超低排放改造情景下燃煤电厂脱硝催化剂表征、 活性及其影响因素.docx

超低排放改造情景下燃煤电厂脱硝催化剂表征、活性及其影响因素摘要：脱硝催化剂活性变化是影响燃煤电厂NOx去除效率的关键因素。为实现稳定NOx超低排放目标燃煤电厂增加喷氨量改变了催化剂运转工况条件可能会缩短其使用期限。目前燃煤电厂催化剂活性研究主要集中在超低排放改造前而超低排放改造后催化剂失活的影响因素及其机制鲜有报道。以超低排放改造情景下不同运转时间(分别约25200h、29520h和33480h)的脱硝催化剂为研究对象使用多种表征方法系统研究了催化剂表征和活性的变化探讨了超低排放改造情景下催化剂失活的因素及机制。结果表明:催化剂的活性和主要组分含量(TiO2、W和V)随运转时间的延长而降低最低活性仅为0.56显著低于新催化剂;同时催化剂中有毒元素S、K、Na和As等含量显著增加。相对于新催化剂运转后的催化剂表面颗粒聚集比表面积及表面V4+占比和化学吸附氧浓度下降。燃煤电厂超低排放改造后过量氨逸出会加剧硫酸盐在催化剂表面的形成和沉积相比较超低排放改造前可能导致催化剂失活加快。总体上催化剂表面K、Na、As沉积、硫酸盐的形成和沉积、V价态改变和化学吸附氧含量降低等是超低排放改造后催化剂失活的主要因素和机制。关键词：脱硝催化剂;超低排放改造;催化剂失活;硫酸氢铵光化学烟雾、雾霾和酸雨等环境问题严重影响人体健康燃煤电厂排放的NOx被认为是引起这一系列环境问题的主要原因。为了控制NOx的排放选择性催化还原脱硝技术(SCR)已广泛用于燃煤电厂并被证明是一种有效的NOx去除技术其中具备蜂窝结构的V2O5-WO3/TiO2催化剂因其高活性和高SO2抗性是SCR催化剂中使用最广泛的一种。目前节能减排“十二五”规划要求火电行业节能减排重点转向“脱硝”领域。截止2022年末全国火电机组安装脱硝设施为8.3亿kW火电行业NOx排放量得到了明显的控制。SCR脱硝催化剂是系统中的核心部件但是由于在运转过程当中暴露于高浓度SO2以及富含碱金属和重金属的烟气中催化剂的脱硝活性渐渐降低。研究表明:硫酸氢和硫酸铵在催化剂表面的形成与沉积、持续的高温条件导致V2O5-WO3/TiO2催化剂中锐钛矿TiO2向金红石相的转变、碱金属吸附在催化剂的活性位点上、有毒元素的吸附及其毒害作用以及钒的含量与价态的变化是导致SCR催化剂失活的主要因素。然而上述对催化剂的研究主要集中在超低排放改造前。2022年以来政府提出了燃煤发电机组的超低排放改造工作方案要求NOx排放限值为50mg/m3。部分燃煤电厂完成了超低排放改造NOx排放浓度甚至低于20mg/m3。2022年-2022年为满足NOx排放要求安徽省的燃煤电厂进行了超低排放改造。但是由于煤电烟气协同治理技术应用时间较短设备调试、运维和管理经验不足燃煤电厂完成超低排放改造后在实际的运转中存在脱硝出口中NOx分布不均匀氨逃逸过多等问题严重影响NOx排放浓度的控制和超低排放环保电价的获取。为实现稳定NOx超低排放目标燃煤电厂喷氨量增加氨逃逸问题突出SCR催化剂运转工况条件出现较大改变可能会缩短其使用期限且导致SCR催化剂失活的主要因素可能在超低改造前后有所不同但目前这方面鲜有研究。因此研究燃煤电厂SCR催化剂超低排放改造情景下的失活因素与机制具备重要意义。本文选取安徽省某660MW超临界燃煤火电机组连续运转约0h、25200h、29520h、33480h四个时间段的V2O5-WO3/TiO2催化剂研究其理化性质和脱硝活性探讨了催化剂失活的主要因素及机制并比较了超低排放改造前后催化剂失活因素与机制的差异。1实验部分1.1实验材料实验中SCR催化剂为蜂窝状主要成分为V2O5、WO3、TiO2。不同运转时间的旧催化剂均来自同一电厂。所选的3个旧催化剂的运转时间分别为25200h、29520h和33480h分别命名为Used-1、Used-2和Used-3。催化剂Used-3经历了燃煤电厂超低排放改造的过渡期在超低排放改造前后都有运转催化剂Used-1、Used-2只在超低排放改造前使用。新催化剂(命名为Fresh)是燃煤电厂同一批备用催化剂作为对照组。将收集的各催化剂样品在室内切成9个通道的小矩形结构(长、宽、高分别约为200mm×25mm×25mm)。从外表来看新催化剂孔隙正常而三个运转之后的催化剂孔隙多被飞灰堵塞。1.2催化剂物理和化学特性的表征使用配备有Pd靶X射线管的Xepos型X射线荧光光谱(XRF)仪(德国斯派克(Spectro)公司产)进行元素分析;使用Optima2100DV型电感耦合等离子体发射光谱(ICP-O