选择性催化还原催化剂在燃煤电厂中应用的注意事项

万方数据

广东电力第22卷

实际工程中应用的SCR催化剂主要有3种类型:蜂窝式、板式、波纹式。其中蜂窝式催化剂采

用Tio:作骨架材料,将Vzo,.wQ和Ti02混合后挤压成型,经干燥、烧结后裁切装配而成;板式

催化剂采用金属网板作为基材,将催化剂组分Ti02.V:05一W03压制在金属网板上后烧结成型;波纹式催化剂采用玻璃纤维板或陶瓷板作为基材,浸渍催化剂组分Tio:一V:05.W03后烧结成型。1.2商用脱硝催化剂

目前在我国应用的SCR脱硝催化剂的国外生产

商包括:蜂窝式催化剂生产商,如美国Co咖e敞h、德国~百llon、日本日挥触媒化成株式会社(Catalyst

and

Che“stryIndustrialCompany,OCIC)、奥地利

Ceram、韩国SK;板式催化剂生产商,如德国Argillon和日本Babcock—HitachiK.K.(BHK);波纹式催化剂生产商,如丹麦HarldTopsoe和日本Hitachi

Zosen。

现阶段我国一些单位纷纷建设工厂准备生产

SCR脱硝催化剂,如蜂窝催化剂生产厂家有江苏龙源催化剂有限公司和成都东方凯特瑞环保催化剂有限公司(Chen酣uDlon莎angKwHEnVironmental

ProtectionCatalystCo.Ltd,DKC)。

SCR脱硝催化剂在我国燃煤电厂中应用的典

型事例见表1。

表1

scR脱硝催化剂在国内燃煤电厂的应用情况

催化剂生产商

国家催化剂形式

电厂

万方数据

2脱硝催化剂应用注意事项

脱硝催化剂是SCR系统中最关键的部分,其类型、结构和表面积都对脱除No。效果有很大影响。在SCR系统的运行过程中,由于下列一个或多个因素,都会使催化剂的活性降低,在工程应用中应予以重视。2.1催化剂中毒

脱硝催化剂的中毒现象主要分两种,一种是碱

金属中毒,另外一种是舡中毒。

2.2烧结

长时间暴露于450℃以上的高温环境中可引起催化剂烧结,导致催化剂中Ti02晶形发生变化,颗粒增大,表面积减小,因而使催化剂活性降低。催化剂中加入wo,可最大程度地抑制催化剂烧结。烧结过程示意图如图1所示。

次要

Ti02

烧结前的脱硝催化剂结构

烧结的脱硝催化剂结构

图1催化剂烧结

2.2.1碱金属中毒

碱金属离子(Na+、K+等)物质如果直接和催化剂接触,会使催化剂活性逐渐降低。其反应机理是,碱金属离子吸附在催化剂活性位置上,占据了催化剂表面酸性位,降低了催化剂活性。碱金属中毒过程示意图如图2所示。在催化剂没计中,应考

虑碱金属对催化剂的影响,增大设计余量。

Na(K)

Na+(K’)

—Me—o—Me一

I一0

一Me—o—Me一

新鲜催化剂结构

碱会属中毒催化剂结构

图2催化剂碱金属中毒过程

2.2.2

As中毒

加中毒主要是由烟气中的气态Asz03引起的。舡:03扩散进入催化剂内部孔道中,并在催化剂的

第7期刘慷等:选择性催化还原催化剂在燃煤电厂中应用的注意事项

毛细孔中发生毛细凝结,或者和催化剂的活性位置发生反应而引起催化剂活性降低,As中毒过程示意图如图3所示。在干法排渣锅炉中,催化剂As中毒不严重;在液态排渣锅炉中,由于静电除尘后的飞灰再循环,造成催化剂As中毒较为严重。在催化剂制备过程中,应采用控制催化剂孔分布的方法,使催化剂内孑L分布均匀,控制毛细孑L分布数量,减少“毛细冷凝”现象发生。在催化剂中加入MoO.3,M003可与气相As203反应,减少As203对催化剂活性组分的影响。

宵?宵竺。。苫~一j:。0r

H.

