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脱硝催化剂的选型与设计浅析

 SCR脱硝催化剂在固定的热度下,选择性催化还原,加入 NH3 、NH3·H2O或尿素为还原剂将尾气中氮氧化物还原为氮气和水,废气中O2不参与反应。
在SCR中使用的脱硝催化剂大多以TiO2为载体,以V2O5或V2O5-WO3或V2O5-MoO3为活性成分,制成蜂窝式、板式或波纹式三种类型。应用于烟气脱硝中的SCR脱硝催化剂可分为高温催化剂(345℃~590℃)、中温催化剂(260℃~380℃)和低温催化剂(80℃~300℃), 不同的催化剂适宜的反应温度不同。元琛科技可根据客户要求设计、生产高、中、低温脱硝催化剂,并已在电力行业、非电行业广泛应用。
1、在高温工况下,催化剂烧结失活的速率加快,催化剂用量也会增加;烟气温度在350℃以下时,催化剂的设计用量几乎不因温度发生变化,催化剂用量主要取决于SCR系统入口NOX浓度、烟气流量、要求的脱硝效率等参数。当烟气温度超过350℃时,随着温度的增加,催化剂设计用量随温度的变化呈线性递增,特别是温度超过400℃时,体积比350℃时增加了近15%。这是因为高温是导致催化剂烧结的最大因素,而烧结必然会致使催化剂的比表面积减少,从而使脱硝活性下降。而且,高温会引起活性组分-贵金属氧化物形成多聚态晶体,多聚晶体的比表面积较小,从而与烟气的接触面积就小,催化活性相对较低。。因此,对于高温运行的项目,必须进行配方优化。催化剂主要成分中,V2O5的活性是最高的,但是其抗高温烧结的能力是最低的。WO3或MoO3活性相对较低,但是具有优异的抗中毒和抗烧结能力,所以优化配方时要减少V2O5的含量,增加WO3或MoO3的含量,能在一定程度上有效提高催化剂对高温的耐受性。但是,配方的改变,降低了催化剂的活性,要满足相同的性能要求,就要采用较多的体积。另一方面,在高温中催化剂失活加快,还必须留有较充足的催化剂储备体积。这两个因素共同作用,最后导致高温项目的催化剂用量一般都较多。
2、在高硫份工况下,应特别注意硫胺的生成,防止催化剂的中毒和下游设备的堵塞;燃用高硫份煤种时,会导致烟气中SO2含量增加,即使仍能保持1%的SO2氧化率,但是氧化生成的SO3总量仍会较高。SO3会和还原剂氨NH3 反 应 生 成 (NH4)HSO4(ABS) 和 (NH4)2SO4(AS)。硫酸氢铵是一种极其粘稠的物质,粘附在设备表面极难清除。如果粘附在催化剂表面,又会继续粘附飞灰颗粒,导致SCR催化剂积灰堵塞。硫酸铵是一种干态的粉状物质,当生成量较多时,会增加烟气中的飞灰浓度,加剧催化剂的磨损,并使催化剂积灰堵塞的风险增大。为了消除或减少(NH4)HSO4对设备的粘附和腐蚀,只能在(NH4)HSO4的露点温度ADP以上喷入NH3,以使生成的(NH4)HSO4呈气态,随烟气流出SCR系统。根据拉乌尔定律,烟气中(NH4)HSO4的露点温度和气相中SO3、NH3的平衡分压有关,烟气中SO3浓度越高,平衡分压越大,则(NH4)HSO4的露点温度越高。而SCR系统的最低喷氨温度一般要高于(NH4)HSO4的露点温度,最终导致了SCR系统运行温度提高。如果实际烟气温度不高或稍高于要求的最低喷氨温度,则会导致操作弹性降低。 此种工况进行催化剂设计时,一般不会造成催化剂用量增加,但由于最低喷氨温度较高,致使SCR反应器的布置难度增加,或者需要加装省煤器旁路,以提高SCR进口温度。在进行催化剂选型时,应选取具有低SO2氧化率配方设计的催化剂。
3、掺烧生物质燃料的工况下,应着重考虑生物质燃料中的元素对催化剂的失活,增加储备体积。为了应对燃料供应日趋紧张的局面,国家也开始利用政策导向积极推进在燃煤中掺烧一定比例的市政污泥等生物质燃料,来代替一部分燃煤,并已近在广州等少数大城市进行了试点。垃圾焚烧发电和掺烧市政污泥是解决环境污染和能源危机的较好方案,但是由此也给SCR催化剂的设计、运行提出了更高的要求。因为,垃圾和污泥中的P、Na、K、CaO等使催化剂中毒的元素含量是普通媒质中的数十倍,代用燃料的强毒性使得即使燃用时间很短,也会给催化剂带来较大危害。目前我国仍存在城市生活垃圾和工业垃圾不严格分类,城市污泥和工业污泥不严格分类的情况,这样就造成使用这一类代用燃料时,烟气及飞灰成分复杂不明确,包含了许多未知的催化剂毒物,极大限制了对催化剂的化学寿命评价和经济性分析。 依据国外经验,进行此类工况的催化剂设计选型时,对催化剂的失活要着重考虑,留有较多的设计裕量和储备体积。电站排放的氮氧化物由约95%的NO和约5%的NO2组成。

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