脫銷催化劑的使用

脫硝催化劑的基本要求脫硝催化劑的一般描述脫硝催化劑的失活和預(yù)防第一部分脫硝催化劑的基本要求1.1SCR簡介SCR脫硝技術(shù)是指使用還原劑（NH3等）在合適的溫度范圍（300-420℃）在有氧條件下在催化劑的作用下將NOx選擇性的還原為無害的氮?dú)夂退籗CR脫硝技術(shù)具有脫硝率高，選擇性好，成熟可靠等優(yōu)點(diǎn)，是國內(nèi)外電站最廣泛采用的煙氣脫硝技術(shù)；SCR技術(shù)是美國Eaglehard在50年代取得專利，七十年代后期在日本的工業(yè)電站得到應(yīng)用，隨后在歐洲、美國等地區(qū)得到廣泛的應(yīng)用。1.2SCR脫硝工藝特點(diǎn)SCR煙氣脫硝技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)SCR煙氣脫硝技術(shù)脫硝效率高，脫硝效率一般可達(dá)80%～90%，可將氮氧化物排放濃度降至100mg/m3以下。SCR煙氣脫硝技術(shù)成熟可靠，應(yīng)用廣泛，適合在煤質(zhì)多變、機(jī)組負(fù)荷變動(dòng)頻繁以及對(duì)空氣質(zhì)量要求較敏感的區(qū)域的新建燃煤機(jī)組上使用；SCR煙氣脫硝技術(shù)的缺點(diǎn)需要使用脫硝催化劑，催化劑價(jià)格昂貴，投資和運(yùn)行成本高；需要使用液氨、氨水或尿素等作為還原劑，消耗費(fèi)用大；若用液氨作為還原劑，由于它們是危險(xiǎn)化學(xué)品，在儲(chǔ)運(yùn)和使用過程的安全問題尤應(yīng)引起關(guān)注。由于我國火電廠燃煤復(fù)雜多變，在我國已建成或擬建的煙氣脫硝工程中大多采用SCR法。1.2SCR在中國的應(yīng)用由于我國火電廠燃煤復(fù)雜多變，在我國已建成或擬建的煙氣脫硝工程中大多采用SCR法。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2008年底，

全國約有90多家電廠的近200臺(tái)總裝機(jī)容量為1.05億千瓦的機(jī)組已通過環(huán)評(píng)，其中已建、在建或擬建的火電廠煙氣脫硝項(xiàng)目達(dá)到5745萬千瓦裝機(jī)容量。所采用的工藝技術(shù)主要是選擇性催化還原法（SCR），約占96％，非選擇性還原催化法（SNCR）只占4％。根據(jù)《火電廠氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)》（二次征求意見稿）的要求，要達(dá)到新機(jī)組或重點(diǎn)地區(qū)老機(jī)組改造100mg/Nm3的排放要求必須加裝SCR脫硝催化劑，非重點(diǎn)地區(qū)200mg/Nm3的排放要求，SCR技術(shù)仍是首選。1.3SCR脫硝主反應(yīng)SCR脫硝技術(shù)是指使用還原劑（NH3等）在合適的溫度范圍（300-420℃）、在有氧條件下在催化劑的作用下將NOx選擇性的還原為無害的氮?dú)夂退?；由于NO占95%左右，所以第一個(gè)反應(yīng)是SCR脫硝的主反應(yīng)，實(shí)際消耗的氨氮比接近于1:1。SCR反應(yīng)機(jī)理為Eley-Rideal機(jī)理，即SCR反應(yīng)發(fā)生在催化劑吸附的NH3和氣相或微弱吸附的NOx之間，為快速反應(yīng)；SCR反應(yīng)集中發(fā)生在催化劑表面的0.1mm以內(nèi)，反應(yīng)速度主要取決于催化劑的表面積。催化劑催化劑表面煙氣41235761234567氨在催化劑表面的擴(kuò)散氨在催化劑內(nèi)部小孔的擴(kuò)散氨在催化劑活性區(qū)域中間被吸附氮氧化物從煙氣中擴(kuò)散到被吸附的氨的上面氮氧化物和氨發(fā)生反應(yīng)生成氮?dú)夂退獨(dú)夂退撾x催化劑表面氮?dú)夂退當(dāng)U散到煙氣中SCR反應(yīng)過程1.4SCR脫硝副反應(yīng)（1）電廠脫硝催化劑為V2O5/TiO2基催化劑，在脫硝的同時(shí)會(huì)發(fā)生SO2氧化的副反應(yīng)：生成的硫酸氫銨的粘性較大，易造成飛灰在空預(yù)器中低溫段空預(yù)器受熱面沉積，引起下游的設(shè)備和管道的堵塞和腐蝕，所以一般要求脫硝過程SO2氧化率低于1%，氨逃逸小于3ppm；此外噴氨溫度需保持在300℃以上，以避免硫酸銨鹽在催化劑上沉積，造成催化劑微孔堵塞，活性下降。SO2氧化反應(yīng)屬于慢反應(yīng)，在整個(gè)催化劑壁厚范圍內(nèi)均會(huì)發(fā)生，減小催化劑的壁厚將有助于降低SO2轉(zhuǎn)化率。1.4SCR脫硝副反應(yīng)（2）SCR脫硝反應(yīng)的另一副反應(yīng)是將煙氣中部分元素Hg氧化成二價(jià)Hg，從而有助于Hg在脫硫吸收塔中被洗滌，從而減少Hg向大氣中的排放，實(shí)現(xiàn)Hg減排的目的。1.5SCR脫硝催化劑的典型布置SCR脫硝催化劑位于省煤器和空預(yù)器之間；高灰布置的優(yōu)點(diǎn)：高灰布置形式的運(yùn)行溫度在320～400℃，處于催化劑的活性溫度范圍，無需補(bǔ)燃或換熱，系統(tǒng)簡單；