QII

÷曰A。:n—As一。一』}smOn辞s一--Me--O--Me--O--Me一

1『

2.3

CaS04的影响

飞灰中游离的CaO和S03反应,可吸附在催

化剂表面形成CaS04,如图4所示。催化剂表面被CaS04包围,从而阻止了反应物向催化剂表面及内部的扩散。催化剂制造商多采用控制催化剂内部孑L径分布和采用适当间距的方法,以减少CaS04对催化剂的影响。

新鲜催化剂结构

Ca中毒催化剂结构

图4CaS04对催化剂的影响

2.4催化剂的堵塞

催化剂的堵塞主要是由于铵盐及飞灰的小颗粒沉积在催化剂:JqL中,阻碍NO。、NH,、02到达催化剂活性表面,引起催化剂钝化。可以调节气流分布,选择合理的催化剂间距和单元空间,并使进入SCR反应器的烟气温度维持在铵盐沉积温度之上,以降低催化剂堵塞。对于高灰段应用SCR工艺,应安装吹灰器,确保催化剂通道顺畅。

万方数据

2.5催化剂的侵蚀磨损

催化剂的侵蚀磨损主要是由于飞灰撞击在催化剂表面造成的。磨蚀强度与气流速度、飞灰特性、撞击角度及催化剂本身特性有关。降低磨蚀的措施包括:采用耐腐蚀催化剂材料,对催化剂顶端进行处理,提高催化剂边缘硬度;利用计算流体动力学流动模型优化气流分布;在垂直催化剂床层安装气流调节装置。

2.6用于SOR工艺的催化剂必须满足的条件

用于SCR工艺的催化剂必须满足的条件有:a)在较低的温度和较宽的温度范围,具有较

高的活性;

b)具有较高的选择性和较低的S02(S03)转化率;

c)具有抗S02、卤素氢化物(HCI、HF)、碱金属(Na:O、K:o)、重金属(As)等性能;

d)在温度波动较大时,有良好的热稳定性;

e)机械稳定性好,耐冲刷磨损;f)压力损失低;g)使用寿命长;h)废物易于回收利用;i)成本较低。

SCR催化剂工程应用操作注意事项

3.1催化剂的预热

冷启动时,为了避免水在SCR催化剂表面上冷凝,应事先通人热宅气进行预热,升温速率在100~150℃/h,将催化剂床层预热到水的露点温度之上。预热过程中,注意不能将可燃物质附着在催化剂表面上,避免可燃物质燃烧而将催化剂烧坏。当反应器内的温度上升到NI-LHSO。的露点温

度(180℃)以上时,可以开始喷入SCR反应的还原剂NH3。3.2吹灰

为了防止飞灰在催化剂床层上沉积而导致催化剂孔道堵塞,定期通过蒸汽吹灰器或者声波吹灰器对催化剂进行吹扫清洁。当反应器系统阻力增大时,需增大吹灰频率。3.3温度控制

保持合适的反应区域温度。升温时,控制升温速率在50℃/rain,升温时避免超温而导致催化剂烧结(催化剂的运行温度尽量控制在420℃,不可

广东电力第22卷

高于450℃)。喷氨温度应高于Nl-t,HS04的露点温度,避免NH。HS04的冷凝,减少积灰。3.4催化剂日常保护

当电厂进行检修时,SCR反应器停止运行(催化剂停用),此时要对催化剂进行保护。为了防止空气中的水蒸气冷凝,要用干燥的气体对反应器进行吹扫,时间持续5min以上;当湿度比较大时,用加热的干燥气体对反应器进行吹扫或者对反应器加热,降低反应器内的湿度。

参考文献:

[1]TALoRKC.NitricOxideCatalystsinAutomotiveExhaust

Systems

EJ].CatalysisReview:ScienceandEngineering,

1993(35):457—481.

[2]郝吉明.王书肖,陆永琪.燃煤二氧化硫污染控制技术手册

[M].北京:化学工业出版社,2001.

HAO

Ji-ming,WANGShu—xiao.LUYong—qi.Technical

Fuel

ManualofSulfurDioxidePollutionControlofCoal

EM].

Beijing:ChemicalIndustryPress,2001.

[3]BOSCHH,JANSSENF.CatalyticReductionofNitrogen

Oxides,AReviewintheFundamentalSandTechnologyCatalystToday.1988(2):369—532.

