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平板式脫硝催化劑主要成分為T(mén)iO2、V2O5和MoO3。運(yùn)用ICP等表針手段對(duì)在高砷煙氣中的催化劑分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)高砷煙氣，催化劑內(nèi)部積累了一定的As2O3，催化劑的失活速率正常，并未引起由于高砷煙氣而造成的失活速率加速。

 

選擇性催化還原（SCR，Selective Catalytic Reduction）技術(shù)的原理是通過(guò)還原劑（例如NH3），在適當(dāng)?shù)臏囟?，并有催化劑存在的條件下把NOx轉(zhuǎn)化為空氣中天然含有的氮?dú)猓∟2）和水（H2O）

 

由于技術(shù)的成熟和較高的脫硝率，SCR技術(shù)已經(jīng)成為國(guó)際上電廠煙氣脫硝的主流技術(shù)。2015年12月，國(guó)務(wù)院下達(dá)了一項(xiàng)治理霧霾的“硬任務(wù)”：在2020年前，對(duì)燃煤機(jī)組全面實(shí)施超低排放和節(jié)能改造，對(duì)落后產(chǎn)能和不符合相關(guān)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)要求的，要堅(jiān)決淘汰關(guān)停。超低排放是通過(guò)多污染物高效協(xié)同控制技術(shù)，使燃煤機(jī)組的大氣主要污染物排放標(biāo)準(zhǔn)低于我國(guó)現(xiàn)行的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）標(biāo)準(zhǔn)，而接近或達(dá)到天然氣燃?xì)鈾C(jī)組的排放標(biāo)準(zhǔn)。

 

2016年12月25日第十二屆全國(guó)人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)第二十五次會(huì)議通過(guò)了《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)稅法》，自2018年1月1日起施行，在中華人民共和國(guó)領(lǐng)域和中華人民共和國(guó)管轄的其他海域，直接向環(huán)境排放應(yīng)稅污染物的企事業(yè)單位和其他生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)者為環(huán)境保護(hù)稅的納稅人，應(yīng)當(dāng)依照本法規(guī)定繳納環(huán)境保護(hù)稅。其中，NOx和SO2排放收取費(fèi)用為1.263-12.63元/kg，煙塵排放收取費(fèi)用為0.55-5.5元/kg，汞排放收取費(fèi)用為12000-120000元/kg，具體數(shù)值按照各級(jí)省政府規(guī)定的排放限額標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

 

我國(guó)火電廠以燃煤為主，并且我國(guó)燃煤具有灰分含量高、成分復(fù)雜多變等特點(diǎn)，煤中砷含量分為五個(gè)等級(jí)：含量在0-1.5μg/g之間的煤稱為低砷煤，含量在1.5-8μg/g之間的煤為中砷煤，含量在8-25μg/g之間的煤為中高砷煤，含量在25-100μg/g之間的煤為高砷煤，含量大于100μg/g的煤為特高砷煤。中國(guó)高砷煤區(qū)域有：黑龍江雙鴨山、吉林琿春、遼寧鐵法、蒙東、貴州西南、河南義馬、山東新汶、山西大同等區(qū)域，全國(guó)平均含量6μg/g，*大可達(dá)476μg/g（焦煤），大部分都在四級(jí)以下（＜25μg/g）。

 

根據(jù)煙氣特點(diǎn)，如何選擇合適的脫硝催化劑型式和配方，對(duì)于超低排放改造、機(jī)組安全運(yùn)行和環(huán)保達(dá)標(biāo)排放尤為重要，蜂窩式催化劑和平板式催化劑市場(chǎng)占有率99%以上，其中平板式催化劑具有以下特點(diǎn)：長(zhǎng)條開(kāi)孔，壓損小，抗堵灰能力強(qiáng)；不銹鋼柵網(wǎng)骨架結(jié)構(gòu)，抗磨損能力強(qiáng)；含鉬配方，抗中毒能力強(qiáng)；歷史悠久，高灰運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富等。本文對(duì)平板式脫硝催化劑在高砷煙氣中運(yùn)行進(jìn)行了分析和研究，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，平板式脫硝催化劑在高砷煙氣中運(yùn)行正常，失活速率并未明顯增加，經(jīng)過(guò)高砷煙氣中長(zhǎng)期運(yùn)行和研究分析，平板式脫硝催化劑適用于高砷煙氣的工況條件運(yùn)行。

