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延长蜂窝式脱硝催化剂的使用寿命

北极星环保网来源:热电行业 王锟 胡霞2017/2/9 10:48:20我要投稿
所属行业: 大气治理  关键词:脱硝催化剂 SCR 蜂窝式催化剂

北极星环保网讯:本文根据河南华润电力首阳山有限公司(2*600MW)机组脱硝改造运行情况及催化特性进行分析研究,通过行之有效的脱硝系统运行优化调整、维护保养工作,延长脱硝催化剂的使用寿命,降低脱硝系统运行成本,保证机组的安全稳定运行。

河南华润电力首阳山有限公司(2*600MW)机组脱硝催化剂单台机组费用为2000万元,催化剂设计化学寿命为24000小时,机械寿命为80000小时,因此,大约3-5年就需要进行催化剂的更换再生。因为催化剂置换费用约占系统总价的60%~70%,脱硝系统催化剂的折旧寿命直接决定着SCR系统的运行成本。催化剂的使用寿命如果按照3年计算,每天折旧费用大约为1.26万元,按照4年计算,每天折旧费用为0.958万元,如果按照5年计算,每天折旧费用大约为0.77万元。因此,延长催化剂的使用寿命,将大大减少脱硝系统的运行成本。

如果由于SCR系统运行使用、维护不够合理使催化剂提前失效进行催化剂的置换、部分或整体更换,将进一步加大催化剂的折旧成本。正常使用寿命期内,脱硝系统每年每台设备折旧费用为466万左右,如果催化剂提前1个月失效,那么在使用寿命期内每年设备折旧费用将增加至483万左右,可见SCR脱硝系统催化剂的使用寿命对运营成本影响极大。

一、催化剂介绍

目前电厂脱硝催化剂大多是V2O5—WO3/TiO2催化剂,其中V2O5为活性组分,WO3为助剂,TiO2为载体,载体的性能对催化剂活性有重要影响。

对催化剂载体进行研究时多数选择以纳米Ti02为载体。因为纳米Ti02具有巨大的比表面积,独特的电子云结构,会对SCR催化剂性能产生促进作用,在S02和02作用下Ti02只是微弱可逆的被硫化,此外Ti02还会与V205发生良好的电子作用,使催化剂具有良好的活性。

V2O5是一种良好的脱硝催化活性物质,但在实际应用中往往将其掺杂到其他金属氧化物中。采用掺杂型催化剂不但可以降低催化剂成本,提高V2O5的分散度,增加与反应气体的接触几率,提高催化活性,而且还可以削弱SO2的氧化活性。

作为电厂脱硝催化剂,除了具有良好的活性和选择性外,还需要有较好的机械强度、热稳定性和抗毒性,因此,加入化学助剂和结构助剂等添加剂很有必要。V205是催化剂的活性成分,其表面呈酸性,容易将碱性的NH3捕捉到催化剂表面进行反应,它特定的氧化势有利于NH3和NOx转化为N2和H2O。

通过对WO3、MoO3对V2O5/TiO2的影响研究发现WO3与MoO3均可提高催化剂的热稳定性,抑制锐钛矿型TiO2的烧结和金红石化,并能改善V205与Ti02之间的电子作用,提高催化剂的活性、选择性和稳定性。

除此以外,WO3可以抑制SO2氧化;MoO3可以增强催化剂的耐As203中毒能力。通常催化剂中添加(5~1O%)的W03和玻璃纤维作为助催化剂,添加一定量的MoO3(0—5%)提高催化剂耐中毒能力。在V2O5/TiO2催化剂中添加粘土作为结构助剂,在商业催化剂中含有一定量的硅铝酸或玻璃纤维,使用这些无机助剂会使催化剂的机械性能有所改善。

V2O5—WO3/TiO2催化剂型式可分为三种:板式、蜂窝式和波纹板式。板式催化剂以不锈钢金属板压成的金属网为基材,将TiO2、V2O5等的混合物黏附在不锈钢网上,经过压制、锻烧后,将催化剂板组装成催化剂模块。蜂窝式催化剂一般为均质催化剂。

将TiO2、V2O5、WO3等混合物通过一种陶瓷挤出设备,制成截面为150mm*150mm,长度不等的催化剂元件,然后组装成为截面约为2m*1m的标准模块。波纹板式催化剂的制造工艺一般以用玻璃纤维加强的TiO2为基材,将WO3、V2O5等活性成份浸渍到催化剂的表面,以达到提高催化剂活性、降低SO2氧化率的目的。目前蜂窝式催化剂占据了市场70%份额。

二、催化剂失效原因

(1)催化剂中毒

催化剂中毒现象的发生主要是由于原烟气中或多或少的有害化学成分作用于催化剂活性成分造成的,砷、碱金属(主要是K、Na)是引起的催化剂中毒主要成分。砷中毒是由于高温烟气中的气态As2O3所引起的。

气态As2O3扩散进入催化剂内部空隙中,在催化剂毛细空中发生毛细凝结,并同时吸附在催化剂的活性位及非活性位上,并与催化剂活性物质发生反应,引起催化剂活性降低。

K和Na碱金属离子主要是由生物质燃料的燃烧产生,碱金属能够直接和催化剂的活性位发生反应使其钝化,在水溶状态下,碱金属有很高的流动性,能够进入催化剂材料的内部,对催化剂产生持久的毒害作用。

(2)飞灰侵蚀和催化剂微孔堵塞

飞灰侵蚀主要是烟气中飞灰撞击催化剂表面造成的磨损,主要与烟气流速,飞灰特性,催化剂材质有关,这种催化剂的损伤失效是不可逆的。为了减少飞灰磨损,可优化烟气场分布,避免形成高速区;硬化处理烟气进口侧催化剂边缘,使用耐磨的催化剂材料,加强催化剂的机械性能;优化入炉煤结构,避免飞灰颗粒过大和飞灰量过大。

延伸阅读:

SCR脱硝催化剂生产技术

失活脱硝催化剂再生技术之300MW机组SCR脱硝催化剂再生工程

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