4结论

a)目前工程中应用最多的SCR催化剂是钛基催化剂,主要成份为Ti02、V:O;、w03等。

b)在SCR的应用过程中,由于催化剂烧结、碱金属及As中毒、CaS04的影响、飞灰磨蚀、催化剂的堵塞等一个或多个因素都会造成催化剂钝化,需要采取相应的措施加以预防。

c)催化剂研究方向应符合国内工程需要,着重在设计并制备高活性的催化剂上,改进催化剂的组成,提高活性,降低成本,提高催化剂寿命。

d)催化剂在实际工程应用中,要防止飞灰的沉积,定期对催化剂进行吹扫;控制好温度,防止催化剂烧结;催化剂停用时要对催化剂进行保护。

EJ].

[4]张强。张两涛.燃煤电站实施SCR脱硝技术的关键工艺选择

[J].热力发电,2007,36(4):1—5.

ZHANGOiang,ZHANGXi—tao.Choiceof

Key

Technology

forImplementingSCRDenitrificationTechniqueinCoalFiredPower

1—5.

Planti,J].Thermal

PowerGeneration,2007,36(4):

F53张强.燃煤电站SCR烟气脱硝技术及工程应用[M],北京:化

学工业出版社,2007.

ZHANGOiang.SCR-basedandEngineering

FlueGasDenitrificationTechnique

Coal—fired

Power

Applicationin

Stations

I-M].Beijing:ChemicalIndustryPress,2007.

作者简介:刘慷(1971一),男.辽宁大连人。化工高级工程师。

工学博士.从事燃煤电厂脱硫、脱硝工作。

扑斗}—*—"****一畸}—*吲卜*——*-—裕-—辂**静静一{}喇—佧啼斗卜书—弘**-lq,-嘞—洚_卜嘞—挣一-.tA.-书***吲l*谁静静41-*

2()09年中国南方电网有限责任公司科学技术奖获揭晓

经中国南方电网有限责任公司科学技术奖励评审委员会评审,2009年中国南方电网有限责任公司科

学技术奖揭晓,本年度共评出科学技术奖75项,其中,一等奖4项,二等奖29项,三等奖42项。广东

电网公司作为第一完成人获得的一、二等奖名单如下:

万方数据

万方数据

广东电力第22卷

实际工程中应用的SCR催化剂主要有3种类型:蜂窝式、板式、波纹式。其中蜂窝式催化剂采

用Tio:作骨架材料,将Vzo,.wQ和Ti02混合后挤压成型,经干燥、烧结后裁切装配而成;板式

催化剂采用金属网板作为基材,将催化剂组分Ti02.V:05一W03压制在金属网板上后烧结成型;波纹式催化剂采用玻璃纤维板或陶瓷板作为基材,浸渍催化剂组分Tio:一V:05.W03后烧结成型。1.2商用脱硝催化剂

目前在我国应用的SCR脱硝催化剂的国外生产

商包括:蜂窝式催化剂生产商,如美国Co咖e敞h、德国~百llon、日本日挥触媒化成株式会社(Catalyst

and

Che“stryIndustrialCompany,OCIC)、奥地利

Ceram、韩国SK;板式催化剂生产商,如德国Argillon和日本Babcock—HitachiK.K.(BHK);波纹式催化剂生产商,如丹麦HarldTopsoe和日本Hitachi

Zosen。

现阶段我国一些单位纷纷建设工厂准备生产

SCR脱硝催化剂,如蜂窝催化剂生产厂家有江苏龙源催化剂有限公司和成都东方凯特瑞环保催化剂有限公司(Chen酣uDlon莎angKwHEnVironmental

ProtectionCatalystCo.Ltd,DKC)。

SCR脱硝催化剂在我国燃煤电厂中应用的典

型事例见表1。

表1

scR脱硝催化剂在国内燃煤电厂的应用情况

催化剂生产商

国家催化剂形式

电厂

万方数据

2脱硝催化剂应用注意事项

脱硝催化剂是SCR系统中最关键的部分,其类型、结构和表面积都对脱除No。效果有很大影响。在SCR系统的运行过程中,由于下列一个或多个因素,都会使催化剂的活性降低,在工程应用中应予以重视。2.1催化剂中毒

