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生物质锅炉SCR脱硝催化剂
日期:2019-12-06 22:56  人气:
北极星大气网讯:1 生物质锅炉烟气特色(1)二氧化硫、氮氧化物浓度低、动摇大;焚烧纯生物质时SO2、NOx浓度在120~250mg/m3动摇,如燃猜中掺杂模板、......

北极星大气网讯:1 生物质锅炉烟气特色

(1)二氧化硫、氮氧化物浓度低、动摇大;焚烧纯生物质时SO2、NOx浓度在120~250mg/m3动摇,如燃猜中掺杂模板、木材、树皮,烟气中SO2、NOx浓度在 250~600 mg/m3动摇。

(2)生物质中氢元素含量较高,烟气中含水量也高,达15%~30%。

(3)生物质烟尘含碱金属质量分数较高,可达8%以上。

(4)生物质炉排炉SNCR脱硝功率为10%~25%,生物质循环流化床SNCR脱硝功率为40%~60%,脱硝功率均不安稳,并且都不能安稳到达超低排放要求的50mg/Nm3以下。

因为SNCR脱硝功率低,需结合SCR脱硝技能,才干到达更高的脱硝功率。但生物质燃料本身含有K、Na、Ca等碱性物质,焚烧后构成飞灰进入SCR体系,吸附在SCR催化剂外表或阻塞催化剂孔道,并且与催化剂外表活性成分发作反响,构成催化剂中毒失活。

其次,因为生物质锅炉尾部烟气温度低、含湿量大。若在锅炉尾部设备催化剂,水会吸附在催化剂外表活性位,削减氨的吸附位点,然后下降脱硝反响速度以及脱硝活性;在低温条件下,较大的含湿量会使得飞灰更简略粘附在催化剂外表,然后导致碱中毒现象愈加敏捷。

现在,生物质锅炉为避免碱金属对催化剂的影响,常选用除尘脱硫后脱硝;除尘脱硫后的烟气,经过GGH、热风炉或蒸汽加热器等办法将烟气温度升高,再选用惯例SCR催化剂进行脱硝,这种办法,出资及运转本钱都十分高。若在生物质锅炉烟气除尘前选用SCR脱硝技能,可有用下降生物质脱硝的本钱及能源消耗,但有必要处理催化剂中毒失活、阻塞和磨蚀的问题。

针对这一现状,华电光大开发了高效抗碱金属的脱硝催化剂,可将燃煤锅炉的SCR烟气脱硝技能直接应用于生物质锅炉。抗碱金属脱硝催化剂可在生物质炉排炉的300~420℃的烟气中直接进行脱硝;但循环流化床锅炉烟气中粉尘含量较高,需求进行简略的预除尘,将烟尘浓度操控在20g/Nm3以内,相同可运用SCR脱硝技能;避免在低温段进行脱硝,避免烟气中水对催化剂的影响。

2 碱金属对脱硝催化剂的影响及处理计划

2.1钠、钾等可溶性碱金属盐对脱硝催化剂的影响

碱金属是对催化剂毒性最大的一类元素,毒性强度与其碱性巨细呈正比。碱金属引起催化剂中毒包含物理中毒和化学中毒。物理中毒:碱金属一般不是以液态方法存在,它的盐颗粒仅仅堆积在催化剂外表或阻塞催化剂的部分孔洞,阻止NO和NH3向催化剂内部分散,然后使催化剂中毒失活。若有水蒸汽在催化剂上凝聚,碱金属将引起化学中毒,中毒机理如图2-1所示。

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图2-1催化剂碱金属中毒机理

SCR催化剂的活性物质为V2O5,它既有B酸位( V-OH),又有L酸位(V=O)。催化剂活性与B酸位的数量呈正比。碱金属离子的存在会削减催化剂B 酸位的数量,生成无活性的 KVO3;还会下降B酸位的安稳性,使钒和钨/钼的催化复原才能下降。B 酸位数量的削减和安稳性的下降将直接导致NH3及外表氧吸附量的下降,然后使催化剂的活性下降。

钠、钾等可溶性碱金属盐的碱性比NH3的大,碱金属与催化剂活性位发作反响,构成催化剂中毒。在湿润的环境下,碱金属对催化剂的影响更严峻。

2.2氧化钙对脱硝催化剂的影响

催化剂在含高钙飞灰的烟气中长期运转会逐步失活,失活的几种或许原因是:CaO构成微孔的阻塞、CaO的碱性使得催化剂酸性下降和生成的CaSO4使得活性下降。

(1)氧化钙构成微孔的阻塞

飞灰中CaO含量高,粘性大;且飞灰粒径小,大部分在10μm以下。飞灰与催化剂触摸时极易吸附在催化剂外表阻塞催化剂微孔,构成催化剂活性下降。可是CaO在飞灰中相对其他成分与催化剂组分的亲和性不是特别杰出,并不是特别简略分散进入催化剂中的组分。此外,相对化学效果,物理效果一般是可逆的。经过周期性的吹灰能够将堆积在催化剂外表的飞灰及时去除,故CaO对催化剂微孔的阻塞不是活性下降的主要原因。

