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【电厂】燃煤电厂几种脱硝催化剂性能对比

北极星环保网来源:中国热电产业网 廖永进 杨青山2016/10/28 13:26:37我要投稿
所属行业: 大气治理  关键词:脱硝催化剂 烟气脱硝 SCR

北极星环保网讯:摘 要:烟气脱硝性能一直是各工艺追求的目标。对某燃煤电厂的脱硝催化剂进行了实验室活性研究,并采用扫描电子显微镜(scanning electron microscope ,  SEM)、X射线衍射仪(X-ray diffractometer,XRD)、X射线荧光光谱仪(X-ray  fluorescence,XRF)等方法对新、旧SCR催化剂进行表征。研究发现,旧催化剂的脱硝性能明显低于新催化剂;在微观结构上,旧催化剂的表面孔隙率也明显低于新催化剂,但催化剂未出现烧结现象。此外,与新催化剂相比,旧催化剂中活性物质含量明显减少,有毒物质含量增加,说明催化剂失活主要由活性物质损失和有毒物质沉积引起。

1前言

由燃煤产生的氮氧化物(NO、NO2和N2O)是当今环境污染的重要来源之一,这些氮氧化物能够导致光化学烟雾、酸雨、臭氧层损耗、温室效应等一系列问题[1]。为了适应越来越严格的排放要求,国内外电厂已陆续开始安装使用脱硝装置。而在众多脱硝方法中,选择性催化还原(ive  catalytic reduction,SCR)脱硝装置以其成熟的技术工艺和稳定的脱硝效率得到了广泛应用[2]。

在SCR脱硝系统中,脱硝催化剂是其核心部件,而且,催化剂的成本很高,约占SCR  系统总成本的20%~40%,催化剂的性能直接影响着NOx的脱除效果[3]。受催化剂反应条件限制,SCR脱硝装置大多布置在锅炉省煤器与空预器之间的高尘段烟道,这使催化剂易受飞灰的磨损和堵塞,为保持脱硝系统仍有较高脱硝性能,必须定期更换催化剂,因而进一步增大了运行成本[4]。

可见,如何确保催化剂保持良好状态,保证催化剂在寿命周期内维持其性能,甚至适当延长催化剂的使用寿命,对降低整个脱硝系统的运行维护成本具有重要意义。

本文通过对某600MW燃煤锅炉投运后的SCR脱硝催化剂进行性能研究,并与新催化剂进行对比,分析旧催化剂活性降低程度,以及探讨旧催化剂失活原因,为催化剂的失活和再生研究提供理论依据。

2 试验部分

2.1试验催化剂的电厂简介

试验催化剂样品来自某600MW燃煤锅炉,该锅炉配置有两台SCR 反应器。其烟气SCR 脱硝系统包括省煤器旁路、出口烟道、SCR  烟道及所有内部件、SCR 反应器等。烟气从锅炉尾部省煤器烟道进入SCR 系统烟道,经90°弯头后垂直向上流经喷氨格栅,与氨混合后再经90°弯头水平进入SCR  反应器前室,在反应器前室经过导流板转向进入整流格栅,然后垂直流经各层催化剂进行烟气脱硝;脱除了NOx 的烟气经反应器出口烟道进入空预器。

该脱硝装置起始设计性能保证值见表1。

表1脱硝装置设计性能保证值

项目保证值说明

脱硝率≥80%进口NOX浓度≤450mg/Nm3

氨逃逸率≤3×10-6

SO2/SO3转化率≤1%

2.2试验简介

本次试验中,旧催化剂取样的锅炉共装有两台SCR反应器,每台SCR反应器各装有两层催化剂,催化剂采用以玻璃纤维为基材的波纹板式催化剂,使用年限已达5年。所测试的旧催化剂取自B侧反应器下层,并按烟气流动方向,将旧催化剂分成迎风面和背风面两部分分别进行测试。作为对比,试验中还对未使用过的新催化剂进行测试和表征。

所使用活性测试装置为自制的催化剂活性评价系统(见图1)。测试内容包括新、旧催化剂的NO脱除率和SO2/SO3转化率,测试方法为:先将预先切割好并吹扫过表面浮灰的催化剂放入活性评价装置中,对装置升温加热并通入模拟烟气,当反应稳定后,开始进行相关数据记录和取样,并通过多次实验结果计算出平均值。

同时,采用扫描电子显微镜(scanning  electron microscope ,SEM)(Japan HITACHI, S3700)、X射线衍射仪(X-ray  diffractometer,XRD)(Germany Bruker,D8 ADVANCE)、X射线荧光光谱仪(X-ray  fluorescence,XRF)(Holand PANalytical,Axios  PW4400)对催化剂进行表征分析,确定催化剂投运后的失活原因。活性测试试验条件如下:

催化剂尺寸:50×50×200mm

NH3/NO摩尔比:1.05:1

NO 含量:300×10-6

SO2 含量:500×10-6

H2O含量:10%

O2含量:5%

反应温度:360℃±5℃

3 结果与讨论

3.1活性试验结果与讨论

催化剂活性测试结果见表2。可以看出,一方面,新催化剂的脱硝性能和SO2/SO3转化率明显高于旧催化剂,说明催化剂投运后确实存在失活现象;另一方面,背风面的催化剂活性也高于迎风面,这主要可能是由于迎风面的催化剂磨损相对严重,导致活性成分损失较多,而且有毒物质在迎风面的沉积量较多引起。

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