脱硝催化剂的中毒现象主要分两种,一种是碱

金属中毒,另外一种是舡中毒。

2.2烧结

长时间暴露于450℃以上的高温环境中可引起催化剂烧结,导致催化剂中Ti02晶形发生变化,颗粒增大,表面积减小,因而使催化剂活性降低。催化剂中加入wo,可最大程度地抑制催化剂烧结。烧结过程示意图如图1所示。

次要

Ti02

烧结前的脱硝催化剂结构

烧结的脱硝催化剂结构

图1催化剂烧结

2.2.1碱金属中毒

碱金属离子(Na+、K+等)物质如果直接和催化剂接触,会使催化剂活性逐渐降低。其反应机理是,碱金属离子吸附在催化剂活性位置上,占据了催化剂表面酸性位,降低了催化剂活性。碱金属中毒过程示意图如图2所示。在催化剂没计中,应考

虑碱金属对催化剂的影响,增大设计余量。

Na(K)

Na+(K’)

—Me—o—Me一

I一0

一Me—o—Me一

新鲜催化剂结构

碱会属中毒催化剂结构

图2催化剂碱金属中毒过程

2.2.2

As中毒

加中毒主要是由烟气中的气态Asz03引起的。舡:03扩散进入催化剂内部孔道中,并在催化剂的

第7期刘慷等:选择性催化还原催化剂在燃煤电厂中应用的注意事项

毛细孔中发生毛细凝结,或者和催化剂的活性位置发生反应而引起催化剂活性降低,As中毒过程示意图如图3所示。在干法排渣锅炉中,催化剂As中毒不严重;在液态排渣锅炉中,由于静电除尘后的飞灰再循环,造成催化剂As中毒较为严重。在催化剂制备过程中,应采用控制催化剂孔分布的方法,使催化剂内孑L分布均匀,控制毛细孑L分布数量,减少“毛细冷凝”现象发生。在催化剂中加入MoO.3,M003可与气相As203反应,减少As203对催化剂活性组分的影响。

宵?宵竺。。苫~一j:。0r

H.

QII

÷曰A。:n—As一。一』}smOn辞s一--Me--O--Me--O--Me一

1『

2.3

CaS04的影响

飞灰中游离的CaO和S03反应,可吸附在催

化剂表面形成CaS04,如图4所示。催化剂表面被CaS04包围,从而阻止了反应物向催化剂表面及内部的扩散。催化剂制造商多采用控制催化剂内部孑L径分布和采用适当间距的方法,以减少CaS04对催化剂的影响。

新鲜催化剂结构

Ca中毒催化剂结构

图4CaS04对催化剂的影响

2.4催化剂的堵塞

催化剂的堵塞主要是由于铵盐及飞灰的小颗粒沉积在催化剂:JqL中,阻碍NO。、NH,、02到达催化剂活性表面,引起催化剂钝化。可以调节气流分布,选择合理的催化剂间距和单元空间,并使进入SCR反应器的烟气温度维持在铵盐沉积温度之上,以降低催化剂堵塞。对于高灰段应用SCR工艺,应安装吹灰器,确保催化剂通道顺畅。

万方数据

2.5催化剂的侵蚀磨损

催化剂的侵蚀磨损主要是由于飞灰撞击在催化剂表面造成的。磨蚀强度与气流速度、飞灰特性、撞击角度及催化剂本身特性有关。降低磨蚀的措施包括:采用耐腐蚀催化剂材料,对催化剂顶端进行处理,提高催化剂边缘硬度;利用计算流体动力学流动模型优化气流分布;在垂直催化剂床层安装气流调节装置。

2.6用于SOR工艺的催化剂必须满足的条件

用于SCR工艺的催化剂必须满足的条件有:a)在较低的温度和较宽的温度范围,具有较

高的活性;

b)具有较高的选择性和较低的S02(S03)转化率;

c)具有抗S02、卤素氢化物(HCI、HF)、碱金属(Na:O、K:o)、重金属(As)等性能;

d)在温度波动较大时,有良好的热稳定性;

e)机械稳定性好,耐冲刷磨损;f)压力损失低;g)使用寿命长;h)废物易于回收利用;i)成本较低。

SCR催化剂工程应用操作注意事项

3.1催化剂的预热

冷启动时,为了避免水在SCR催化剂表面上冷凝,应事先通人热宅气进行预热,升温速率在100~150℃/h,将催化剂床层预热到水的露点温度之上。预热过程中,注意不能将可燃物质附着在催化剂表面上,避免可燃物质燃烧而将催化剂烧坏。当反应器内的温度上升到NI-LHSO。的露点温

