燃煤鍋爐煙氣SCR脫硝催化劑再生工程實踐

李樹田

（國華太倉發(fā)電有限公司，江蘇215433）

國華太倉發(fā)電有限公司2臺630MW超臨界直流燃煤機組脫硝系統(tǒng)采取選擇性催化還原（SCR）技術(shù)。SCR反應(yīng)器采用高位布置，每爐配兩個平行布置的反應(yīng)器，反應(yīng)器分三層布置，采用固定床平行通道形式，催化劑（鈦基五氧化二釩）產(chǎn)自日立造船公司，共安裝兩層，備用一層。催化劑模塊單體尺寸為1 962mm×972mm×1 000 mm，每臺機組催化劑模塊數(shù)量300塊。7號機組脫硝系統(tǒng)于2006年1月隨主機一起通過168h試運行，8號機組脫硝系統(tǒng)于2007年2月通過168h試運行。2臺機組脫硝系統(tǒng)運行正常時，脫硝效率控制在75%左右，出口NOx排放質(zhì)量濃度控制在60mg／m3。至2011年1月31日脫硝催化劑運行累計分別達到3.6×104h、2.9×104h。

國華太倉發(fā)電有限公司作為國內(nèi)最早投入連續(xù)脫硝運行的火力發(fā)電廠，目前催化劑狀況十分適合開展催化劑再生研究，這一研究的成功將不僅有效降低現(xiàn)有設(shè)備改造成本，還可以降低脫硝運行成本，對國內(nèi)SCR脫硝技術(shù)的應(yīng)用起到推進作用。

1 SCR催化劑失活與再生

1.1 SCR催化劑失活原因

通常情況下導(dǎo)致催化劑失活的主要原因是：中毒、結(jié)焦和堵塞、燒結(jié)和熱失活［1］。對于燃煤機組脫硝系統(tǒng)，在正常運行情況下，活性成分的流失和CaSO4、SiO2等污垢的遮蔽是催化劑失活的主要原因［2-3］。

由美國SCR Catalyst Management ＆ Regeneration Services和江蘇肯創(chuàng)環(huán)境科技股份有限公司分別為國華太倉失活催化劑孔道污垢及失活催化劑的圖譜等檢測分析，結(jié)果表明：催化劑失活原因是CaSO4及SiO2積累，分析結(jié)果見表1。

表1 失活催化劑檢測報告

1.2 SCR失活催化劑再生工藝流程

根據(jù)SCR催化劑失活機理和現(xiàn)場催化劑結(jié)垢堵塞的情況，江蘇肯創(chuàng)環(huán)境科技股份有限公司的再生工藝方案是：

負壓吸塵→去離子水清洗→超聲波化學(xué)清洗→超聲波活性載體激活、負載→干燥。

1.2.1 負壓吸塵

由于催化劑載體粉塵堆積嚴(yán)重，采用負壓吸塵設(shè)備先除去黏附尚且不牢的粉塵。

1.2.2 去離子水清洗

使用去離子水進一步清除負壓吸塵遺留下的粉塵，降低下一步化學(xué)清洗污垢的難度。去離子水中添加滲透促進劑和表面活性劑，提高清洗效果，為下一步化學(xué)清洗創(chuàng)造良好的清洗界面。

1.2.3 超聲波化學(xué)清洗

針對催化劑內(nèi)CaSO4、SiO2等污垢，使用專利清洗藥劑。該藥劑pH值呈中性，對催化劑基體無損傷，但高分子材料可以扭曲污垢晶鍵形態(tài)，使頑固性CaSO4、SiO2等污垢發(fā)生溶脹，達到去除目的。為增加除垢效果，采用超聲波輔助。

1.2.4 超聲波活性載體激活、負載

經(jīng)水洗、化學(xué)清洗后，催化劑表面呈潔凈狀態(tài)，但部分活性成分仍處于惰性，還有部分活性成分被丟失；通過再生液藥劑，激活惰性V＼W價態(tài)，恢復(fù)其活性，補充活性成分，提高催化劑活性能力；為保證金屬化合物催化組分在催化劑載體表面存在的價態(tài)、晶粒尺度和分散度，采用超聲＋等離子體法制備催化劑專利技術(shù)。

1.2.5 干燥

經(jīng)清洗、活化后的催化劑及時進行干燥處理，使活性成分與載體牢固黏附［4］。

1.3 SCR催化劑再生效果測試

美國SCR Catalyst Management ＆Regeneration Services也對該批次具有代表性的催化劑進行了再生測試，結(jié)果見表2。