 

1砷中毒機(jī)理

 

SCR催化劑布置在省煤器和空氣預(yù)熱器之間，在該區(qū)間，As2O3（三氧化二砷）以蒸汽形式存在。當(dāng)煙氣通過(guò)催化劑表面時(shí)，As2O3蒸汽會(huì)吸附到催化劑表面并滲透進(jìn)入催化劑內(nèi)部，與催化劑中的活性物質(zhì)V2O5進(jìn)行反應(yīng)，生成一種對(duì)脫硝反應(yīng)無(wú)活性的聚合物。（如下圖1所示）

 

 

2實(shí)驗(yàn)部分

 

2.1催化劑制備和表征

 

選取2個(gè)燃煤電廠，A廠燃煤分別為高砷煤，B廠為低砷煤，A廠煙氣中As含量為90μg/g，B廠煙氣中As含量為3μg/g。

 

分別在A廠和B廠SCR反應(yīng)器中具有代表性的位置抽取使用過(guò)3年的平板式催化劑單板5片（初始活性一致），將單板上的膏料輕輕刮下，充分研磨，取適量粉末進(jìn)行微量元素分析。

 

2.2催化劑表征

 

ICP-OES（inductively coupled plasma-optical emission spectroscopy），電感耦合等離子體發(fā)射光譜，可以對(duì)催化劑中微量元素含量進(jìn)行測(cè)量，入射功率為1300W，氣體流量為0.55L/min，測(cè)試依據(jù)為GB/T 23942-2009 化學(xué)試劑電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法通則，測(cè)試環(huán)境為21℃，相對(duì)濕度為60%，樣品數(shù)量為20g。

 

催化劑活性測(cè)試在自主設(shè)計(jì)的微型反應(yīng)器中進(jìn)行測(cè)試，載氣為氮?dú)?，流量?Nm³/h，溫度為365℃，NOx濃度為400ppm，O2濃度為5%，氨氣濃度為480ppm，在催化劑活性測(cè)試中，“k”值經(jīng)常被用來(lái)表達(dá)催化劑的活性。為了確定“k”值。催化劑樣品在實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)器中測(cè)試NOx的轉(zhuǎn)化率定義如下。

 

為確定在測(cè)試反應(yīng)器中的脫硝活性，請(qǐng)見(jiàn)以下計(jì)算：

 

NOx轉(zhuǎn)化率ηNOx=(c0(NOx)-c(NOx))/(c0(NOx) )×100%

 

式中：

 

ηNOx為所裝催化劑層的NOx轉(zhuǎn)化率，單位%

 

c0(NOx)為催化劑入口NOx濃度，單位ppm

 

c(NOx)為催化劑出口NOx濃度，單位ppm

 

ppm為百萬(wàn)分之一，體積分?jǐn)?shù)。

 

k(NOx)=-AV×ln(1-ηNOx/(100%))

 

式中：

 

k(NOx)為所裝催化劑層的活性常數(shù)，單位m/h

 

AV為所裝催化劑層的面積速度，單位m/h

 

3結(jié)果討論

 

 

由表1可以看出，催化劑在A廠和B廠使用過(guò)3年后，催化劑內(nèi)已經(jīng)累積了一定的As元素，同時(shí)As元素的積累量會(huì)隨著煙氣中As的濃度增加而增加，燃燒高砷煤的煙氣，聚集在催化劑內(nèi)的As元素明顯遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于燃燒低砷煤的煙氣。由表2可以看出，催化劑活性失活速率幾乎一致，可以看出高砷煤和低砷煤并未對(duì)催化劑的活性產(chǎn)生影響，是由于催化劑中的MoO3優(yōu)先與As2O3接觸，避免了V2O5與As2O3聚合，從而影響脫硝活性。

4結(jié)論

 

平板式脫硝催化劑在高砷煙氣中運(yùn)行正常，失活速率正常，經(jīng)過(guò)高砷煙氣中長(zhǎng)期運(yùn)行和研究分析，平板式脫硝催化劑適用于高砷煙氣的工況條件運(yùn)行。