十三屆全國人大三次會(huì)議于2020年5月22日在北京召開,全國政協(xié)十三屆三次會(huì)議于2020年5月21日在北京召開。2020兩會(huì)大概在6月初結(jié)束,兩會(huì)將對經(jīng)濟(jì)等一系列問題進(jìn)行商議。近年來,環(huán)保問題不斷升溫,加上今年是藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)的收官之年,環(huán)保再成今年全國兩會(huì)熱點(diǎn)議題之一。北京華電光大環(huán)境股份有限公司是國家高新技術(shù)企業(yè),公司致力于SCR板式脫硝催化劑、SCR/SNCR脫硝技術(shù)等研發(fā)與設(shè)計(jì)。華電光大多年來致力于煙氣治理,處于行業(yè)領(lǐng)先地位,為國家生態(tài)環(huán)境建設(shè)做出了巨大的貢獻(xiàn)。
生物質(zhì)鍋爐是以生物質(zhì)能源做為燃料的鍋爐。目前在不少省區(qū),生物質(zhì)正在成為煤炭的有效補(bǔ)充和替代燃料。然而盡管生物質(zhì)鍋爐相比煤炭鍋爐污染較小,但在其燃燒過程中還會(huì)產(chǎn)生顆粒粉塵、二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)、酸性氣體等,而產(chǎn)生的粉塵以及廢氣需要經(jīng)過處理才可達(dá)到廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)。隨著燃煤鍋爐“超低排放”的不斷推進(jìn),自身排放標(biāo)準(zhǔn)缺失的生物質(zhì)往往需要面臨同樣的“超低”考驗(yàn),生物質(zhì)鍋爐尾氣超低排放技術(shù)研究刻不容緩。生物質(zhì)鍋爐大氣排放標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格執(zhí)行環(huán)保部門制定的《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》,我國現(xiàn)行生物質(zhì)鍋爐排放標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。
表1我國現(xiàn)行生物質(zhì)鍋爐排放標(biāo)準(zhǔn)
注:排放標(biāo)準(zhǔn)因鍋爐建成時(shí)間、所在地區(qū)而不同。
二生物質(zhì)鍋爐煙氣特點(diǎn)
(1)爐膛溫度差別大,生物質(zhì)鍋爐主要有爐排爐和循環(huán)流化床爐,每種爐型又分為中溫中壓爐、次高溫次高壓爐、高溫高壓爐,膛溫度分別為 700~760℃、880~950℃、850~1100℃
(2)生物質(zhì)中氫元素含量較高,煙氣中含水量也高,達(dá)15%~30%。
(3)二氧化硫、氮氧化物濃度波動(dòng)大;燃燒純生物質(zhì)時(shí)SO2、NOx濃度在120~250mg/m3波動(dòng),如燃料中摻雜模板、木材、樹皮,煙氣中SO2、NOx濃度在 250~600 mg/m3波動(dòng)。
(4)生物質(zhì)煙塵含堿金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高,可達(dá)8%以上。
表2某生物質(zhì)鍋爐飛灰與燃煤鍋爐飛灰主要成分對比
三生物質(zhì)鍋爐煙氣脫硝技術(shù)
生物質(zhì)的鍋爐燃料種類多、熱值低、給料均勻性差,造成燃燒區(qū)內(nèi)的溫度變化劇烈,鍋爐出口初始氮氧化物排放濃度波動(dòng)大。目前,只有SCR脫硝技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)“超低排放”的要求且長期穩(wěn)定。
選擇性催化還原(S Selective Catalytic Reduction,SCR)脫硝技術(shù),是將還原劑送入煙道使之與煙氣混合,在催化劑的作用下,在300~420℃的溫度狀態(tài)下將NOx還原為 N2和 H2O,從而實(shí)現(xiàn) NOx的減排。
在SCR反應(yīng)器內(nèi),NOx通過以下反應(yīng)被還原:
