论文部分内容阅读
【摘 要】电力是推动社会发展的关键能源，在长期的发展进程中创造了巨大价值，但由于技术和观念原因，国内一些火力发电厂仍存在较为明显的污染情况。发电过程中所排出的NOx等气体会造成酸雨、雾霾等危害，对人体和自然环境产生了严重危害，现阶段来说国内火力发电站普遍采用催化还原脱硝技术进行NOx的控制，受其他限制性条件的影响，该方法的化学寿命约为3年。基于这种情况下，本文对失活催化剂展开研究，希望可以有效的提升资源利用率。
【关键词】氮氧化物;催化剂;成本;低碳经济
引言：氮氧化物是火力发电厂的污染源之一，根据调查数据显示国内70%以上的氮化物排放都是源自于煤炭燃烧。现阶段来说，国家提出可持续发展战略与低碳经济号召，降低火力发电厂污染，实现效能增长已经成为了迫在眉睫的关键所在。由于火电厂脱硝催化剂长期处于高温、灰尘环境下，老化、失活、中毒等现象频发，因此需要采取有效的对策予以优化。
一.煤电站锅炉再生催化剂技术特点
目前来说，国内火力发电厂常用的失活脱硝催化剂处理工艺主要有7个环节，各个环节采用物理或化学方式对失去活性的催化剂进行处理，其具体步骤如下：
1.在实验室内进行周密性检验分析，与既有催化剂的相关数据展开对比，制定最优工艺方法;
2.催化剂预处理，为保障催化剂的效果，需要进行相应的除尘处理，目前来说一般都是采用专门的除尘车间进行催化剂表面的飞灰处理;
3.物理化学处理，在催化剂表现飞灰处理完成后需要祛除催化剂活性部位和堵塞催化剂微孔的化学物质;
4.中间热处理，将清洗干净的催化剂半成品放置在热处理的设备中，严格进行温度把控，更进一步的巩固催化剂内部的微孔结构;
5.热处理过后的催化剂样品需要放置在相应的活性植入装置当中，吸收其中的活性物质，用来恢复和提升催化剂活性;
6.最终环节的热处理，催化剂充分吸收活性物质后催化剂样品放入特质的热处理装置中，同时采用特殊的升温与降温方法，将活性物质均匀的附着在催化剂表面;
7. 质检环节，催化剂的正式应用需要经过质量检验，检验内容需要涵盖抗压强度、磨损强度、脱硝率、二氧化硫/三氧化硫的转换率以及催化活性等内容，再生催化剂单个孔道疏通率需要达到98%以上。
二.燃煤电站锅炉脱硝催化剂再生技术
1.催化剂金属中毒及再生技术
以V2O5-WO3/Tio2催化剂为例，当其用于生物质燃烧后所产生的烟气时，相对于其他的化石燃料产生烟气的催化剂，失效率会显著提升，约为3-4倍。导致这种情况发生的主要原因是由于生物质中含有碱金属元素（钠、钾）等，几种碱金属的中毒机理与再生方法都存在一定的相似之处。钾元素所引起的SCR催化剂中毒分为物理和化学两部分，化学毒性占据主导;钾元素导致脱硝催化剂中毒的原因为加与催化剂表米娜的V-OH酸位点产生一定的反应，会生成V-OK导致催化剂对于NH3的吸附能力降低，从而使得参加NO氧化还原反应的NH3吸附能力降低，催化剂的反应活性也从而降低。
根据大量的实验研究表明，将中毒后的催化剂放置于硫酸溶液中清洗后能够去除催化剂表面的钾盐颗粒，并一定程度上加快催化剂表面硫酸盐的生成，并使催化剂表面的V-OH布朗斯特酸位环节，提高脱硝催化剂表面对NH3的吸附数量，让SCR催化剂的活性得到恢复。
2.催化剂碱土中毒与再生技术
生物质燃料以及燃煤烟气的飞灰中含有少量钙等碱土金属，也可以使得SCR催化剂中毒。钙引起的SCR催化剂中毒，通常认为是物理中毒，其原因主要是由于燃料所含的钙在燃烧过程中形成稳定 的化合物，沉积在催化剂的表面，渗入催化剂的最外层，或者堵塞催化剂的孔洞，阻碍 NH3和NO与催化剂活性位的接触，使催化剂中毒。钙中毒的催化剂可以采用水洗以及酸洗的方法进行再生。一般采 取0.5mol/L的硫酸酸洗再生催化剂，既可以增强催化剂的表面酸性，又可以去除催化剂表面和孔洞内的钙盐，从而使得催化剂活性恢复。
3.催化剂砷中毒与再生技术
