摘要：随着环保要求的愈加严格，锅炉脱硝设备成为各个电厂的必有配置，锅炉脱硝催化剂设计效率为80%，设计使用寿命为24000小时或3年，催化剂的运行状态若管理不好将导致NOX的超标排放，需要对到达年限的催化剂进行更换。根据中国环境科学院的研究，废烟气脱硝催化剂的铍、铜、砷浸出浓度普遍高于新脱硝催化剂的浸出浓度，若处理不好会造成重金属物的环境污染。定州电厂对达到寿命的脱硝催化剂进行了更换并对废烟气催化剂的管理与处置问题进行了研究，对不同的催化剂采取了再生与回收的处理方式，为发电公司同类问题的处理提供了可借鉴的经验。
关键词：催化剂；管理；处置；再生
1 情况简介
定州电厂3号锅炉尾部烟气采用选择性催化还原脱硝处理工艺（SCR），每台机组设一套SCR脱硝，SCR反应器直接布置在省煤器之后空预器之前的烟道上，采用2+1布置方式，初装两层，顶层预留。3号锅炉脱硝装置初装两层日立公司生产的板式催化剂，安装用量为512 m3，催化剂首次通烟气时间为2009年7月，机组长期运行后催化剂活性下降，为了保证脱硝效率，于2014年9月对3号锅炉脱硝装置预留层加装一层蜂窝式催化剂。
由于催化剂设计效率80%，设计使用寿命为24000小时或3年，而根据催化剂性能参数曲线，超过使用时间后催化剂效率将显著下降，见下图1。到2016年12月初装层催化剂运行时间已达7年，加装层运行时间也达2年，催化剂累计时间大大超过设计使用寿命。
图1 脱硝效率随运行时间的变化曲线
定州电厂对催化剂实行专项管理，利用每次检修的机会对催化剂进行取样检测，掌握其性能劣化状态，建立催化剂检测滚动台账（见表1）与计划检修时间相结合制定废烟气催化剂的更换计划。
表1 3号炉脱硝催化剂性能检测简表
截至2016年8月取样，初装层催化剂运行时间约为40,000h，备用层催化剂运行时间约为13,000h。 2016年5月，西安热工研究院有限公司（苏州）烟气脱硝技术实验室对定州电厂提供了3号机组第一、二、三层在役催化剂及其备件新催化剂样品进行了性能检测和理化特性分析，以评估催化剂的当前性能。检测发现催化剂运行40,000h后，相对活性 K40000 /K0约为0.46，已经远低于设计阈值0.6（见下图2），根据机械强度检测结果，备用层催化剂径向抗压强度和非硬化端磨损强度低于国家标准。因此需要对3号机组脱硝催化剂进行进行更换来保证系统运行的高效性和可靠性。因废弃脱硝催化剂中铍、砷、汞的浸出浓度高目前废弃脱硝催化剂已纳入危险废物管理范畴，从国家的相关要求和环保方面考虑，需要对换下来的两层废烟气催化剂进行合理处置，防止重金属物污染。
图2 3号锅炉初装层催化剂失活曲线
2 处置方案研究
目前脱硝催化剂处置采用的方法主要为再生、回收两种处理方案。
2.1脱硝催化剂再生
平板式脱硝催化剂的制备工艺不同于蜂窝式脱硝催化剂的整体挤出烧制工艺，其以薄型不锈钢丝网板为基材，在不锈钢丝网板表面加压涂覆活性成分并将涂覆好的催化剂片褶皱并按要求剪切成单板，将褶皱剪切好的单板组装成催化剂单元，催化剂单元煅烧后组装得到催化剂模块。失效SCR催化剂含有V2O5、WO3以及使用过程中聚集的重金属，若处置不当将会造成对环境的二次污染。通过催化剂再生并加以利用，可以减少新催化剂的添加，节约脱硝运行成本，还可以最大限度地提高资源利用效率。
板式SCR脱硝催化剂再生针对性技术措施
1）再生前期分析
对催化剂进行充分的钝化分析是催化剂再生的先决条件。首先进行机械清理催化剂，检查催化剂表面是否存在机械损伤，机械损伤过于严重时，便失去再生的意义；然后通过检测催化剂脱硝工艺性能及表征手段分析催化剂钝化的原因，依此设计针对性再生方案。
2）良好的清洗
催化剂清洗是一项困难大且技术含量高的工作 ,既要保证催化剂表面干净 、 具有足够的活性 , 又要避免过度操作使载体和活性成分受到损害。预清洗可以用去离子水冲洗掉附着在催化剂表面的灰尘及可溶于水的有害盐类，去离子水中添加渗透促进剂和表面活性剂等化学药剂，使载体污垢表面浸润，降低下一步化学清洗污垢干扰。对存在碱金属Na、K中毒及Fe离子含量较高的催化剂，使用特制的中性清洗药剂，去除这类有害金属元素的同时，不造成对催化剂不锈钢丝网基体的腐蚀破坏。清洗过程中为增加除垢效果，可以采用超声波辅助，但需要严格控制超声条件，避免催化剂载体从基体上脱落。
