某电厂脱硝催化剂再生可行性方案---终稿(江苏肯创)

1、4#机组SCR脱硝催化剂再生工程可行性报告编制： 江苏肯创催化剂再生技术有限公司2014年3月目 录一、公司简介1二、肯创SCR催化剂再生技术简介1三、用户催化剂概况3四、失效催化剂再生前期工作准备44.1 检测条件44.2 脱硝效率和活性54.3 SO2/SO3转换率64.4化学成分分析6五、SCR催化剂再生技术方案85.1 再生技术路线85.2 废弃物处置方案95.3 再生方案实施细则105.4 再生技术质量标准11六、经济效益分析116.1 再生费用统计126.2 新催化剂采购成本126.3 风机能耗126.4 再生项目经费节约统计12七、结论12一、公司简介江苏肯创催化剂再生技术有限公

2、司是江苏肯创环境科技股份有限公司投资成立的全资子公司，专业从事失活废旧SCR脱硝催化剂的再生、利用以及催化剂的全寿命管理，在常州市金坛金城经济开发区的建筑面积30000多平方，占地达60亩的现代化催化剂再生利用中心基地正在建设中。江苏肯创是一家致力于以大气污染治理、化学清洗等技术创新为经营特色的科技型企业，公司2009年通过高新技术企业新版认定，获得江苏省高新技术企业称号，2012年通过高企复审，多次获得区、市、国家三级科技部门的专项基金支持。肯创公司资质齐全，通过了ISO9001、ISO14001和GB/T28001等体系认证，拥有危险品经营许可证、安全生产许可证，是国家二级资质企业、国家化

3、学清洗A级、物理清洗A级资质企业。 肯创公司注重科技创新和研发投入，与华南理工大学、华东师范大学、东南大学等大专院校具有广泛合作，在烟气脱硝SCR催化剂再生这一最新高科技领域汇聚高端技术人才，取得重大突破。2011年吴凡总经理受聘为华南理工大学研究生院化学与化工学院专业研究生导师，校企联合培养SCR催化剂再生专业高层次人才。同年，在华南理工大学国家重点实验室基础上，肯创公司投资在华南理工大学建立了SCR脱硝催化剂再生实验室。 肯创公司从企业成立至今已申请十余项专利，其中发明专利6项，目前已获得4项发明专利和4项实用新型专利授权。尤其是在SCR烟气脱硝催化剂再生领域，突破了国外技术封锁，取得多项

4、专利，从工艺、配方、设备等方面形成全方位立体化的自主知识产权，获得国家科技部专项基金支持。二、肯创SCR催化剂再生技术简介SCR脱硝催化剂存在两个寿命：物理寿命和化学寿命。通常物理寿命远远长于化学寿命，物理寿命由其机械强度等物理性质决定，催化剂的活性等化学性质决定了其化学寿命，随着催化剂的使用，其活性会逐渐衰减，为维持必需的脱硝效率，一般在SCR催化剂投运1.5万小时后在反应器内预留层再增加一层催化剂，6万小时后需更换第一层，8.5万小时后需更换第二层，每隔2年进行一次大修。从节约成本的角度出发，也可将活性下降的催化剂取出再生，再生后的催化剂安装到备用层，一般从上而下依次再生，也有的直接再生，

5、不添加新催化剂层，从而减少烟气阻力降低风机能耗。被更换下来的催化剂，可报废或再生。由于催化剂的价格非常昂贵，加之其含有V2O5、WO3等重金属，被更换下来的催化剂需要进行专门的无害化处理。根据国外的经验，废弃催化剂的处理费用高达500欧元/m3。再生是把催化剂经过清洗、化学药剂浸渍、重新加入活性物质等处理过程后，将其催化效率恢复到出厂之初。在国外，催化剂再生所需的费用为购买全新催化剂费用的1/2，虽然耗资较大，但还是较重新购买便宜，并且可以省下处理废弃催化剂的费用，降低对环境二次污染的压力。我国目前已引进国外催化剂生产设备和技术，但核心技术仍为外方掌握，再生技术更是几乎没有涉及。我国对该技术领