SCR脫硝技術(shù)脫硝效率最高最有效的固定源NOx治理的技術(shù),脫硝率可以達(dá)到90%以上,在眾多行業(yè)的超低排放領(lǐng)域中都有廣泛應(yīng)用。但由于生物質(zhì)燃料本身含有K、Na、Ca等堿性物質(zhì),燃燒后形成飛灰進(jìn)入SCR系統(tǒng),吸附在催化劑表面或堵塞催化劑孔道,并且與催化劑表面活性成分發(fā)生反應(yīng),造成催化劑中毒失活,對催化劑的使用壽命產(chǎn)生影響。為保證催化劑的安全運(yùn)行,同時(shí)最大限度減小新增催化劑的煙氣阻力,催化劑需選用抗堿金屬板式催化劑。
四 華電光大抗堿金屬板式催化劑
針對生物質(zhì)鍋爐煙氣特點(diǎn),北京華電光大聯(lián)合華北電力大學(xué)國家生物質(zhì)實(shí)驗(yàn)在常規(guī)催化劑的基礎(chǔ)上做了性能改進(jìn),開發(fā)了具有高效抗堿金屬的生物質(zhì)脫硝催化劑,在高堿金屬含量飛灰煙氣中具有優(yōu)異的活性以及長的使用壽命。華電光大是依托華北電力大學(xué)成立的高新技術(shù)企業(yè),致力于多溫區(qū)多功能SCR脫硝催化劑及低能耗脫硝技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用。并在2019年先后榮獲教育部科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)和國家科學(xué)進(jìn)步二等獎(jiǎng)等榮譽(yù)。
華電光大通過對催化劑進(jìn)行理論分析、性能評價(jià)和表征,分析催化劑中各元素賦存形態(tài)與催化劑性能之間的關(guān)系,深入了解催化劑中毒原理,并從減緩催化劑化學(xué)中毒和物理中毒方面切入,成功開發(fā)了抗堿金屬中毒SCR脫硝催化劑。
堿金屬(K 、Na)氧化物或鹽隨飛灰進(jìn)入SCR脫硝催化劑區(qū)域,不僅會(huì)堵塞催化劑孔道,造成物理鈍化,還會(huì)帶來嚴(yán)重的化學(xué)中毒失活(主要)。堿金屬對催化劑中毒機(jī)理如下圖所示(以鉀為例):
圖2釩鈦系催化劑堿金屬中毒機(jī)理
如上圖所示堿金屬K(Na)對催化劑中毒機(jī)理為,高還原性的堿金屬可與催化劑表面V、W或Mo的B酸位點(diǎn)形成V(W、Mo)-O-K鍵,導(dǎo)致B酸位點(diǎn)數(shù)量減少,從而影響還原劑NH3的吸附活化,造成催化劑活性大幅下降。針對此情況,抗堿金屬中毒SCR脫硝催化劑具體開發(fā)工作如下:
4.1增加催化劑表面酸性
堿金屬對催化劑中毒,主要是與活性中心(V)的酸位發(fā)生反應(yīng),占據(jù)酸位導(dǎo)致氨無法吸附在酸位上,造成催化劑活性降低。在此基礎(chǔ)上,ⅥB,ⅠB,Ⅷ副族過度金屬元素,以及稀土金屬可提高催化劑的酸位。通過篩選復(fù)配,以及加工方式的優(yōu)化,比例調(diào)整等一系列工作,成功選取了合適的助催化劑,提高了脫硝催化劑整體酸位,增加了氨的吸附位點(diǎn)和堿金屬抗性。從而提高了堿金屬的容量。
4.2添加抗堿金屬助劑
堿金屬與催化劑的活性中心酸位作用,為了避免催化劑失活或者降低催化劑失活速率,要降低堿金屬與活性中心酸位的接觸,也就是保護(hù)催化劑活性中心。增加堿金屬與活性中心接觸的能壘和采用活性更高更易與堿金屬發(fā)生反應(yīng)的助劑。我們從這兩方面入手首先選取了可以在二氧化鈦上分散性好同時(shí)具有一定空間位阻的助劑,使得堿金屬不易與催化劑發(fā)生反應(yīng)。
4.3調(diào)整催化劑配方
調(diào)整活性物質(zhì)和助催化劑的比例及加工方式,通過助劑的復(fù)配以及加工工藝的改進(jìn),提高了整體催化劑的活性。通過浸漬預(yù)中毒活性測試以及表觀形貌觀察,催化劑抗堿金屬性能良好。
圖3催化劑抗堿中毒能力測試
五結(jié)論
生物質(zhì)鍋爐尾氣超低排放技術(shù)研究刻不容緩。只有SCR脫硝技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)“超低排放”的要求且長期穩(wěn)定。華電光大研發(fā)的平板式抗堿脫硝催化劑具有抗堿中毒性能,可以保證長期運(yùn)行不中毒,全方位地解決了生物質(zhì)鍋爐煙氣脫硝中出堿金屬中毒等問題。