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燃煤电厂低温脱硝催化剂应用分析

北极星环保网来源:《工程技术》作者:邹婷婷2017/6/23 14:17:37我要投稿

北极星环保网讯:摘要:燃煤发电机组必须安装高效脱硫、脱硝和除尘设施,未达标排放的要加快实施环保设备升级改造,确保满足最低技术出力以上全负荷、全时段稳定达标排放要求。

氮氧化物是燃煤电厂大气排放的主要污染物之一,在众多的脱硝技术中,SCR脱硝技术是目前世界上应用最多,最为成熟且最有成效的烟气脱硝方式,常用的布置方式是高尘高温布置方式,即布置在省煤器和空预器之间,这时催化剂反应器所处的位置高温(300-400℃),有利于催化剂发生作用,然而催化剂处于高尘,磨刷严重,寿命将会受到影响。

关键词:燃煤电厂;低温脱硝;催化剂;应用分析

1低温脱硝催化剂的研究现状

低温脱硝催化剂应用的核心问题是催化剂的研制及金属氧化物的选择。国内外很多研究单位开展了低温SCR催化剂的研究,主要包括活性组分及助剂的选择。低温脱硝催化剂的脱硝温度降低,硫酸氢氨的更容易生成,因此低温脱硝催化剂的关键是优良的抗SO2性能。

目前研究的热点集中在以V2O5为主要活性成分,以MoO3、WO3和MoO3-WO3为助剂构成的复合氧化物作为活性成分的基础上添加助剂来增加抗SO2性能。国内外研究的过渡金属氧化物有CuO、CeO2、MnO2等,以氨为还原剂时,有很高的脱硝效率,但是烟气中存在SO2时,催化剂的活性受到了很大影响。

通过研究H2O和SO2对Fe0.75Mn0.25TiOx的影响,发现H2O对催化剂的活性影响是可逆的,而SO2的影响是不可逆的,并且其抑制作用更为强烈。通过对Sn掺杂对Mn-Ce催化剂的抗SO2性能研究,结果表明Sn掺杂可以显著提高催化剂的活性和N2选择性,催化剂表现出良好的抗SO2性能。

上述研究表明,可以通过在常规脱硝催化剂中添加其他金属助剂改进催化剂的低温性能,但是低温抗SO2性能仍是制约低温脱硝催化剂的应用的重要因素。目前的研究结果抗SO2性能取得了一定的进展,但是还仍然停留在研究阶段,未实现工业化生产。

2低温脱硝催化剂应用于电厂的可行性分析

由于烟气中存在NH3和SO3物质,不可避免会形成硫酸氢氨物质,如果运行温度在硫酸氢氨的酸露点以上,不会对脱硝催化剂产生很大的影响,如果运行温度在硫酸氢氨的酸露点以下,液态的硫酸氢氨会黏附烟气中的灰尘,造成催化剂的活性位和孔道堵塞,如果短期内(6-10小时内)不能升高温度,将脱硝催化剂的活性恢复,将造成脱硝催化剂的永久失活。

需要说明的是,硫酸氢氨的酸露点不是固定的,和烟气中SO3的浓度有关,烟气中SO3的浓度越高,硫酸氢氨的酸露点越高,越容易生成液态的硫酸氢氨。另外,脱硝催化剂的反应主要在微孔进行,由于毛细管效应,微孔中更容易生成液态的硫酸氢氨,对温度的变化更敏锐。

综上所述,液相硫酸氢氨的生成随温度变化的现象是物理现象,不能通过化学手段来解决。SO3浓度在10-30ppm范围内313℃已经有硫酸氢氨生成,燃煤电厂SO3浓度一般都在此范围内或者大于30ppm,并且还不包括SO2转化的SO3。

低温窗口脱硝催化剂的应用难点不在催化剂,而在于低温下硫酸氢氨的形成是不可避免的,不能通过改变催化剂本身改变硫酸氢氨的形成。宽温度窗口脱硝催化剂在国内具有很好的工业应用前景,然而目前缺乏良好的低温脱硝催化剂的成熟技术。