95％的燃煤脫硝裝置采用的是高灰布置形式，脫硝反應(yīng)器設(shè)置于省煤器和空預(yù)器之間。1.5SCR脫硝催化劑的典型布置高灰布置的缺點(diǎn)：由于煙氣的粉塵含量較高，為防止催化劑堵塞，需要使用大孔徑的蜂窩式催化劑或平板式催化劑，而且必須采用垂直布置；為了防止催化劑的磨損，選擇的催化劑的壁厚較大；由于煙氣中含有SOx，而且反應(yīng)溫度較高（350℃），會(huì)有更多的SO2轉(zhuǎn)化為SO3，所以為了限制SO2的氧化率和NH4HSO4的生成，需要使用活性相對(duì)較低的SCR催化劑；煙氣中含塵量大，毒物多，更容易造成催化劑的中毒，催化劑壽命較短；由于以上原因，造成脫硝催化劑體積較大，SCR系統(tǒng)造價(jià)成本高。1.5SCR脫硝催化劑的典型布置雖然在高灰SCR（HD-SCR）系統(tǒng)中催化劑長期處于高濃度粉塵的煙氣中，更易造成催化劑中毒、磨損、堵塞等，但由于催化劑位于省煤器和空預(yù)器之間，與催化劑活性溫度窗口一致(250℃~450℃)，而且隨著催化劑的進(jìn)步，現(xiàn)在的催化劑供應(yīng)商一般都確保催化劑三年以上的使用壽命，目前燃煤電廠SCR多采用高灰布置，國內(nèi)采用的電廠SCR脫硝系統(tǒng)均為高灰布置形式。1.5SCR脫硝催化劑的典型布置1.6SCR脫硝對(duì)催化劑的要求（1）SCR催化劑是SCR脫硝系統(tǒng)的核心，直接決定著SCR系統(tǒng)的性能和投資運(yùn)行成本；SCR催化劑布置在省煤器和空預(yù)器之間，需要在300～420℃溫度范圍內(nèi)脫硝效率高、選擇性好、抗毒性強(qiáng)、運(yùn)行可靠；SCR催化劑承受的高溫、高塵、高SO2含量和高中毒的煙氣條件，對(duì)脫硝催化劑的耐高溫、耐堵塞、耐磨損、抗中毒性能和低SO2氧化活性提出更高的要求；中國的SCR系統(tǒng)為無SCR旁路和無省煤器旁路結(jié)構(gòu)，對(duì)脫硝催化劑的安全可靠性提出更高的要求；中國煤種復(fù)雜多變，對(duì)脫硝催化劑的適應(yīng)性也有更高的要求。1.6SCR脫硝對(duì)催化劑的要求（2）第二部分脫硝催化劑的一般描述2.1脫硝催化劑布置2.2脫硝催化劑成分2.3脫硝催化劑形狀平板狀蜂窩狀波紋狀2.4SCR催化劑微觀結(jié)構(gòu)成分:

主要成分為陶瓷,二氧化鈦、氧化釩、氧化鎢作為活性成分

特性:

