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火电厂SCR脱硝工艺的运行问题及催化剂失活的解决方案

日期:2017-01-21 11:31:40编辑作者:申博官网

选择性催化还原(SCR)法是目前火电厂处理烟气中NOX的主要方法。本文对SCR技术及脱硝催化剂进行了综述,重点介绍了SCR脱硝工艺的影响因素、SCR在火电机组实际运行中的问题及解决策略、SCR催化剂的失活及处理方案。

据《中国火电厂氮氧化合物的排放控制技术方案》统计,2009年的排放总量已达到860万吨,比2003年的597.3万吨增加43.9%,占全国氮氧化合物排放量的35%~40%,到2010年,我国氮氧化合物排放量已超过1000万吨。由此可见,火电大气污染排放对生态环境的影响将越来越严重。

1 SCR脱硝技术

在众多的脱硝技术中,选择性催化还原法(SCR)是脱硝效率最高,最为成熟的脱硝技术。SCR法脱硝是目前国际上火电锅炉烟气脱硝的主流技术,而催化剂是SCR法脱硝系统的核心技术。

自1978年催化剂在日本成功地实现工业化生产以后,其工艺与生产技术一直在不断地进步与完善,逐步形成由触媒化成为代表的蜂窝式和以 Babcock-Hitachi为代表的板式的两种主流结构与技术。

1.1 SCR法脱硝原理

SCR法是在催化剂的作用下,以NH3作为还原剂,有“选择性”地将烟气中的NOx还原成无毒、无污染的 N2和 H2O。化学反应方程式如下:

4NO+4NH3+O2→ 4N2+6H2O (1)

6NO+4NH3→ 5N2+6H2O (2)

6NO2+8NH3→ 7N2+12H2O (3)

2NO2+4NH3+O2→ 3N2+6H2O (4)

1.2 SCR法脱硝催化剂的种类

按结构和成型工艺的不同,SCR法脱硝催化剂分为蜂窝式、板式和波纹式催化剂。

蜂窝式催化剂以TiO2为基材,将活性物质V2O5,助活性物质WO3以及一些微量组分经混料、预挤、陈腐、挤出成型、烘干、焙烧、切割、顶端硬化等工序制作而成,因形状似“蜂窝”,称之为蜂窝式催化剂。

由于活性成分在催化剂中均匀分布,即使催化剂表面有磨损,仍可保持较高的活性,所以蜂窝式催化剂在高灰和低灰的火电机组中均可应用,而且催化剂可以再生;板式催化剂指在金属网格板上浸渍催化剂活性组分,然后经干燥焙烧而成,因其以金属网格板作为担体,所以机械强度好,特别适用于燃煤高灰火电机组,但如果其表面遭到灰分等的破坏磨损后,就不能维持原有的催化性能,催化剂几乎不可能再生;波纹式催化剂指把玻璃纤维加固的TiO2基板放到催化剂的活性组分中浸泡,经高温烘干而形成的催化剂,在灰含量较低的燃油和燃气的火电机组中有较多地应用,其表面遭到灰分等的破坏磨损后,不能维持原有的催化性能,催化剂不可以再生。国内绝大部分燃煤电厂都使用蜂窝式和板式催化剂,其中蜂窝式催化剂由于具有强耐久性、高耐腐性、高可靠性、高反复利用率、低压降等特性,得到广泛应用。从目前已投入运行的催化剂来看,75%采用蜂窝式催化剂,新建机组采用蜂窝式催化剂的比例也基本相当。

1.3 SCR法脱硝工艺的影响因素

1.3.1 烟温对催化剂反应性能的影响

SCR法脱硝催化剂的活性温度窗口为300~ 420℃。如果反应温度太低,就会降低催化剂的活性,使脱硝效率下降,最后达不到脱硝的效果,如果催化剂在低温下持续运行,将导致催化剂永久性地损坏;如果反应温度太高,NH3容易被氧化,生成NOx,影响脱硝效率,甚至会引起催化剂材料地相变,导致催化剂的活性退化。

1.3.2 空塔速度对催化剂性能的影响

烟气在反应器内的流速称为空塔速度,反映了烟气在SCR反应塔内的停留时间的长短。在一定的反应温度下,空塔速度对特定催化剂的 NOx的转化率有一定的影响。一般地,SCR的脱硝效率将随烟气流度地增大而降低。

1.3.3 氨投入量的影响

理论上,1molNO需要1molNH3脱除。所以当NH3投入量不足时,会导致NOx的脱除效率降低,但当NH3过量时,又会对环境造成二次污染。在2011年新颁布的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)中,环保部对氨逃逸量有明确地规定:≤ 3ppm,因此一般在设计过程中,将NH3/NO的值控制在0.9~1.1的范围内比较合适,并且应根据机组负荷的变化情况作相应地调整。

1.3.4 催化剂中V2O5 的质量分数对脱硝效率的影响

当催化剂中V2O5 的质量分数低于6%时,随V2O5 质量分数地增加,催化剂活性增加,脱硝效率提高;当V2O5 的质量分数超过6%时,脱硝效率反而下降。这主要是由于V2O5 在载体TiO2的表面的分布情况造成的:当V2O5的质量分数为1.6%~4.7%时,V2O5均匀分布于载体TiO2的表面,且主要以等轴聚合的V 基形式存在,当V2O5 的质量分数为6%时,V2O5 在载体TiO2 的表面形成新的结晶区( V2O5 结晶区),从而降低了催化剂的活性。

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