虽然国内外的研究学者对低温脱硝催化剂的抗中毒方面进行了诸多研究,但目前离工业化应用还有很长的一段路要走。目前低温脱硝催化剂的应用条件集中在低硫低尘的环境中。原因在于硫酸氢氨的形成是不可避免的,不能通过改变催化剂本身改变硫酸氢氨的形成。

3燃煤电厂低温脱硝催化剂的实践应用

3.1原理分析

作为一种高效的烟气脱硝技术,选择性催化还原(SCR)工艺成为目前燃煤电厂主要的脱硝工艺。其原理是利用还原剂NH3在催化剂的作用下有选择性地与烟气中的NOx反应,生成对环境无害的N2和H2O,以达到去除NOx的目的。催化剂是SCR烟气脱硝技术的核心,其性能直接影响SCR系统的脱硝效果。

由于受烟气(含粉尘)冲刷、烟气中有毒物质影响,随着运行时间的推移,催化剂会不可避免的发生失活。造成催化剂失活的主要原因包括机械磨损、孔道堵塞、微孔堵塞、表面覆盖、化学中毒、烧结等。掌握催化剂的性能现状对了解催化剂活性、分析失活原因、预测剩余寿命等具有重要意义。

3.2实践分析

以某电厂2×350MW超临界机组SCR脱硝催化剂更换项目为例,该项目的脱硝系统以液氨为还原剂,SCR反应器布置在省煤器和空气预热器之间,为单炉双反应器。烟气总量为129.8万Nm3/h(干基,标态,6%O2),入口灰尘浓度为32.73g/Nm3,入口氮氧化物浓度为670mg/Nm3(湿基,6%O2),SO2浓度为7100mg/Nm3(湿基,6%O2)。

该项目原设计为2+1层,上两层布置催化剂,最下一层为预留层。本次波纹式脱硝催化剂更换A、B反应器上两层板式催化剂。该项目要求在50%的负荷下,催化剂连续运行温度为295℃,两层催化剂性能保证值为:脱硝效率大于87%;氨逃逸小于3ppm;SO2/SO3的转换率小于1%;系统阻力不大于600Pa;催化剂的化学寿命大于24,000小时,机械寿命大于10年。

根据该项目的高硫和低温(295℃)运行时间长的特点,公司设计了DRC15产品结构,节距为16mm×9mm,并采用波纹式脱硝催化剂特制边缘硬化剂进行硬化,防止烟尘的侵蚀。通过168h测试,实际烟气空速Av=3024h-1。

在100%负荷下,SCR脱硝装置A、B侧入口烟气中SO3平均浓度为81.2mg/m3(干基,标态,6%O2),出口烟气中SO3的平均浓度为120.5mg/m3(干基,标态,6%O2),SO2/SO3转化率平均值为0.71%。168运行结果显示,SO2/SO3转换率的平均值为0.71%,两层的脱硝效率大于90%,各项指标达到了要求,运行状态良好。经过一年多的运行,出口氮氧化物保持在70mg/Nm3以下,催化剂未出现严重磨损,系统运行状态稳定。

4结束语

结合某公司生产的波纹式脱硝催化剂,介绍了波纹式脱硝催化剂在国内某高尘、高硫、低负荷运行燃煤电厂的应用,给出波纹式脱硝催化剂的如下信息,供从事SCR脱硝工程相关人员参考:波纹式脱硝催化剂在烟尘浓度为32.73g/Nm3的高硫低负荷燃煤电厂烟气条件下,安装两层催化剂时,在保证90%的脱硝效率情况下,SO2/SO3的平均转换率为0.71%,具有很强的适应能力。

参考文献略

延伸阅读:

基于低温SCR脱硝催化剂研究进展

火电机组灵活性改造之脱硝催化剂低负荷运行适应性探讨

脱硝催化剂SCR备用层加装后对燃煤电厂运行影响分析

宽温差SCR板式脱硝催化剂

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