各類(lèi)優(yōu)化方法加以分析，以便尋求最佳優(yōu)化方案，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的同步增長(zhǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]660MW燃煤電廠(chǎng)商用SCR脫硝催化劑的失活分析與再生探究[D].浙江大學(xué)，2017.

[2]陳鴻偉，羅敏，王遠(yuǎn)鑫，et al.燃煤鍋爐飛灰對(duì)SCR脫硝催化劑的影響及預(yù)防措施[J].燃燒科學(xué)與技術(shù)，2017，23（3）：200-211.

[3]佚名.燃煤電廠(chǎng)鍋爐脫硝SCR系統(tǒng)導(dǎo)流板的FLUENT仿真模擬及實(shí)際應(yīng)用[J].環(huán)?？萍?，2019，25（1）：24-28.

（作者單位：貴州金元茶園發(fā)電有限責(zé)任公司）