SCR脱硝催化剂应用注意事项

发表时间:2020-11-06 20:31

摘要:根据催化剂的特点及我国燃煤特性,指出了SCR脱硝催化剂在使用中应注意催化剂堵塞、活性降低等问题,通过机理分析导致催化剂性能降低的主要原因有碱性金属影响、碱土金属影响、砷中毒、硫及硫铵影响、烧结等因素。介绍了催化剂在工业应用中的注意事项及相应的解决方案。

SCR脱硝催化剂应用注意事项

我国火电厂用煤受我国煤炭资源和燃料供应政策的制约,燃煤的品质通常较差,燃煤的灰分、硫分等有害杂质含量普遍较高。因此在使用SCR催化剂时燃料中的碱金属、碱土金属、砷,以及燃烧后产生的水蒸气、飞灰、硫及硫铵等都对催化剂的使用造成影响,这些成分通过扩散进入催化剂的活性点,占据着催化剂活性点位,脱硝催化剂将逐渐被钝化,催化剂的活性随着运行时间的推移而降低,NOx还原效率下降,氨耗量增加,氨逃逸量增加,SCR脱硝系统运行成本将因有害元素的影响而上升。

1 碱金属的影响

碱金属与催化剂表面接触,会使催化剂活性降低 。碱金属在催化剂上沉积导致催化剂表面酸性大大降低,相同摩尔浓度的 K 与 Na 相比,K 中和效果更强。K 优先配位到或者上的 OH 根上,K20与反应生成,K 干扰了氨活性中间物种 NH4+的形成,从而导致催化剂的钝化。避免催化剂表面水蒸气的凝结,可降低因碱金属在催化剂表面积聚对催化剂活性的影响。

2 碱土金属的影响

碱土金属使催化剂中毒主要是飞灰中游离的CaO与催化剂表面吸附的反应生成而产生的,引起催化剂表面结垢,会将催化剂表面遮蔽,从而阻止了反应物向催化剂内扩散。通过适当增加吹灰频率,可降低飞灰在催化剂上的沉积量,降低 CaO在催化剂表面的沉积量是减缓催化剂中毒的有效手段

3 砷的影响

砷(As)来源于煤,在烟气中以挥发性的形式存在分散到催化剂中并固化在活性、非活性区域,同时也会吸附在飞灰颗粒上(以氧化物的形式)。在砷中毒的过程中将使反应气体在催化剂内的扩散受到限制,且通道遭到破坏。催化剂发生 As中毒,特别是在液态排渣炉和飞灰再循环的过程中,会导致循环过程中砷的富集。以氧化物为形式的砷为例,它的中毒影响归结于它的碱性。导致OH根被 As-OH(分布于表面的砷酸盐)所取代。催化剂砷中毒后,氨不易吸附到中毒的催化剂活性点上,从而导致催化剂活性的降低。

在使用过程中可使催化剂表面对砷不具有活性,通过对催化剂表面的酸性控制,达到吸附保护的目的,使得催化剂表面不吸附氧化砷;另一种方法是改进活性位,通过高温煅烧获得稳定的催化剂表面,主要采用钒和钼的混合氧化物形式,使As吸附的位置不影响SCR的活性位。

4 水蒸气的影响

对于大多数运行中的烟气 SCR脱硝装置中,都应避免水蒸气的凝结。凝结在催化剂上的水会将飞灰中的有毒物(碱金属,钙,镁)转移到催化剂上,从而导致催化剂失活。另外会使飞灰硬化并阻塞催化剂,使吹灰装置的性能下降。燃油锅炉中毒的危险较大,主要是由于水溶性碱金属含量较高。如果锅炉燃用生物质燃料,中毒现象会变得严重,这是因为这些燃料中水溶性的K含量较高。

5 飞灰的影响

飞灰是造成催化剂堵塞的一个主要原因,飞灰小颗粒沉积在催化剂孔隙中,阻碍 NOx、 和到达催化剂表面,从而引起催化剂失活。同时飞灰还容易造成催化剂的磨损。降低催化剂堵塞和磨损的措施主要有:

1)利用 CFD计算机数值模拟和物理模型试验,优化流场设计,来调节SCR反应器内的气流分布,避免出现烟气流动低速区或死角。

2)在各层催化剂上方安装吹灰器,对催化剂进行定期吹扫。

3)选用合适的催化剂内的烟气速度,在保证较小烟气阻力和低磨蚀的情况下,又能有效地利用烟气的流动避免堵灰。

4)对催化剂采用顶端硬化技术,改善催化剂磨损。

6 硫及硫铵盐的影响

硫及硫铵盐是造成催化剂堵塞的另一个主要原因。是 SCR催化剂主要活性成分,但也同时促进了氧化成。而系统喷出的在 250℃以下很容易与形成硫铵盐,硫铵盐不仅会堵塞催化剂孔道及微孔,而且会造成下游换热设备的粘污。

7 烧结现象

当温度上升至 450℃时,会发生催化剂的烧结现象,从而导致催化剂失活。因而我们在设计 SCR反应时合理的选择反应的温度区间,通常反应的最佳温度在 360℃,一般来说有分为高温脱硝催化剂和低温脱硝催化剂

8 小结

(1)目前工程中应用最多的 SCR催化剂主要成份为氧化物组成。

(2)在 SCR的应用过程中,由于碱性金属影响、碱土金属影响、砷中毒、硫及硫铵影响、烧结等因素都会造成催化剂钝化,需要采取相应的措施加以预防。

(3)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。

(4)催化剂在实际工程应用中,要通过合理的流场设计 ,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。

对于SCR脱硝催化剂,江西新科环保股份有限公司一直致力于环保节能所需蜂窝陶瓷和催化剂的研发和应用,与中国建筑材料科学研究总院、湖南大学、萍乡学院等科研院所建立了长期战略合作伙伴关系。新科拥有一批环境治理领域的技术专家,同时拥有江西省建材工业催化剂及载体工程技术研究中心、中国建筑材料科学研究总院环保陶瓷及装备工程技术研究中心等多个省(部)级科研平台,承担了国家重点研发计划、江西省重大科技专项等近十个科研项目。


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