表2 失活催化劑再生前后測試結(jié)果

美國CoaLogix公司對清洗再生前后的催化劑進行了對比，脫硝效率提高幅度達43%，說明失活催化劑的清洗再生還是很有成效的。

2 SCR失活催化劑再生工藝的實踐

2.1 實驗室小試

江蘇肯創(chuàng)環(huán)境科技股份有限公司進行了實驗室小試，經(jīng)過大量再生篩選試驗，進一步優(yōu)化催化劑再生工藝。小試中催化劑再生前后活性測試數(shù)據(jù)見圖1。

圖1 失活催化劑再生前后活性對比

由實驗數(shù)據(jù)可知：再生催化劑脫硝活性可達90%以上，清洗除垢率可達95%，說明該工藝方案是可行的，可以進行現(xiàn)場中試。

2.2 小型中試

2011年6 月江蘇肯創(chuàng)環(huán)境科技股份有限公司實施了SCR催化劑再生的中試，以再生了的19個模塊催化劑安裝在8號機組脫硝B側(cè)反應(yīng)器上層（單側(cè)78個模塊，雙側(cè)共150個模塊；再生比例約12.7%）。

催化劑再生前后對比見圖2。

圖2 催化劑再生前后外觀對比

正常運行到2011年9月下旬進行了脫硝效率測試，B側(cè)反應(yīng)器脫硝效率測試結(jié)果見表3。

表3 B側(cè)反應(yīng)器脫硝效率測試結(jié)果

控制B側(cè)反應(yīng)器脫硝效率為58%時，氨逃逸平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0×10-6；當(dāng)脫硝效率升高至79%時，氨逃逸平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)達到3.07×10-6；故B側(cè)反應(yīng)器滿足出口氨逃逸質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于3.00×10-6時的最高效率約78%。

A側(cè)反應(yīng)器脫硝效率測試結(jié)果見表4。

表4 A側(cè)反應(yīng)器脫硝效率測試結(jié)果

A側(cè)反應(yīng)器在滿足氨逃逸平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于3.00×10-6時的最高效率約66%。

由此可見：安裝了再生催化劑的B側(cè)反應(yīng)器的脫硝效率明顯高于未再生的A側(cè)反應(yīng)器，表明再生后催化劑脫硝性能得到了有效恢復(fù)。按美國CoaLogix公司的數(shù)據(jù)計算，本次中試再生后的SCR催化劑的脫硝活性提高幅度也達到了40%～50%，說明江蘇肯創(chuàng)環(huán)境科技股份有限公司SCR催化劑再生技術(shù)達到了比較高的水平。

3 工程應(yīng)用

鑒于中試取得的成果，2011年12月將7號機組的A、B側(cè)脫硝反應(yīng)器上層（第一層）全部更換為再生合格的SCR催化劑，至今運行良好。

3.1 催化劑層間壓差

催化劑模塊更換前后催化劑層間壓差變化見表5。

表5 催化劑層間壓差

從表5數(shù)據(jù)可以得出：SCR脫硝反應(yīng)器更換第一層催化劑模塊后，各級催化劑層間壓差均明顯下降，層間壓差均處于報警值以下。

3.2 脫硝反應(yīng)器進口NOx質(zhì)量濃度

催化劑模塊更換前后，脫硝系統(tǒng)進、出口NOx質(zhì)量濃度及氨氣逃逸質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表6。

表6 脫硝系統(tǒng)進、出口NOx排放情況表

從表6數(shù)據(jù)可以得出：脫硝反應(yīng)器更換第一層SCR催化劑模塊后，在控制氨氣逃逸質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于3.0×10-6的條件下，提高噴氨流量，脫硝SCR反應(yīng)器出口NOx排放質(zhì)量濃度降低至74mg／m3，甚至更優(yōu)，滿足NOx排放標(biāo)準(zhǔn)的要求（100mg／m3）［4］。

4 結(jié)語

SCR脫硝催化劑再生技術(shù)的工程應(yīng)用可以節(jié)省火電廠環(huán)保方面的投入，催化劑性能和使用壽命提高明顯，取得了初步成績。

［1］趙地順.催化劑評價與表征［M］.1版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

［2］張強.燃煤電站SCR煙氣脫硝技術(shù)及工程應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［3］吳凡.煙氣脫硝選擇催化還原法（SCR）催化劑的清洗再生［J］.清洗世界，2009，25（9）：1-3，12.

［4］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB 13223—2011火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2012.