燃煤电厂脱硝催化剂再生技术简要分析

随着社会经济的不断发展，人类对电力需求的不断增大，燃煤发电所带来的空气污染日益严重。2011 年3月十一届全国人大四次会议明确提出“十二五”氮氧化物减排10%的约束性指标，NOx 排放的控制工作势在必行。

催化剂在脱硝过程中并不参加化学反应，但是在实际运行中，由于系统烟气复杂的成分，运行条件的变动等因素，催化剂会随着时间的延长逐渐老化，燃煤电厂钒基催化剂(五氧化二钒V2O5)一般设计寿命为三到五年，而更有研究显示，低品质煤或是生物质煤混合燃料，则将使催化剂失活速率加快3～4 倍。脱硝催化剂老化失活主要分为物理失活和化学中毒两大类。物理失活包括有催化剂端面及孔道堵塞、催化剂微孔堵塞、催化剂烧结等。化学中毒主要有碱金属及碱土金属中毒(如K、Na、Ca元素)、磷元素中毒和砷元素中毒等。

针对不同的催化剂失活中毒情形，通过分析催化剂失活的原因，采取相应的工艺手段消除催化剂失活因素，能使催化剂恢复到原来活性的90%以上，恢复了活性就意味着催化剂可以重新使用。常用的再生工艺手段主要包括人工清灰、化学清洗、深度清洗，酸洗和活性添加等方式。

烟气脱硝从目前国内外大容量机组的工艺选择来看，选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction)，即SCR工艺具有技术成熟、脱硝率高、运行稳定、维护简单等优势，占有90%以上的份额。催化剂作为SCR 技术的核心部分，决定了SCR 系统的脱硝效率和经济性，其建设成本占烟气脱硝工程成本的30%~40%，运行成本占30%以上。

催化剂在运行过程中会因为中毒、堵塞等原因失活，过去会在催化剂运行三年后将添加一层催化剂，添加量一般为催化剂初装量的1/2;催化剂初装6 年后，需要将其中一层催化剂再生或更换，再隔2~3年后需要再生或更换另外一层催化剂。

对于不可再生的催化剂要进行无害化处置，也可提取催化剂中主要有效成分钒、锰、钛等，去除重金属等有害物质后，再进行循环利用。因此，催化剂的全寿命管理，除了失活中毒催化剂再生回收利用，还包括废弃催化剂的无害化处理。脱硝SCR 工艺所采用的催化剂中，80%以上是二氧化钛。钛白粉的生产工业污染相当严重，挥发刺激性气味，在生产中排出大量废弃物。催化剂每年消耗大量的钛白粉，对环境造成相当程度地污染。

再者，脱硝催化剂化学寿命基本上是按24000 h 设计，运行3～4 年后，其活性会出现衰减，造成脱硝效率下降，氨逃逸率上升。据统计，在催化剂的整个寿命中每年需要更换25%～30%的新催化剂材料以满足排放标准。因此，循环使用失活催化剂有利于节约原材料，实现中国有限资源的循环再利用。

2010 年1 月27 日颁布的《火电厂氮氧化物防治技术政策》明确指出：“失效催化剂应优先进行再生处理，无法再生的应进行无害化处理。”国务院2013 年8 月11 日发布的《关于加快发展节能环保产业的意见》，特别指出要大力发展脱硝催化剂制备和再生，这是国家首次对脱硝催化剂制备及再生做出明确指示，按规划一省一厂进行立项建设。

综合目前行业运行情况及相关部门意见，废脱硝催化剂即将被环保部列入危险废物名录。这意味着废弃催化剂必须交由有资质的处置单位进行无害化处理后再处置。如不进行再生，脱硫脱硝部门还需投入资金进行废弃催化剂的无害化处理，大大增加了电厂的运营费用。催化剂的全寿命管理会成为电力企业运行管理的一个不可或缺的环节，同时也是电厂清洁生产、循环经济和危废管理的一部分。

再生数次后失效的催化剂作为危险废弃物，使用者一般都不具备自己处置的技术和资质，必须交由掌握技术、具有资质的、具备处理能力的专业企业来处理。由此可见，虽然催化剂再生在国内是全新的业务，但中国的SCR 脱硝装置使用再生催化剂和废弃催化剂无害化处理是必然趋势。从长远看，钢铁厂、化工厂、垃圾焚烧炉等工业窑炉生产时也产生大量氮氧化物，这些领域的烟气脱硝市场同样广阔。水泥、钢铁等行业的氮氧化物的排放指标将会逐步纳入监管范围，并在“十二五”期间陆续展开，此部分新增市场容量可能达到600 亿元以上。水泥、钢铁等行业未来的催化剂再生市场经济规模可达32 亿元。