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优美科DNX SCR脱硝催化剂在垃圾焚烧发电厂应用的技术特点

北极星大气网  来源:优美科    2020/5/22 11:16:17  我要投稿  

北极星大气网讯:2020年中华人民共和国第十三届全国人民代表大会第三次会议于5月22日召开,中国人民政治协商会议第十三届全国委员会第三次会议于5月21日召开。近年来,两会的环保议题与民众切身相关,得到了民众越来越高得关注度,为了满足人民对美好生活得向往,国家工业烟气排放标准不断收紧,烟气治理市场竞争如火如荼。专注于SCR脱硝催化剂研发的优美科,在SCR催化剂解决方案领域一直处于领先地位,为打赢蓝天保卫战做出了杰出的贡献。

随着我国社会经济的快速发展,城乡生活垃圾产生量也飞速增加,垃圾焚烧发电、热能利用日渐成为生活垃圾处理的主要方式。垃圾焚烧尾气的净化,包括除尘、脱硫、脱硝、脱二噁英等工艺技术也应运而生。

优美科公司基于其在欧美垃圾焚烧尾气SCR脱硝先行业绩的应用经验,在DNX®SCR催化剂中低温度高效脱硝、协同脱除二噁英、硫酸氢铵(ABS)累积失活模拟及解决方案、灵活便利的安装等关键技术点上优势突出。

1.中低温高效脱硝

优美科DNX®SCR脱硝催化剂外观为独特的波纹式催化剂。

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图1 优美科DNX®SCR脱硝催化剂外观

DNX®SCR催化剂具有三态微孔(TPS)结构,微观结构由大微孔、中微孔、小微孔错综构成。TPS可以大大提升SCR反应的传质扩散过程,同时可以发生高效的“表面SCR反应”及可观的“浅表层(纳米级)SCR反应”,提高了SCR的反应速率,显著增加催化剂的反应活性,在低温(可低至170℃)时的催化活性亦非常可观。

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图2DNX®SCR催化剂三态微孔(TPS)示意图

优美科应用于垃圾焚烧尾气脱硝的DNX®SCR脱硝催化剂,其起活温度可低至170℃,在垃圾焚烧尾气SCR脱硝常用的170~200℃具备较高的脱除效率。

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图3NOx/二噁英脱除率 vsSCR入口温度

(设计条件:空速4500 1/h,入口NOx 200 mg/Nm3,dry@11%O2(as NO2),入口二噁英:1 ng/Nm3,dry@11%O2,氨逃逸 2.5 mg/Nm3,dry@11%O2

2.协同脱除二噁英

垃圾焚烧时产生的二噁英会引发许多健康问题。

优美科的DNX®SCR脱硝催化剂在脱硝的同时,可实现二噁英超高效率的协同脱除。二噁英在催化剂上的氧化分解效率最高可>99%,二噁英可脱除到<0.01 ng TEQ/Nm3

二噁英的氧化分解反应是典型的气、固相催化反应,为催化剂的“表面反应”及“浅表层(纳米级)反应”,且反应在极短的时间(~10-3s)内即可完成。脱二噁英反应对烟气的压力并不敏感,在烟气压力≤0.5Mpa g条件下均可进行。

优美科的DNX®SCR脱硝催化剂通过催化氧化去除气态二噁英。反应方程式如下:

CwHxOyClz+O2   CO2+H2O+HCl

二噁英的分解要求SCR的反应温度<275℃,大于275℃的反应温度会促使二噁英的重新生成。在烟气温度275~300℃之间,二噁英的分解速率依然大于生成速率,然而其脱出效率已经降低。在温度>300℃,且烟气烟气中存在碳氢化合物及HCl时,SCR出口的二噁英浓度将大于SCR入口的二噁英浓度。垃圾焚烧尾气中二噁英在DNX®SCR脱硝催化剂上的脱除率与反应温度之间的关系见图3。

优美科的DNX催化剂在NOx及二噁英的脱除上有很明显优势,在同等烟气条件和性能要求下,所需的催化剂体积比其他厂家少约25%。这得益于DNX®SCR催化剂的三态微孔(TPS)结构,加速了二噁英由气体向催化剂表面及浅表层微孔中的传质。