度(180℃)以上时,可以开始喷入SCR反应的还原剂NH3。3.2吹灰

为了防止飞灰在催化剂床层上沉积而导致催化剂孔道堵塞,定期通过蒸汽吹灰器或者声波吹灰器对催化剂进行吹扫清洁。当反应器系统阻力增大时,需增大吹灰频率。3.3温度控制

保持合适的反应区域温度。升温时,控制升温速率在50℃/rain,升温时避免超温而导致催化剂烧结(催化剂的运行温度尽量控制在420℃,不可

广东电力第22卷

高于450℃)。喷氨温度应高于Nl-t,HS04的露点温度,避免NH。HS04的冷凝,减少积灰。3.4催化剂日常保护

当电厂进行检修时,SCR反应器停止运行(催化剂停用),此时要对催化剂进行保护。为了防止空气中的水蒸气冷凝,要用干燥的气体对反应器进行吹扫,时间持续5min以上;当湿度比较大时,用加热的干燥气体对反应器进行吹扫或者对反应器加热,降低反应器内的湿度。

参考文献:

[1]TALoRKC.NitricOxideCatalystsinAutomotiveExhaust

Systems

EJ].CatalysisReview:ScienceandEngineering,

1993(35):457—481.

[2]郝吉明.王书肖,陆永琪.燃煤二氧化硫污染控制技术手册

[M].北京:化学工业出版社,2001.

HAO

Ji-ming,WANGShu—xiao.LUYong—qi.Technical

Fuel

ManualofSulfurDioxidePollutionControlofCoal

EM].

Beijing:ChemicalIndustryPress,2001.

[3]BOSCHH,JANSSENF.CatalyticReductionofNitrogen

Oxides,AReviewintheFundamentalSandTechnologyCatalystToday.1988(2):369—532.

4结论

a)目前工程中应用最多的SCR催化剂是钛基催化剂,主要成份为Ti02、V:O;、w03等。

b)在SCR的应用过程中,由于催化剂烧结、碱金属及As中毒、CaS04的影响、飞灰磨蚀、催化剂的堵塞等一个或多个因素都会造成催化剂钝化,需要采取相应的措施加以预防。

c)催化剂研究方向应符合国内工程需要,着重在设计并制备高活性的催化剂上,改进催化剂的组成,提高活性,降低成本,提高催化剂寿命。

d)催化剂在实际工程应用中,要防止飞灰的沉积,定期对催化剂进行吹扫;控制好温度,防止催化剂烧结;催化剂停用时要对催化剂进行保护。

EJ].

[4]张强。张两涛.燃煤电站实施SCR脱硝技术的关键工艺选择

[J].热力发电,2007,36(4):1—5.

ZHANGOiang,ZHANGXi—tao.Choiceof

Key

Technology

forImplementingSCRDenitrificationTechniqueinCoalFiredPower

1—5.

Planti,J].Thermal

PowerGeneration,2007,36(4):

F53张强.燃煤电站SCR烟气脱硝技术及工程应用[M],北京:化

学工业出版社,2007.

ZHANGOiang.SCR-basedandEngineering

FlueGasDenitrificationTechnique

Coal—fired

Power

Applicationin

Stations

I-M].Beijing:ChemicalIndustryPress,2007.

作者简介:刘慷(1971一),男.辽宁大连人。化工高级工程师。

工学博士.从事燃煤电厂脱硫、脱硝工作。

扑斗}—*—"****一畸}—*吲卜*——*-—裕-—辂**静静一{}喇—佧啼斗卜书—弘**-lq,-嘞—洚_卜嘞—挣一-.tA.-书***吲l*谁静静41-*

2()09年中国南方电网有限责任公司科学技术奖获揭晓

经中国南方电网有限责任公司科学技术奖励评审委员会评审,2009年中国南方电网有限责任公司科

学技术奖揭晓,本年度共评出科学技术奖75项,其中,一等奖4项,二等奖29项,三等奖42项。广东

电网公司作为第一完成人获得的一、二等奖名单如下:

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