6、域的研究尚处于起步阶段，大多数仍处于实验室研究阶段。肯创公司是国内最早研究SCR催化剂再生技术、最早取得核心专利技术、最早取得实质性工业应用的单位，也是目前取得专利技术数量最多、技术成果最成熟的单位。肯创公司开发出的现场再生和基地式再生相结合的SCR催化剂再生技术符合我国客观需求，再生费用仅为新催化剂的1/2左右。从2011年至今，肯创再生技术已经先后在国华太仓电厂、厦门嵩屿电厂、华能北京高碑店电厂、华能玉环电厂等四家电厂七台锅炉成功实施，机组规模从200MW到1000MW，再生涵盖蜂窝式、波纹板式以及板式全部催化剂类型，最长的已正常安全运行超过20000小时。再生项目先后通过上海发电成套研究

7、院、西安热工研究院、日立生产厂家等单位检测合格，运行稳定。经中国机电工程学会组织的国家级专家技术鉴定会鉴定，认为肯创再生技术填补国内空白，达到国内领先，技术优势明显。肯创再生技术还先后获得国家科技部火炬计划项目、中国电力科技进步三等奖和国家能源局科技进步二等奖。肯创再生技术主要特点包括:（1）针对我国燃煤锅炉烟气高含硫、高含钙、高灰份三高特点，采用以有机高分子材料为主的中性化学清洗剂配合超声波辅助清洗工艺，有效去除遮蔽堵塞催化剂活性位的钙盐、硅盐，解决催化剂清洁问题，并且对基体没有损伤；（2）针对失活催化剂活性成分的丢失，配制专用再生液药剂，通过溶液双电层理论浸渍补充活性成分及抗SO2氧化助剂

8、，提高催化剂活性能力并控制SO2/ SO3转化率1%。采用超声波辅助催化剂活性再植入技术，保证了金属化合物催化组分在催化剂载体表面存在的价态、晶粒尺度和分散度，使再生液浸渍后活性物质与抗SO2氧化助剂均质负载，提高了再生品质；（3）针对SCR催化剂孔道堵塞这一棘手的问题发明了旋转式孔道疏通装置，催化剂孔道疏通率大大提高；（4）配备可移动式具有现场清洗再生功能的清洗再生车，可提高催化剂再生的方便实用性，具有很强的灵活性；（5）采用SCR催化剂专用高温激活活化装置，不仅使活性负载物质受热分解成真正活性物质，通过高温煅烧，还可确保这些物质在载体上牢固黏合，能有效延长再生催化剂的使用寿命； （6）针对

9、清洗再生产生的废水，相应配套有再生废水处理装置，采用pH调节、重金属捕集、和絮凝沉淀等相结合的工艺，废水SS、重金属去除效率高，渣量少，部分外排水回用，处理单元集成化，设备占地面积小，实现绿色施工。肯创公司SCR催化剂再生技术突破国外先进技术封锁，填补了国内技术空白，为我国燃煤锅炉烟气脱硝工程的后续运营节省成本提供了强大技术支撑，提高了资源利用效率，减少了二次环境污染，实现了资源的循环再利用，达到了社会效益和经济效益的双赢。三、用户催化剂概况4#机组为600MW国产直接空冷亚临界凝汽式汽轮发电机组，于2008年5月投入商业运行，并于2009年10月完成SCR烟气脱硝改造工程。脱硝装置采用“高含

10、尘布置方式”的选择性催化还原法（SCR）脱硝装置，在设计煤种、锅炉最大工况（BMCR）、处理100%烟气量、入口NOx浓度为650 mg/Nm3条件下，按脱硝效率不小于90%设计，催化剂层数按2层运行1层备用设计。反应器加装的是日立远东有限公司（巴布科克日立株式会社）的板式催化剂，催化剂以不锈钢丝网为基材，基体为锐钛型二氧化钛(TiO2)，活性物质包括五氧化二钒(V2O5)等。单件催化剂模块外形尺寸为1881 mm 948 mm 1440 mm，单件重量1300 kg。单台机组脱硝催化剂体积总量为626 m3，催化剂模块数量为312块。2013年6月日立巴布科克对电厂催化剂进行取样检测，与未使

