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    脫硝催化劑再生技術及應用

    脫硝催化劑再生技術及應用

    1 脫硝催化劑再生的背景

    NOX是主要大氣汙染物之一,是灰霾、酸雨汙染及光化學煙霧的主要前驅物質。我國70%的氮氧化物排放均來自於煤炭的燃燒,電廠是用煤大戶,如何有效控製燃煤電廠NOX的排放已成為了環境保護中的重要課題。

    在一係列政策、標準的驅動下,“十二五”期間,燃煤火電廠脫硝改造呈全麵爆發增長趨勢。截至2013年底,已投運火電廠煙氣脫硝機組容量約4.3億千瓦,占全國現役火電機組容量的50%。預計到2014年底,已投運火電廠煙氣脫硝機組容量約6.8億千瓦,約占全國現役火電機組容量的75%。按中國每MW發電機組SCR脫硝催化劑初裝量(兩層)為0.80~

    1.1立方米(即0.80~1.1m3/MW),SCR占95%以上估算,預計到2014年底,脫硝催化劑保有量約60萬立方米。

    脫硝催化劑的化學壽命基本上是按24000小時設計的,意味著運行三到四年後,其催化劑活性會降低。按照脫硝催化劑的運行更換規律,預計從2016年開始,廢催化劑的產生量為每年10~24萬立方米(約5~12Mt/a),呈每年遞增趨勢。

    環保部2014年8月正式發布《關於加強廢煙氣脫硝催化劑監管工作的通知》和《廢煙氣脫硝催化劑危險廢物經營許可證審查指南》,將廢煙氣脫硝催化劑納入危險廢物進行管理。更換下來的廢催化劑若隨意堆存或不當處置,將造成環境汙染和資源浪費。廢催化劑的再生處理正是解決這些問題的最佳途徑,具有顯著的社會效益和經濟效益。

    作為燃煤電廠SCR脫硝係統的重要組成部分,脫硝催化劑成本約占脫硝工程總投資的35%左右。廢催化劑進行再生處理可為電廠節約可觀的催化劑購置費用,否則電廠除了需要投入大量的資金采購新催化劑外還需花費一定費用處理廢催化劑。廢催化劑進行再生,實現了中國有限資源的循環再利用,節約原材料,降低能耗,有利於環境保護。如果不進行再生,將造成資源的嚴重浪費,並對環境帶來二次汙染。

    可以預見,脫硝催化劑再生雖然在國內是全新的業務,但中國的SCR脫硝裝置大量使用再生催化劑是大勢所趨。

    2 脫硝催化劑的失活機理

    當催化劑運行一段時間後,不可避免地因為各種複雜的物理和化學作用而失活。再加上我國燃煤電廠多燃用劣質煤、運行煤種頻繁變化以及燃煤成分複雜的特點,使得SCR脫硝催化劑的使用壽命縮短,催化劑的更換速度加快。

    (1)催化劑的堵塞

    煤燃燒後產生的飛灰隨煙氣進入SCR反應器,此時煙氣的流速較小,一般在6米/秒左右。細小的飛灰顆粒在層流狀態下聚積在SCR反應器的上遊,當聚積到一定程度後掉落到催化劑表麵。由此,聚集在催化劑表麵的飛灰就會越來越多,最終形成搭橋,造成催化劑通道的堵塞。煙氣中除了細小的灰粒,也可能存在部分粒徑較大的“爆米花”

    (2)催化劑的覆蓋

    飛灰中的遊離CaO可能與由SO2氧化生成的SO3發生反應,在催化劑表麵形成低孔隙度的 CaSO4層,遮蔽催化劑表麵,阻止NOx、NH3、O2到達催化劑的活性位進行反應,導致催化劑的脫硝活性表現降低。

    (3)熱燒結

    當SCR催化劑長時間暴露在450℃以上的高溫時,容易引起催化劑燒結,引起銳鈦礦TiO2平均晶粒尺寸增大,比表麵積降低,孔容減小,孔徑增大。此外,催化劑表麵孤立的單體釩氧物種會發生聚合,導致催化劑性能下降;當煙氣溫度超過500℃時,TiO2開始發生相變,從銳鈦礦向金紅石轉化。催化劑的燒結引起催化劑結構上的變化,是不可逆的,不能通過再生的方式使其恢複活性。

    (4)催化劑的機械侵蝕

    SCR反應器在火電廠的安裝位置位於省煤器與空氣預熱器之間,該區域的煙氣中攜帶有大量的飛灰。煙氣中的飛灰撞擊催化劑表麵會造成催化劑的磨蝕。而由於我國煤種的特性及發電成本的考慮,電廠往往會燃用高鈣煤、劣質煤,燃用這些煤種產生的煙塵顆粒大,硬度高,成分複雜,更加劇了催化劑的磨蝕。同樣,催化劑的機械侵蝕是不可逆的,不能通過再生的方式使其恢複活性。

    (5)催化劑中毒

    研究表明,煙氣中的堿金屬(鈉和鉀)、堿土金屬(鈣和鎂)、砷、氯化氫、磷、鉛等可致釩係SCR脫硝催化劑中毒。中毒包括反應物、產物或者雜質通過與V2O5的活性酸性位發生強烈的化學吸附或者化學反應,減少了催化劑上有效活性位的數量,從而使得催化劑表麵氨吸附量減少,導致催化劑脫硝活性下降。催化劑中毒是造成催化劑失活的主要原因。 3 廢煙氣脫硝催化劑的再生技術


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