(2)氧化钙的碱性使得催化剂酸性下降

因为CaO本身是含有碱性的物质,而现在运用的V2O5基催化剂中的活性位是酸性的,堆积在催化剂外表的 CaO会中和催化剂外表的酸位,阻断催化反响的发作。因为CaO 与催化剂外表的酸位之间的反响归于固固反响,反响速度较慢;并且飞灰中往往含有碱性更强的K2O 和 Na2O,一般以为CaO 是构成催化剂碱中毒的非必须原因。可是针对飞灰浓度高、飞灰中含钙量高的特色, CaO的碱性对催化剂的影呼应引起注重。

(3)生成的CaSO4使得活性下降

因为堆积在催化剂外表的CaO与烟气中的SO3反响生成的 CaSO4,而构成催化剂微孔的阻塞是催化剂功能下降的主要原因。CaO中毒机理包含四个进程。

进程 1 – CaO附着到催化剂外表上的微观孔中。

进程 2 – SO3渗漏CaO颗粒周围的气膜。

进程 3 – SO3分散到CaO颗粒中。

进程 4 – 跟着SO3向CaO颗粒中分散到,它与CaO反响,生成CaSO4。

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催化剂硫酸钙中毒进程

在CaO中毒进程中,CaO首要在催化剂外表堆积,堆积速度相对较慢。堆积在催化剂外表的CaO与烟气中SO3的反响归于气固反响,因为在催化剂外表有活性物质催化氧化SO2生成SO3,SO3浓度相对较高,反响速度为快速反响。快速反响生成的CaSO4的体积会胀大14%左右,会遮盖反响活性位,阻塞催化剂外表,影响反响物在催化剂微孔结构内的分散。在 CaO 中毒机理中,其间CaO的堆积速度相对较慢,是操控要害,下降CaO在催化剂外表的堆积量是减缓催化剂中毒的有用手法。

2.3 抗碱金属中毒处理计划

针对生物质锅炉烟气特色,华电光大在惯例催化剂的基础上做了功能改善:开发了具有高效抗碱金属的脱硝催化剂,在高碱金属含量飞灰烟气中具有优异的活性以及长的运用寿命。

经过对催化剂进行理论剖析、功能点评和表征,剖析催化剂中各元素赋存形状与催化剂功能之间的联系,深化了解催化剂中毒原理,并从减缓催化剂化学中毒和物理中毒方面切入,成功开发了抗碱金属中毒SCR脱硝催化剂。

(1)添加催化剂外表酸性

碱金属、碱土金属对催化剂中毒,主要是与活性中心(V)的酸位发作反响,占有酸位导致氨无法吸附在酸位上,构成催化剂活性下降。在此基础上,ⅥB,ⅠB,Ⅷ副族过度金属元素,以及稀土金属可进步催化剂的酸位。经过挑选复配,以及加工办法的优化,份额调整等一系列作业,成功选取了适宜的助催化剂,进步了脱硝催化剂全体酸位,添加了氨的吸附位点和碱金属抗性。然后进步了碱金属的容量。

(2)添加抗碱金属助剂

碱金属、碱土金属与催化剂的活性中心酸位效果,为了避免催化剂失活或许下降催化剂失活速率,要下降碱金属、碱土金属与活性中心酸位的触摸,也便是维护催化剂活性中心。添加碱金属、碱土金属与活性中心触摸的能垒和选用活性更高更易与碱金属发作反响的助剂。咱们从这两方面下手首要选取了能够在二氧化钛上分散性好一起具有必定空间位阻的助剂,使得碱金属、碱土金属不易与催化剂发作反响。

(3)调整催化剂配方

因烟气飞灰中碱土金属含量很高,调整了活性物质和助催化剂的份额及加工办法,经过助剂的复配以及加工工艺的改善,进步了全体催化剂的活性。经过浸渍预中毒活性测验以及表观描摹调查,催化剂抗碱金属功能杰出。

3板式催化剂和蜂窝催化剂比照

平板式催化剂比外表积比蜂窝式小,用量相对较多,可是不易堵灰。平板式催化剂相关于蜂窝催化剂具有节距大,孔道旮旯少,不易构成低流速区等特色,能有用避免飞灰的堆积、阻塞催化剂孔道。一起,平板式脱硝催化剂以金属钢网为基材,具有柔性结构,烟气流过平板式催化剂时,催化剂单板在烟气中不断振荡,使飞灰难以附着于催化剂外表。板式与蜂窝式的其他比照见下表。