11、用过的催化剂相比，使用过催化剂经过18000h的运行及前后33个月的室外放置，脱硝效率小于65%，已经低于所要求的脱硝效率。2014年3月经用户取样送检，催化剂活性比仅为0.57，说明催化剂脱硝性能衰减严重，在正常保证值内，催化剂活性衰减趋势通常是平缓的，一旦超出正常保证值，衰减趋势将会有所加剧，给脱硝运行带来极大隐患，此时通常应考虑加装第三层，这不仅将增加巨额催化剂采购成本，同时由于增加一层，也增加了风机能耗。除增加备用层以外，对失活催化剂及时进行再生恢复其活性是更值得推荐的措施，根据国外经验以及我们之前再生已取得的经验也证明了这一点。根据用户检修计划，4#机组将在2014年6月底进行检修，

12、检修期约50天，完全能满足现场再生所必须的时间。四、失效催化剂再生前期工作准备2014 年3月，肯创公司对4#机组失效催化剂（4#机组SCR反应器左侧上、下层各一片及右侧上、下层各一片）进行了采样分析，在设计条件下，检测旧催化剂的脱硝效率、活性及SO2/SO3转化率，并做了再生小试。对比同一生产厂家同一型号的新鲜催化剂（样品取自另外某电厂）进行了对比实验分析，以下分“新鲜”、“左上”、“右上”、“再生”进行标记。4.1 检测条件本次检测条件如表1 所示。表1 催化剂检测条件项目单位数值温度380AVm/h12MR-0.9SO2ppm469NOppm317O2%4.09表中：AV：面速度，烟气流

13、量与催化剂的总几何表面积（催化剂体积比表面积）之比，m/h； MR：氨氮摩尔比。4.2 脱硝效率和活性在设计条件下，取样催化剂、再生催化剂和新鲜催化剂的脱硝效率和活性的测试结果见表2及图1。表2 催化剂脱硝效率与活性检测结果项目单位左上右上再生新鲜入口NOppm317317315316出口NOppm80713441NO转化率%74.7677.6089.2187.03活性m/h18.9220.8740.4333.28检测烟气条件下的NO 脱除率、催化剂活性K计算公式如下： （4-1） （4-2）C2、C1分别为反应器出、入口 NO 浓度，ppm。图1催化剂NO转化率随温度的变化4.3 SO2/S

14、O3转换率在设计条件下，取样催化剂、再生催化剂和新鲜催化剂的SO2/SO3转换率的检测数据分别见表3。表3 催化剂脱硝效率与活性SO2/SO3转化率指标项目单位左上右上再生未使用温度380380380380入口SO2ppm469471472471出口SO3ppm4.034.144.303.53SO2/SO3转化率%0.860.880.910.754.4化学成分分析采用 X 射线荧光光谱仪对受测催化剂样品表面化学物质成份进行分析，检测结果见表4。表4 催化剂样品 XRF检测结果单位: %检测项目左上（厂方取样）左上（我方取样）再生新鲜V2O51.351.361.850.64WO38.208.05

15、9.1711.43MoO30.010.01Na2O0.280.24-K2O0.240.250.04-Fe2O30.620.820.750.25SO33.063.770.750.42CaO0.220.180.040.05SiO211.8411.1611.3210.63TiO269.0069.7672.5072.35MgO0.060.05-Al2O34.853.933.263.62P2O50.060.050.050.04As2O30.010.010.01-Cr2O3-0.08CeO2-0.190.22ZnO0.030.010.08CuO0.020.010.01-ZrO20.060.050.050.