3.硫酸氢铵(ABS)累积失活模拟及解决方案

垃圾焚烧常采用中低温(反应温度170~200℃)SCR工艺,又因为进入SCR的烟气中存在SOx,SOx与喷入SCR反应器的氨气反应会生产硫酸氢铵(ABS),ABS的产生会加速催化剂的失活,对于SCR下游设备产生堵塞腐蚀等问题。

硫酸氢铵(ABS)的生成及分解反应方程式(可逆反应)为:

生成

SO3+H2O→H2SO4

NH3(g)+H2SO4(g)→NH4SO4(l)

分解

NH4SO4→NH3+SO3+H2O

当烟气温度低于ABS的露点温度时,会造成ABS的累积。ABS的露点的决定于SO3,NH3及H2O在废气中的分压,其分压与浓度成正比,所以ABS的露点决定于SO3,NH3及H2O在废气中的浓度。

ABS可于任何温度(SCR操作温度窗口)生成,低于露点温度生成加速并累积。

ABS可于任何温度(SCR操作温度窗口)挥发分解(消解),高于露点温度分解(消解)加速,我们推荐在ABS露点以上10℃作为最低连续运行温度。

ABS可由烟气携带消解(尤其在高尘、高流速烟气中)。

ABS在SCR系统中的生成与分解(消解)是一个动态平衡过程,如果分解(消解)的速率高于生成的速率,ABS则不会累积;反之,ABS则会累积

由于催化剂表面微孔的毛细作用,ABS在催化剂表面的露点温度相对较高。ABS对催化剂的影响是可逆的,理论上只要烟气温度高于ABS露点并持续一段时间,累积的ABS则可以完全分解。不过,在SO3含量或者SO2氧化率高时,需要至少350℃的烟气温度和充足的时间才能分解。

优美科研发出独有的“ABS累积及分解计算模型”,计算评估了该项目烟气净化流程中ABS形成的风险,量化了ABS累积及分解的速率。提出了准确的ABS累积周期为数千小时,即在SCR催化剂投用后,经过一个累积周期,其活性将受到ABS的抑制而影响设计排放值。

为了避免ABS对SCR及催化剂的影响,要求SCR上游工艺流程必须有半干法脱硫(消石灰)+干法脱硫(消石灰或者小苏打)+(喷活性炭粉)布袋除尘器,以将进入SCR的SO3浓度降低接近于0。

为了应对可能存在的意外的ABS问题,优美科首先提出ABS加热分解方案,设计出催化剂ABS加热分解再生的工艺流程图(PFD)及主要工艺参数,同时考虑到ABS分解的节能问题,即利用SCR烟气流量一定比例的高热空气(烟气)加热催化剂数小时即可将沉积于催化剂上的ABS完全分解。

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图4典型的ABS加热分解工艺流程图

4.灵活便利的安装

优美科可为客户提供除了标准催化剂模块(截面约1x2m)布置安装外,推荐使用截面466x466mm,高不超过700mm,单块质量不超过35kg的催化剂单元布置安装,实现催化剂安装免大型吊装设备、免焊接,灵活便利。

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图5单元安装的DNX®SCR脱硝催化剂

5.应用案例

优美科公司自1993年开始致力于垃圾焚烧项目污染物排放控制,至今在中国已有近20个垃圾焚烧尾气SCR脱硝应用业绩。

优美科公司为著名的丹麦哥本哈根ARC垃圾焚烧项目提供了SCR系统设计包及脱硝催化剂,该项目于2018年正式投入使用,催化剂在保证95%的脱硝效率的同时,也保证了98%的脱二噁英效率。

自2019年3月至今,优美科DNX®SCR脱硝催化剂在浙江义乌市垃圾焚烧发电厂提升改造项目4×750t/d机械炉排垃圾焚烧锅炉烟气脱硝项目中实现低温、长时间的良好运行。该项目的设计保证值为在24000小时内,SCR装置达到NOx从150到50 mg/Nm3dry@11% O2、二噁英从0.1到<0.05 ngTEQ/Nm3的排放要求,催化剂的实际脱硝性能及二噁英脱除性能明显优于保证值。



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