煤炭作为化石燃料在燃烧时在高温条件下会产生非常剧烈的氧化反应，并且会产生大量的砷气体，在于脱硝催化剂反应后会导致催化剂的中毒，这种情况下脱硝催化剂的运用效果和使用效率都会大打折扣，对发电厂的运行造成一定的消极影响。为更好的提升脱硝催化剂的效用，需要防止催化剂产生砷中毒，目前来说国内燃煤电站锅炉都是采用物理和化学特性来规避这一情况。目前来说脱硝催化剂的优化有两种方式，第一种是改变脱硝催化剂表面的酸位点，让催化剂与砷元素不容易产生反应，不会进行氧化砷的吸附，保持催化剂长久的活性;第二种方式是采用钒和钼的混合氧化物在高温煅烧条件下获取性质更加稳定的催化剂，让砷元素的吸附位置不会对脱硝催化剂的活性位产生影响。
4.催化剂二氧化硫中毒与再生技术
燃煤电站锅炉燃烧时产生的二氧化硫也会导致催化剂中毒，导致脱硝催化剂失去活性。烟气中含有的二氧化硫会被逐渐的催化发生氧化还原反应生成三氧化硫，当与烟气中所含有的水汽和NH3所接触后发生反应会生成各类铵盐，导致脱硝催化剂中的活性位被掩盖，催化剂失去活性。根据大量的实验研究发现，各类铵盐覆盖在脱硝催化剂表面发生的中毒情况受温度影响较大，温度提升过程中，铵盐会附着在脱硝催化剂表面抑制其活性，二氧化硫对催化剂中毒的作用降低。除此之外，二氧化硫和脱硝催化剂中的金属活性成分产生反应后会生成金属硫酸盐，该物质也会严重抑制脱硝催化剂的活性。铵盐具有热不稳定性，通过温度的变化可以改善脱硝催化剂中二氧化硫中毒现象实现催化剂的再生。
对于生成金属硫酸盐导致脱硝催化剂失去活性的部分，能够采用热还原方法再生，在惰性气体中混合一定比例的还原气体，在高温环境中利用还原性气体与催化剂表面的金属进行融合，硫酸盐与其发生反应后可以将脱硝催化剂重新赋予活性。
结语：燃煤电站锅炉脱硝催化剂的再生技术研究能够有效的降低发电厂的成本，并且可以有效的优化废弃催化剂的处理，对于节约资源具有积极的促进作用。发电厂应当对该项内容加以重视，在发展过程中加强针对性研究，对各类优化方法加以分析，以便寻求最佳优化方案，实现经济效益与社会效益的同步增长。
参考文献：
[1]660MW燃煤电厂商用SCR脱硝催化剂的失活分析与再生探究[D].浙江大学，2017.
[2]陳鸿伟，罗敏，王远鑫，et al.燃煤锅炉飞灰对SCR脱硝催化剂的影响及预防措施[J].燃烧科学与技术，2017，23（3）：200-211.
[3]佚名.燃煤电厂锅炉脱硝SCR系统导流板的FLUENT仿真模拟及实际应用[J].环保科技，2019，25（1）：24-28.
（作者单位：贵州金元茶园发电有限责任公司）
【关键词】氮氧化物;催化剂;成本;低碳经济
引言：氮氧化物是火力发电厂的污染源之一，根据调查数据显示国内70%以上的氮化物排放都是源自于煤炭燃烧。现阶段来说，国家提出可持续发展战略与低碳经济号召，降低火力发电厂污染，实现效能增长已经成为了迫在眉睫的关键所在。由于火电厂脱硝催化剂长期处于高温、灰尘环境下，老化、失活、中毒等现象频发，因此需要采取有效的对策予以优化。
一.煤电站锅炉再生催化剂技术特点
目前来说，国内火力发电厂常用的失活脱硝催化剂处理工艺主要有7个环节，各个环节采用物理或化学方式对失去活性的催化剂进行处理，其具体步骤如下：
1.在实验室内进行周密性检验分析，与既有催化剂的相关数据展开对比，制定最优工艺方法;
2.催化剂预处理，为保障催化剂的效果，需要进行相应的除尘处理，目前来说一般都是采用专门的除尘车间进行催化剂表面的飞灰处理;
3.物理化学处理，在催化剂表现飞灰处理完成后需要祛除催化剂活性部位和堵塞催化剂微孔的化学物质;
4.中间热处理，将清洗干净的催化剂半成品放置在热处理的设备中，严格进行温度把控，更进一步的巩固催化剂内部的微孔结构;
5.热处理过后的催化剂样品需要放置在相应的活性植入装置当中，吸收其中的活性物质，用来恢复和提升催化剂活性;
6.最终环节的热处理，催化剂充分吸收活性物质后催化剂样品放入特质的热处理装置中，同时采用特殊的升温与降温方法，将活性物质均匀的附着在催化剂表面;
7. 质检环节，催化剂的正式应用需要经过质量检验，检验内容需要涵盖抗压强度、磨损强度、脱硝率、二氧化硫/三氧化硫的转换率以及催化活性等内容，再生催化剂单个孔道疏通率需要达到98%以上。
二.燃煤电站锅炉脱硝催化剂再生技术
1.催化剂金属中毒及再生技术
