燃煤電廠(chǎng)脫硝催化劑再生技術(shù)簡(jiǎn)要分析
隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人類(lèi)對電力需求的不斷增大，燃煤發(fā)電所帶來(lái)的空氣污染日益嚴重。2011 年3月十一屆全國人大四次會(huì )議明確提出“十二五”氮氧化物減排10%的約束性指標，NOx 排放的控制工作勢在必行。
催化劑在脫硝過(guò)程中并不參加化學(xué)反應，但是在實(shí)際運行中，由于系統煙氣復雜的成分，運行條件的變動(dòng)等因素，催化劑會(huì )隨著(zhù)時(shí)間的延長(cháng)逐漸老化，燃煤電廠(chǎng)釩基催化劑(五氧化二釩V2O5)一般設計壽命為三到五年，而更有研究顯示，低品質(zhì)煤或是生物質(zhì)煤混合燃料，則將使催化劑失活速率加快3～4 倍。脫硝催化劑老化失活主要分為物理失活和化學(xué)中毒兩大類(lèi)。物理失活包括有催化劑端面及孔道堵塞、催化劑微孔堵塞、催化劑燒結等?；瘜W(xué)中毒主要有堿金屬及堿土金屬中毒(如K、Na、Ca元素)、磷元素中毒和砷元素中毒等。
針對不同的催化劑失活中毒情形，通過(guò)分析催化劑失活的原因，采取相應的工藝手段消除催化劑失活因素，能使催化劑恢復到原來(lái)活性的90%以上，恢復了活性就意味著(zhù)催化劑可以重新使用。常用的再生工藝手段主要包括人工清灰、化學(xué)清洗、深度清洗，酸洗和活性添加等方式。
煙氣脫硝從目前國內外大容量機組的工藝選擇來(lái)看，選擇性催化還原法(Selective Catalytic Reduction)，即SCR工藝具有技術(shù)成熟、脫硝率高、運行穩定、維護簡(jiǎn)單等優(yōu)勢，占有90%以上的份額。催化劑作為SCR 技術(shù)的核心部分，決定了SCR 系統的脫硝效率和經(jīng)濟性，其建設成本占煙氣脫硝工程成本的30%~40%，運行成本占30%以上。
催化劑在運行過(guò)程中會(huì )因為中毒、堵塞等原因失活，過(guò)去會(huì )在催化劑運行三年后將添加一層催化劑，添加量一般為催化劑初裝量的1/2;催化劑初裝6 年后，需要將其中一層催化劑再生或更換，再隔2~3年后需要再生或更換另外一層催化劑。
對于不可再生的催化劑要進(jìn)行無(wú)害化處置，也可提取催化劑中主要有效成分釩、錳、鈦等，去除重金屬等有害物質(zhì)后，再進(jìn)行循環(huán)利用。因此，催化劑的全壽命管理，除了失活中毒催化劑再生回收利用，還包括廢棄催化劑的無(wú)害化處理。脫硝SCR 工藝所采用的催化劑中，80%以上是二氧化鈦。鈦白粉的生產(chǎn)工業(yè)污染相當嚴重，揮發(fā)刺激性氣味，在生產(chǎn)中排出大量廢棄物。催化劑每年消耗大量的鈦白粉，對環(huán)境造成相當程度地污染。
再者，脫硝催化劑化學(xué)壽命基本上是按24000 h 設計，運行3～4 年后，其活性會(huì )出現衰減，造成脫硝效率下降，氨逃逸率上升。據統計，在催化劑的整個(gè)壽命中每年需要更換25%～30%的新催化劑材料以滿(mǎn)足排放標準。因此，循環(huán)使用失活催化劑有利于節約原材料，實(shí)現中國有限資源的循環(huán)再利用。
2010 年1 月27 日頒布的《火電廠(chǎng)氮氧化物防治技術(shù)政策》明確指出：“失效催化劑應優(yōu)先進(jìn)行再生處理，無(wú)法再生的應進(jìn)行無(wú)害化處理。”國務(wù)院2013 年8 月11 日發(fā)布的《關(guān)于加快發(fā)展節能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的意見(jiàn)》，特別指出要大力發(fā)展脫硝催化劑制備和再生，這是國家首次對脫硝催化劑制備及再生做出明確指示，按規劃一省一廠(chǎng)進(jìn)行立項建設。
綜合目前行業(yè)運行情況及相關(guān)部門(mén)意見(jiàn)，廢脫硝催化劑即將被環(huán)保部列入危險廢物名錄。這意味著(zhù)廢棄催化劑必須交由有資質(zhì)的處置單位進(jìn)行無(wú)害化處理后再處置。如不進(jìn)行再生，脫硫脫硝部門(mén)還需投入資金進(jìn)行廢棄催化劑的無(wú)害化處理，大大增加了電廠(chǎng)的運營(yíng)費用。催化劑的全壽命管理會(huì )成為電力企業(yè)運行管理的一個(gè)不可或缺的環(huán)節，同時(shí)也是電廠(chǎng)清潔生產(chǎn)、循環(huán)經(jīng)濟和危廢管理的一部分。
再生數次后失效的催化劑作為危險廢棄物，使用者一般都不具備自己處置的技術(shù)和資質(zhì)，必須交由掌握技術(shù)、具有資質(zhì)的、具備處理能力的專(zhuān)業(yè)企業(yè)來(lái)處理。由此可見(jiàn)，雖然催化劑再生在國內是全新的業(yè)務(wù)，但中國的SCR 脫硝裝置使用再生催化劑和廢棄催化劑無(wú)害化處理是必然趨勢。從長(cháng)遠看，鋼鐵廠(chǎng)、化工廠(chǎng)、垃圾焚燒爐等工業(yè)窯爐生產(chǎn)時(shí)也產(chǎn)生大量氮氧化物，這些領(lǐng)域的煙氣脫硝市場(chǎng)同樣廣闊。水泥、鋼鐵等行業(yè)的氮氧化物的排放指標將會(huì )逐步納入監管范圍，并在“十二五”期間陸續展開(kāi)，此部分新增市場(chǎng)容量可能達到600 億元以上。水泥、鋼鐵等行業(yè)未來(lái)的催化劑再生市場(chǎng)經(jīng)濟規?？蛇_32 億元。