比表面積較高體積小在低塵煙氣中活性較高催化劑長度和孔隙的大小都是可選的蜂窩式催化劑尺寸:催化劑長度1100mm左右孔徑2.4~8.2mm每平方英寸大約6~300個(gè)單元蜂窩式催化劑2.5蜂窩式催化劑催化劑密封2.6脫硝催化劑的安裝第三部分脫硝催化劑的失活和預(yù)防3.1催化劑失活3.1催化劑失活3.1催化劑失活由于受到煙氣中的氣體條件，粉塵條件和溫度條件方面因素的影響，催化劑的活性一般都會(huì)隨著時(shí)間的延長而降低。3.1催化劑失活3.2脫硝催化劑的添加/更換催化劑的堵塞催化劑的堵塞3.3催化劑堵塞（1）影響催化劑堵塞的因素催化劑的孔徑特征：節(jié)距、通流面積和斷面形狀；灰的負(fù)荷和粘性；煙氣/反應(yīng)器的設(shè)計(jì)：在滿負(fù)荷/部分負(fù)荷時(shí)的煙氣流速、導(dǎo)流板、沖擊角度、大粒徑飛灰、粉塵的分布。催化劑的堵塞催化劑堵塞的機(jī)理燃燒過程中產(chǎn)生的大顆粒粉塵被煙氣挾帶至催化劑（如爆米花飛灰）：合理選擇催化劑孔徑和形式，設(shè)置灰斗和格柵去除大顆粒飛灰；在上游的流動(dòng)靜止區(qū)細(xì)灰沉積結(jié)合成塊狀粉塵，通過作用釋放落到催化劑表面優(yōu)化煙道和反應(yīng)器的設(shè)計(jì)，選擇合適的催化劑。低于最低噴氨溫度生成硫酸氫銨覆蓋催化劑表面：運(yùn)行溫度低于最低噴氨溫度及時(shí)停止噴氨生成硫酸氫銨后及時(shí)升溫將表面硫酸氫銨分解3.3催化劑堵塞（2）脫硝催化劑堵塞機(jī)理最低噴氨溫度和分解溫度防止飛灰沉積的技術(shù)手段通過安裝合適的灰斗和其他設(shè)備，將煙氣攜帶的粒徑大于1.5-2.5毫米的飛灰除去；根據(jù)灰的特性選擇合適的催化劑節(jié)距；通過合理設(shè)計(jì)安裝導(dǎo)流板和結(jié)構(gòu)支撐來優(yōu)化進(jìn)口煙氣的分布；合理設(shè)計(jì)催化劑的支撐梁；在催化劑上部安裝篩網(wǎng)捕捉或粉碎大顆粒的粉塵；設(shè)置吹灰裝置。3.3催化劑堵塞（3）聲波吹灰器蒸汽吹灰器√催化劑的磨損V是煙氣流速；t是時(shí)間；L是顆粒物的負(fù)荷磨損速率與材料的硬度成反比。從理論上講絕大多數(shù)磨損發(fā)生在催化劑表面，而不是催化劑的內(nèi)壁灰的沖擊發(fā)生在催化劑表面由于在催化劑孔入口處流動(dòng)的收縮會(huì)使表面發(fā)生更多的磨損。在入口效應(yīng)后很短的距離內(nèi)會(huì)形成層流邊界層，在層流邊界層內(nèi)氣流速度較低，顆粒的質(zhì)量流量較低。3.6催化劑中毒（1）化學(xué)成分的改變：氣相或粉塵中的物質(zhì)使得催化劑中毒，如煙氣中的As和堿金屬使得活性位發(fā)生轉(zhuǎn)化，氣固反應(yīng)使得催化劑材料發(fā)生改變。SO3As2O3堿金屬堿土金屬等SO3對(duì)催化劑的影響當(dāng)反應(yīng)溫度較低時(shí)，會(huì)生成硫酸銨或硫酸氫銨物質(zhì)，硫酸銨為白色固體，硫酸氫銨在160～220℃為黏性固體。為了防止催化劑表面發(fā)生硫酸鹽的沉積，需要將反應(yīng)溫度控制在最低允許操作之上，短期之內(nèi)問題不嚴(yán)重，當(dāng)溫度高于分解溫度時(shí)這些物質(zhì)會(huì)重新分解，催化劑的的活性會(huì)得到恢復(fù)，但長期處于這個(gè)溫度會(huì)使催化劑活性發(fā)生不可逆的變化；如果有一定的氨氣泄漏加上煙氣中的SO3反應(yīng)生成硫酸銨或硫酸氫銨，由于硫酸氫銨為黏性固體，會(huì)使得飛灰在空預(yù)器表面沉積造成催化劑的堵塞，另外硫酸氫銨具有腐蝕性會(huì)造成空預(yù)器的腐蝕，采取的措施是對(duì)空預(yù)器進(jìn)行沖洗，另外一個(gè)措施需要減少催化劑的SO2的氧化率和減少氨氣的逃逸量。SO3對(duì)催化劑的影響可以通過將反應(yīng)溫度控制在最低允許反應(yīng)溫度之上，否則會(huì)生成硫酸銨鹽或硫酸氫銨。3.6催化劑中毒（2）堿金屬或堿土金屬元素對(duì)催化劑的影響飛灰中含有一定的堿金屬或堿土金屬元素，如K、Na、Mg、Ca等。堿金屬和堿土金屬主要是造成催化劑中V-OH的氫鍵被替換，使得催化劑的酸性下降，從而使得催化劑的活性下降。堿金屬與活性位的結(jié)合程度相對(duì)不是很大，如果在有冷凝水存在的情況下催化劑的中毒性能會(huì)成倍增加。3.6催化劑中毒（3）砷對(duì)催化劑的影響飛灰或煙氣中的As會(huì)使SCR催化劑中毒，尤其是氣相As。As會(huì)在催化劑表面沉積，引起催化劑的中毒，As中毒是不可逆的。如果煙氣中的As含量較高，催化劑的失活會(huì)加速。為了緩解催化劑的As中毒，需要在煙氣中噴入一定量的CaO與As結(jié)合，減少催化劑的中毒情況。在煙氣中As含量較高時(shí)，選用含MoO3催化劑。