以V2O5-WO3/Tio2催化剂为例，当其用于生物质燃烧后所产生的烟气时，相对于其他的化石燃料产生烟气的催化剂，失效率会显著提升，约为3-4倍。导致这种情况发生的主要原因是由于生物质中含有碱金属元素（钠、钾）等，几种碱金属的中毒机理与再生方法都存在一定的相似之处。钾元素所引起的SCR催化剂中毒分为物理和化学两部分，化学毒性占据主导;钾元素导致脱硝催化剂中毒的原因为加与催化剂表米娜的V-OH酸位点产生一定的反应，会生成V-OK导致催化剂对于NH3的吸附能力降低，从而使得参加NO氧化还原反应的NH3吸附能力降低，催化剂的反应活性也从而降低。
根据大量的实验研究表明，将中毒后的催化剂放置于硫酸溶液中清洗后能够去除催化剂表面的钾盐颗粒，并一定程度上加快催化剂表面硫酸盐的生成，并使催化剂表面的V-OH布朗斯特酸位环节，提高脱硝催化剂表面对NH3的吸附数量，让SCR催化剂的活性得到恢复。
2.催化剂碱土中毒与再生技术
生物质燃料以及燃煤烟气的飞灰中含有少量钙等碱土金属，也可以使得SCR催化剂中毒。钙引起的SCR催化剂中毒，通常认为是物理中毒，其原因主要是由于燃料所含的钙在燃烧过程中形成稳定 的化合物，沉积在催化剂的表面，渗入催化剂的最外层，或者堵塞催化剂的孔洞，阻碍 NH3和NO与催化剂活性位的接触，使催化剂中毒。钙中毒的催化剂可以采用水洗以及酸洗的方法进行再生。一般采 取0.5mol/L的硫酸酸洗再生催化剂，既可以增强催化剂的表面酸性，又可以去除催化剂表面和孔洞内的钙盐，从而使得催化剂活性恢复。
3.催化剂砷中毒与再生技术
煤炭作为化石燃料在燃烧时在高温条件下会产生非常剧烈的氧化反应，并且会产生大量的砷气体，在于脱硝催化剂反应后会导致催化剂的中毒，这种情况下脱硝催化剂的运用效果和使用效率都会大打折扣，对发电厂的运行造成一定的消极影响。为更好的提升脱硝催化剂的效用，需要防止催化剂产生砷中毒，目前来说国内燃煤电站锅炉都是采用物理和化学特性来规避这一情况。目前来说脱硝催化剂的优化有两种方式，第一种是改变脱硝催化剂表面的酸位点，让催化剂与砷元素不容易产生反应，不会进行氧化砷的吸附，保持催化剂长久的活性;第二种方式是采用钒和钼的混合氧化物在高温煅烧条件下获取性质更加稳定的催化剂，让砷元素的吸附位置不会对脱硝催化剂的活性位产生影响。
4.催化剂二氧化硫中毒与再生技术
燃煤电站锅炉燃烧时产生的二氧化硫也会导致催化剂中毒，导致脱硝催化剂失去活性。烟气中含有的二氧化硫会被逐渐的催化发生氧化还原反应生成三氧化硫，当与烟气中所含有的水汽和NH3所接触后发生反应会生成各类铵盐，导致脱硝催化剂中的活性位被掩盖，催化剂失去活性。根据大量的实验研究发现，各类铵盐覆盖在脱硝催化剂表面发生的中毒情况受温度影响较大，温度提升过程中，铵盐会附着在脱硝催化剂表面抑制其活性，二氧化硫对催化剂中毒的作用降低。除此之外，二氧化硫和脱硝催化剂中的金属活性成分产生反应后会生成金属硫酸盐，该物质也会严重抑制脱硝催化剂的活性。铵盐具有热不稳定性，通过温度的变化可以改善脱硝催化剂中二氧化硫中毒现象实现催化剂的再生。
对于生成金属硫酸盐导致脱硝催化剂失去活性的部分，能够采用热还原方法再生，在惰性气体中混合一定比例的还原气体，在高温环境中利用还原性气体与催化剂表面的金属进行融合，硫酸盐与其发生反应后可以将脱硝催化剂重新赋予活性。
结语：燃煤电站锅炉脱硝催化剂的再生技术研究能够有效的降低发电厂的成本，并且可以有效的优化废弃催化剂的处理，对于节约资源具有积极的促进作用。发电厂应当对该项内容加以重视，在发展过程中加强针对性研究，对各类优化方法加以分析，以便寻求最佳优化方案，实现经济效益与社会效益的同步增长。
参考文献：
[1]660MW燃煤电厂商用SCR脱硝催化剂的失活分析与再生探究[D].浙江大学，2017.
[2]陳鸿伟，罗敏，王远鑫，et al.燃煤锅炉飞灰对SCR脱硝催化剂的影响及预防措施[J].燃烧科学与技术，2017，23（3）：200-211.
[3]佚名.燃煤电厂锅炉脱硝SCR系统导流板的FLUENT仿真模拟及实际应用[J].环保科技，2019，25（1）：24-28.
（作者单位：贵州金元茶园发电有限责任公司）