16、07Nb2O50.100.100.100.11SrO0.01Cl0.010.01V/Ti摩尔比0.017170.017110.022390.00776从检测结果看，4#机组取样催化剂脱硝效率不足75%，低于设计效率90%，并且反应器左侧上层催化剂活性只有18.92m/h，活性比仅是同一生产厂家同一型号的未使用催化剂的60%左右，催化剂已基本处于失活状态，继续运行很难保证在下一个检修周期到来之前仍能满足大气污染排放要求。结合日立巴布科克的检测报告，可以判断，4#机组脱硝催化剂已经失活，应及时寻求解决方案，以确保机组安全运行。结合表4检测结果分析，与未使用催化剂样品相比，4#机组取样催化剂样品孔道

17、表面上 Ca、S 的含量显著提高，这说明催化剂内部微孔通道及表层被硫酸硫酸钙颗粒堵塞，是造成其活性惰化的重要原因。此外，与新鲜催化剂样品相比，失活催化剂样品孔道表面上碱金属 K、Na的含量也有一定程度的增高。对于 SCR 催化剂，烟气及灰分中 Na、K 等碱金属成分的存在会占据催化剂酸性中心，进而导致反应活性下降。从失活机理分析上看，上述失活机理导致的催化剂失效是可逆的，对失效催化剂进行实验室再生小试结果表明，在实验条件下，通过再生，催化剂中硫、钙及碱金属等有害元素得到有效去除，催化剂脱硝效率提高至接近90%，活性达到40 m/h，甚至超过未使用催化剂，SO2/SO3转化率1%，再生效果良好。

18、因此肯创公司能够通过再生工艺恢复其活性，肯创再生技术在国内已经有若干家电厂进行了大规模的成功再生应用，技术可靠。因此，在充分准备和论证前提下，对催化剂进行再生处理，将是对宝贵经验的积累，也是切实可行的。五、SCR催化剂再生技术方案5.1 再生技术路线根据上述对催化剂失活机理的分析，以及再生试验，本次再生工程拟采用的技术路线为：首先采用额定压力的射流机冲洗，去除附着不牢的浮灰和堵塞物，然后采用鼓泡清洗清除失活催化剂表面和堵塞在SCR催化剂孔道中的灰尘颗粒沉积物，超声化学清洗过程中使用渗透促进剂、表面活性剂作为助剂，在专利清洗剂的作用下清洗去除溶解性碱金属、硫酸钙等污垢，为了进一步提高SCR催化剂

19、的活性，应用超声浸渍法在催化剂表面负载含有钒、钨等氧化物的活性组分及抗SO2氧化助剂，以满足提高脱硝催化活性与抑制SO2/SO3转化率的要求，最后采用高温煅烧激活活性物质，并使活性物质与基体牢固黏附。再生工艺流程如下：去离子水清洗超声波化学清洗回装活化激活干燥活性液浸渍射流清洗干燥工艺说明：（1）射流清洗：利用额定压力的SCR脱硝催化剂专用射流清洗剂进行冲洗，除去黏附尚且不牢的浮灰和孔道堵塞物；（2）去离子水清洗： 使用去离子水进一步清除负压吸尘遗留下的粉尘，降低下一步化学清洗污垢干扰，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，为下一步化学清洗创造良好清洗界面；（3）

20、超声波化学清洗： 根据取样分析，判断催化剂失活机理主要是催化剂内含有Na+、K+等碱金属离子、硫酸钙等污垢，使用专用中性清洗药剂，去除Na+、K+等碱金属离子，扭曲难除污垢晶键形态，使顽固性硫酸钙等污垢发生溶胀效果，达到去除目的，为增加除垢效果，采用超声波辅助；（4）活性液浸渍： 经水洗、化学清洗后，催化剂表面呈洁净状态，但部分活性成分丢失，根据取样分析，采用我公司专利再生液配方配制专用再生液，根据溶液Zeta双电层理论控制浸渍条件，控制活性组分V、W及抗SO2氧化助剂在SCR催化剂上吸附行为，同时辅以超声波作用实现组分在催化剂上有效均质负载。（5）活化激活： 将负载有原始活性成分的催化剂送入

