燃煤電站鍋爐脫硝催化劑再生技術的研究應用

鄧傳記

【摘 ?要】電力是推動社會發展的關鍵能源，在長期的發展進程中創造了巨大價值，但由于技術和觀念原因，國內一些火力發電廠仍存在較為明顯的污染情況。發電過程中所排出的NOx等氣體會造成酸雨、霧霾等危害，對人體和自然環境產生了嚴重危害，現階段來說國內火力發電站普遍采用催化還原脫硝技術進行NOx的控制，受其他限制性條件的影響，該方法的化學壽命約為3年。基于這種情況下，本文對失活催化劑展開研究，希望可以有效的提升資源利用率。

【關鍵詞】氮氧化物;催化劑;成本;低碳經濟

引言：氮氧化物是火力發電廠的污染源之一，根據調查數據顯示國內70%以上的氮化物排放都是源自于煤炭燃燒。現階段來說，國家提出可持續發展戰略與低碳經濟號召，降低火力發電廠污染，實現效能增長已經成為了迫在眉睫的關鍵所在。由于火電廠脫硝催化劑長期處于高溫、灰塵環境下，老化、失活、中毒等現象頻發，因此需要采取有效的對策予以優化。

一.煤電站鍋爐再生催化劑技術特點

目前來說，國內火力發電廠常用的失活脫硝催化劑處理工藝主要有7個環節，各個環節采用物理或化學方式對失去活性的催化劑進行處理，其具體步驟如下：

1.在實驗室內進行周密性檢驗分析，與既有催化劑的相關數據展開對比，制定最優工藝方法;

2.催化劑預處理，為保障催化劑的效果，需要進行相應的除塵處理，目前來說一般都是采用專門的除塵車間進行催化劑表面的飛灰處理;

3.物理化學處理，在催化劑表現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物質;

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備中，嚴格進行溫度把控，更進一步的鞏固催化劑內部的微孔結構;

5.熱處理過后的催化劑樣品需要放置在相應的活性植入裝置當中，吸收其中的活性物質，用來恢復和提升催化劑活性;

6.最終環節的熱處理，催化劑充分吸收活性物質后催化劑樣品放入特質的熱處理裝置中，同時采用特殊的升溫與降溫方法，將活性物質均勻的附著在催化劑表面;

7. 質檢環節，催化劑的正式應用需要經過質量檢驗，檢驗內容需要涵蓋抗壓強度、磨損強度、脫硝率、二氧化硫/三氧化硫的轉換率以及催化活性等內容，再生催化劑單個孔道疏通率需要達到98%以上。

二.燃煤電站鍋爐脫硝催化劑再生技術

1.催化劑金屬中毒及再生技術

以V2O5-WO3/Tio2催化劑為例，當其用于生物質燃燒后所產生的煙氣時，相對于其他的化石燃料產生煙氣的催化劑，失效率會顯著提升，約為3-4倍。導致這種情況發生的主要原因是由于生物質中含有堿金屬元素（鈉、鉀）等，幾種堿金屬的中毒機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兩部分，化學毒性占據主導;鉀元素導致脫硝催化劑中毒的原因為加與催化劑表米娜的V-OH酸位點產生一定的反應，會生成V-OK導致催化劑對于NH3的吸附能力降低，從而使得參加NO氧化還原反應的NH3吸附能力降低，催化劑的反應活性也從而降低。

根據大量的實驗研究表明，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布朗斯特酸位環節，提高脫硝催化劑表面對NH3的吸附數量，讓SCR催化劑的活性得到恢復。

2.催化劑堿土中毒與再生技術

生物質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，通常認為是物理中毒，其原因主要是由于燃料所含的鈣在燃燒過程中形成穩定 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，既可以增強催化劑的表面酸性，又可以去除催化劑表面和孔洞內的鈣鹽，從而使得催化劑活性恢復。

3.催化劑砷中毒與再生技術

煤炭作為化石燃料在燃燒時在高溫條件下會產生非常劇烈的氧化反應，并且會產生大量的砷氣體，在于脫硝催化劑反應后會導致催化劑的中毒，這種情況下脫硝催化劑的運用效果和使用效率都會大打折扣，對發電廠的運行造成一定的消極影響。為更好的提升脫硝催化劑的效用，需要防止催化劑產生砷中毒，目前來說國內燃煤電站鍋爐都是采用物理和化學特性來規避這一情況。目前來說脫硝催化劑的優化有兩種方式，第一種是改變脫硝催化劑表面的酸位點，讓催化劑與砷元素不容易產生反應，不會進行氧化砷的吸附，保持催化劑長久的活性;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更加穩定的催化劑，讓砷元素的吸附位置不會對脫硝催化劑的活性位產生影響。

4.催化劑二氧化硫中毒與再生技術

燃煤電站鍋爐燃燒時產生的二氧化硫也會導致催化劑中毒，導致脫硝催化劑失去活性。煙氣中含有的二氧化硫會被逐漸的催化發生氧化還原反應生成三氧化硫，當與煙氣中所含有的水汽和NH3所接觸后發生反應會生成各類銨鹽，導致脫硝催化劑中的活性位被掩蓋，催化劑失去活性。根據大量的實驗研究發現，各類銨鹽覆蓋在脫硝催化劑表面發生的中毒情況受溫度影響較大，溫度提升過程中，銨鹽會附著在脫硝催化劑表面抑制其活性，二氧化硫對催化劑中毒的作用降低。除此之外，二氧化硫和脫硝催化劑中的金屬活性成分產生反應后會生成金屬硫酸鹽，該物質也會嚴重抑制脫硝催化劑的活性。銨鹽具有熱不穩定性，通過溫度的變化可以改善脫硝催化劑中二氧化硫中毒現象實現催化劑的再生。

對于生成金屬硫酸鹽導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，在高溫環境中利用還原性氣體與催化劑表面的金屬進行融合，硫酸鹽與其發生反應后可以將脫硝催化劑重新賦予活性。

結語：燃煤電站鍋爐脫硝催化劑的再生技術研究能夠有效的降低發電廠的成本，并且可以有效的優化廢棄催化劑的處理，對于節約資源具有積極的促進作用。發電廠應當對該項內容加以重視，在發展過程中加強針對性研究，對各類優化方法加以分析，以便尋求最佳優化方案，實現經濟效益與社會效益的同步增長。

參考文獻：

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

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

[3]佚名.燃煤電廠鍋爐脫硝SCR系統導流板的FLUENT仿真模擬及實際應用[J].環保科技，2019，25（1）：24-28.

（作者單位：貴州金元茶園發電有限責任公司）