3）活性组分负载
针对板式催化剂特点，采用专用再生液，依据溶液化学理论的指导，严格控制活性组分负载工艺的参数、条件，实现活性组分有效均匀负载在催化剂上。
催化剂再生是处理催化剂的最经济有效的技术手段，通过催化剂再生并加以利用，可以减少新催化剂的添加，节约脱硝运行成本，还可以最大限度地提高资源利用效率，这符合《中华人民共和国循环经济促进法》关于废物再利用和资源化产业模式的要求。
4）再生工艺流程
失活催化剂运至再生厂后，首先进行筛选，催化剂单元体满足再生条件进入预处理，对不满足整箱再生条件的催化剂模块，进行拆箱，将可再生的催化剂单元体取出并集中放置，重新组装成新的催化剂模块，进入预处理工段。预处理清灰包括（脉冲吹灰器以及负压吸尘器）→酸化粗洗（1槽）→漂洗（2槽）→超声碱洗（3槽）→二次漂洗（4）→化学清洗（5）→三次漂洗（6）→（沥水），模块按顺序依次通过工艺槽浸泡，严格按照工艺流程，最后沥水干净后，进入烘干程序，除掉催化剂中大部分水分，准备进入活化工序。失活催化剂综合处置再生激活处理工艺流程见下图3。
图3 锅炉催化剂再生工艺流程图
2.2脱硝催化剂回收
由具有脱硝催化剂回收处置资质的公司对于无法再生的脱硝催化剂需进行无害化回收处理。板式催化剂与蜂窝式催化剂处理方式不同，蜂窝状催化剂一般是经过简单处理后压碎作为催化剂的掺合料继续使用，板式催化剂基质是金属板，一般是回炉熔化。回收处理工艺需能够有效的提取废弃SCR脱硝催化剂中V2O5、WO3、MoO3、TiO2等组分，从而实现有限资源的重复利用，节约材料，降低能耗，有利于环境保护。催化剂经过无害化回收处理，以实现危废固体近零排放。
通过比较分析，催化剂再生是处理催化剂的最经济有效的技术手段，采用科学有效的板式催化剂再生技术工艺，可以获得较好的板式催化剂再生效果，防止催化剂短时间失活，延长催化剂使用寿命，提高催化剂使用经济性。因此，结合定州电厂废弃脱硝催化剂的具体情况将初装两层的板式催化剂进行再生的方案，由于备用层的蜂窝催化剂径向抗压强度和非硬化端磨损强度低于国家标准而采取回收的处理方案。
3 方案的应用
定州电厂于2016年12月利用3号机组C级检修的机会，对3号锅炉脱硝催化剂进行了更换，通过不断合理优化工序、合理安排施工人员工作排班、巧妙利用专用工具等诸多努力，历时14天连续作业，共拆除三层催化剂432包，新安装两层催化剂288包。对拆除下来的每包废烟气催化剂逐一做了编号建档工作并送入危废品库房进行了暂存，环保部门将相关手续批复后由相关厂家运离进行再生、回收的工作（实施情况如图4所示）。
图4 3号炉废烟气脱硝催化剂处置情况
5 结束语
锅炉脱硝催化剂到达使用寿命后将面临着脱硝效率下降的问题，催化剂的运行状态管理不好直接导致NOX的超标排放。将到达寿命的催化剂更换后废烟气催化剂处置问题便成为各个发电公司所必须面临的困难，若处理不好会造成重金属物的环境污染。定州电厂针对锅炉脱硝催化剂的管理与处置问题进行了深入研究并成功应用，对不同的催化剂采取了再生与回收的处理方式，为发电公司同类问题的处理提供了可借鉴的经验。
参考文献：
[1]李丽.燃煤电厂SCR脱硝催化剂评价与再生.北京:中国电力出版社,2015.
[2]蒋文举.烟气脱硫脱硝技术手册（第2版）.北京:化学工业出版社,2012.
作者简介
胡增旗,1970年大学学历,工程师,河北国华定州发电有限责任公司副总经理,火力发电管理
论文作者:胡增旗,季广辉,于凌浩,刘宝满,李宗耀,裴江
论文发表刊物:《电力设备》2019年第5期
论文发表时间:2019/7/8
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