21、我公司专利产品活化炉进行活化，活化炉采用温控技术，有效激活催化剂活性物质及抗SO2氧化助剂，激活惰性V、W价态，恢复其活性，提高催化剂活性能力的同时能够抑制SO2氧化，保证SO2/ SO3转化率1%。通过高温处理，活性物质与基体牢固黏附，可延长再生后的催化剂使用寿命。再生后的成品应及时回装。5.2 废弃物处置方案本项目现场施工属于绿色施工，再生活性液废液由本公司统一负责回收。项目现场唯一产生的废弃物为催化剂清洗废水，废水水质呈高悬浮物的特点，主要成分为粉煤灰。针对这一特点，将配备再生废水处理装置一套，废水处理方案如下：根据水质特点，本工程主要针对悬浮物（SS）、部分重金属等污染物进行处理，经综

22、合分析，我公司选用包括重金属捕集、絮凝沉淀等工序的二级沉淀处理工艺。废水经调解pH后进入初沉池，加入重金属捕集剂，其在常温下与废水中各种金属离子如：铬、砷、钒、钨等迅速反应，生成不溶性的高分子螯合盐，并形成絮状沉淀，从而迅速将废水中重金属离子完全去除。同时初沉池还可去除废水中的可沉物和漂浮物，废水经初沉后，约可去除可沉物和漂浮物的50%。初沉池可减轻后续处理设施的负荷，使细小的固体絮凝成较大的颗粒，强化了固液分离效果，对胶体物质具有一定的吸附去除作用，在一定程度上初沉池可起到调节池的作用，对水质起到一定程度的均质效果，减少水质变化对后续构筑物的冲击。将初沉池进水设置成瀑布的形式，废水经初沉池出

23、水进入斜板沉淀池，加入絮凝剂进一步沉淀。 废水处理工艺流程如下图所示： 废水pH调节沉淀絮凝外排，部分回用 碱重金属捕集剂PAM絮凝剂渣外运沉淀5.3 再生方案实施细则5.3.1 关于现场再生场地 考虑到再生对去离子水、电、蒸汽的需要，应在厂内选择离上述资源较近的平坦开阔场所，场地面积500平方以上，搭建临时清洗泵站。四周设围栏与外界隔离。业主在厂房内路一侧拥有具备上述条件的开阔场地，场地问题可以解决。5.3.2 关于工期各阶段预计所需时间，去离子水清洗1-2小时，超声化学清洗0.5-1小时，活化时间2-4小时，干燥时间2-4小时，形成流水作业，平均再生产能20-25m/天，现场再生626m约

24、需30天，加上600MW机组催化剂拆装时间约20天，但考虑到现场再生能够与催化剂拆装交叉进行，故现场再生项目预计需要总工期40天左右，业主4号机在2014年6月份有一次B修时间约50天，因此能够在业主检修期内完成本次再生工程。5.4 再生技术质量标准 通过催化剂再生技术的实施，可以达到以下质量标准： （1）催化剂清洗洗净率达90 以上； （2）显著提高催化剂活性，活性能力恢复达80以上； （3）再生液对催化剂基体无损坏，不会造成载体机械强度的降低，有利于维持催化剂的使用寿命，使用寿命可延长达新催化剂使用寿命80以上； （4）再生后的催化剂氨逃逸浓度达到相应标准要求，即小于3ppm。 （5）再生后的催化剂SO2/SO3转换率达到相应标准要求，即小于1%。六、经济效益分析通过一次催化剂再生，至少可以延长一倍化学使用寿命，肯创公司目前已在国华太仓电厂开展催化剂的长寿命管理课题研究，计划在2014年对再生运行3万小时的催化剂进行第二次再生。就肯创再生技术实施而言，最长的再生催化剂已正常运行超过两万小时，因此，再生催化剂完全可以正常使用至少2.4万小时，以下效益估算就是按照再生催化剂使用2.4万小时计算。对失活催化剂实施再生后，减少了催化剂的废弃处置和新催化剂的购买，最大限度地提高资源理利用效率，这符合中华人民共和国循环经济促进法关于再利用和资源化产业模式的要求，也能为