表3-1平板式催化剂与蜂窝式催化剂的比较

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4 板式催化剂生产流程

板式催化剂的生产进程为,将催化剂质料(载体、活性成分与助催化剂)均匀地碾压在不锈钢板上,切开并压制成带有褶皱的单板;数片单板装入小箱体构成催化剂单元;单元煅烧后组装成模块,便于设备和运送。

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图4-1板式催化剂生产流程

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图4-2华电光大板式脱硝催化剂(单板、单元、模块)

5 华电光大板式催化剂抗堵优势

华电光大经过以下办法优化进步了板式脱硝催化剂的抗阻塞才能,详细如下:

(1)华电光大生产的催化剂选用辊面特别处理工艺添加辊压力,进步泥料在不锈钢网板上的粘附功能,进步催化剂的致密度。经过调整涂覆工艺,操控催化剂外表润滑度,削减摩擦系数,使飞灰不易附着在催化剂外表。

(2)华电光大所用不锈钢网板为自产,经过重复试验,有用下降了不锈钢网板的原始厚度,可在不削减涂敷的物料厚度的一起有用操控产品厚度。因为催化剂壁厚相对减薄,催化剂的柔韧度进步,烟气在经过催化剂孔道时,会强化催化剂自颤动才能,然后避免了飞灰在催化剂外表的堆积和阻塞催化剂的问题。

(3)依据规划条件合理挑选催化剂。生物质锅炉的烟尘浓度操控在20g/Nm3以内,灰分含量比较于燃煤电站锅炉尽管较小,可是灰分粒径小,并且碱土金属含量高,导致灰分有粘性,催化剂孔道简略积灰,因此在催化剂选型时选用的是距离>6mm,开孔率到达了88%的板式催化剂,并在催化剂模块的顶部加装滤灰网板,避免烟气的大颗粒(爆米花)飞灰进入催化剂通道内构成催化剂的阻塞。

(4)因为催化剂阻塞和磨损常常一起发作,华电光大依据客户灰分状况调整优化生产工艺,选用辊面特别处理工艺添加辊压力,然后进步泥料在不锈钢网板上的粘附功能,进步催化剂的致密度,增强其耐磨功能。我公司的板式脱硝催化剂经过西安热工院的检测,脱落率仅为0.26%,磨损率为0.016%/kg,耐磨损功能极强。

6 脱硝体系常见防堵灰办法

在脱硝体系运转时,需求依据规划条件,考虑避免催化剂堵灰的办法,以保证催化剂通道的晓畅,保证脱硝体系的功能。在脱硝设备(包含催化剂) 的规划中,常见的防堵灰办法主要有以下几点:

(1)充沛了解灰分特性,合理进行工艺规划

催化剂的堵灰危险不只与飞灰浓度有关,也与飞灰成分、粒径以及烟气条件等有密切联系。为避免飞灰阻塞,应充沛了解灰分特性,合理进行工艺规划。例如关于高浓度飞灰,挑选除尘后脱硝;关于大颗粒灰,在催化剂前设置阻拦设备;关于碱金属/碱土金属飞灰,选用蒸汽吹灰等。

(2)挑选适宜的催化剂

板式催化剂几许弯角比较少,而蜂窝式催化剂有较多的角部低流速区,板式催化剂比蜂窝式催化剂防堵灰的才能强,更适合在高灰工况下运用。别的,催化剂本身也是一个很好的整流设备,除了挑选适宜的催化剂类型外,催化剂截距、单层高度、催化剂内烟气速度等参数的规划也很重要。

(3)优化流场规划,避免部分积灰

假如脱硝体系流场不均匀,部分区域流速太低、灰分过大,往往会而构成部分积灰。经过 CFD模仿,合理规划烟道和反响器,并在反响器进口加设导流、均流设备,保证催化剂进口烟气速度均匀,避免呈现烟气活动低速区或许死角,也是避免催化剂堵灰的重要办法。经过优化流场规划,烟气在进入第一层催化剂时应满意下列条件:

?烟气速度误差≤15%

?烟气流向误差≤10°

?烟气温度偏≤±10℃

?氨氮摩尔比误差≤5%

(4)挑选适宜的吹灰办法,不断优化吹灰程序

经过设备蒸汽吹灰器或声波吹灰器,也能够一起装备两种吹灰器,对催化剂外表进行定时吹扫,可有用处理催化剂积灰问题。

表6-1声波吹灰器与蒸汽吹灰器的比较

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依据烟气特色、灰分特性挑选适宜的吹灰办法,合理安置吹灰器。运转进程中依据本身的运转工况、催化剂损坏状况等不断优化调整吹灰器吹灰频率和强度,坚持催化剂压差操控在必定范围内,保证催化剂不积灰。

 
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