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火电厂SCR反硝化工艺运行问题及催化剂失活对策

来源:南京工业废气处理有限公司 发布时间:2018-12-27 点击次数:
选择性催化还原(SCR)是火力发电厂烟气中NOX的主要处理方法。重点介绍了SCR反硝化工艺的影响因素、火电机组实际运行中SCR存在的问题及解决方法、SCR催化剂的失活及处理方案。
    
     根据《中国火力发电厂氮氧化物排放控制技术方案》,火力发电厂大气污染排放对生态环境的影响将越来越大。
    
     在众多的反硝化技术中,选择性催化还原(SCR)是最有效、最成熟的反硝化技术,SCR反硝化是世界火力锅炉烟气脱氮的主要技术,催化剂是SCR反硝化系统的核心技术。
    
     自1978年日本成功地工业化生产催化剂以来,其工艺和生产技术不断改进和完善,逐渐形成了以催化剂为代表的蜂窝型和以Babcock-Hitachi为代表的平板型两大结构和技术。
    
     在催化剂作用下,以NH_3为还原剂,SCR法选择性地将烟气中的NO_x还原为无毒无污染的N2和H_2O。
    
     蜂窝状催化剂是以二氧化钛为基材,通过混合、预挤出、时效、挤出、干燥、焙烧、切割、顶部硬化等工艺制备而成的。蜂窝状催化剂因其形状类似蜂窝状而被称为蜂窝状催化剂。
    
     由于活性成分在催化剂中均匀分布,即使催化剂表面磨损,仍能保持较高的活性,因此蜂窝状催化剂可用于高灰分和低灰分的火电机组,并可再生催化剂。板式催化剂是指将催化剂的活性成分浸渍在金属格栅板上,然后干燥煅烧,因为它以金属格栅板为载体,因此具有良好的机械强度,特别适用于燃煤高灰分的火电机组,但如果其表面受到灰烬的损伤和磨损,则更适用于燃煤高灰分的火电机组。催化活性不能维持原有催化性能,催化剂几乎不可能再生。波纹催化剂是指将玻璃纤维增强二氧化钛基材浸渍在催化剂的活性组分中,经高温干燥而形成的低灰分催化剂,广泛用于燃油、燃气动力装置。燃煤电厂大多采用蜂窝状和板状催化剂,其中蜂窝状催化剂具有耐久性强、耐腐蚀性强、可靠性高等特点,因此得到了广泛的应用。从目前投入使用的催化剂来看,75%使用蜂窝状催化剂,新单元使用蜂窝状催化剂的比例基本相同。
    
     SCR反硝化催化剂的活性温度窗口为300~420℃,如果反应温度过低,催化剂的活性降低,反硝化效率降低,最终不能达到反硝化效果。如果催化剂继续低温操作,催化剂将永久损坏。如果反应温度过高,NH3容易被氧化生成NO_x,这将影响脱氮效率,甚至引起催化剂材料的相变,导致催化剂活性的降低。
    
     反应器内的烟气速度称为空塔速度,它反映了SCR反应塔内烟气停留时间的长短,在一定的反应温度下,空塔速度对催化剂NOx的转化有一定影响,一般来说,SCR的脱氮效率随反应温度的升高而降低。提高烟气流量。
    
     理论上,1molNO需要1molNH3去除。因此,当NH3输入不足时,NOx的去除效率会降低,但当NH3过量时,会对环境造成二次污染。在2011年新颁布的《火力发电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)中,环境部精神保护明确规定氨逸出量:<3ppm。因此,在设计过程中,一般应将NH3/NO值控制在0.9-1.1范围内,并根据机组负荷的变化进行相应的调整。
    
     当催化剂中V2O5的质量分数小于6%时,随着V2O5质量分数的增加,催化剂的活性增加,反硝化效率提高;当V2O5的质量分数超过6%时,反硝化效率降低。端口二氧化钛:当V2O5的质量分数为1.6%~4.7%时,V2O5在载体二氧化钛表面分布均匀,主要以等轴聚合的V基形式存在。当V2O5的质量分数为6%时,载体二氧化钛表面形成新的结晶区(V2O5结晶区),降低了催化剂的活性。
    
     目前,钒钛催化剂普遍用于火电机组脱氮装置。催化剂由二氧化钛负载,金属氧化物如V2O5和WO3用作主要催化剂和促进剂。这些成分占总量的99%以上。为使催化剂具有较高的稳定性和脱氮效率,应根据锅炉燃烧煤的质量添加剩余的微量组分,目前用于燃煤锅炉的催化剂均为中高温催化剂,因为该类催化剂的最佳反应温度约为350℃,反应器入口烟气温度要求达到300~420℃。
    
     为了满足反硝化反应的温度要求,通常在锅炉省煤器和空气预热器之间设置SCR反硝化反应器。但是,该区域的烟气中含有大量的灰尘,灰尘等成分会对催化剂的性能产生不利影响。
    
     当烟气温度超过450℃时,可烧结催化剂,导致催化剂中二氧化钛结晶形态的变化,颗粒增加,比表面积减小,活性降低。在生产过程中加入WO3也能使催化剂的烧结最小化。
    
     它是由粉煤灰对催化剂表面的冲击作用形成的,其冲刷强度与气速、粉煤灰特性、冲击角以及催化剂本身的特性有关,从而有效地防止粉煤灰的冲刷磨损,
    
     由于氨盐和粉煤灰颗粒沉积在催化剂的孔中,NO x、NH 3和O 2被阻塞而不能到达催化剂的活性表面,导致催化剂的钝化。烟气通过后,应在每层催化剂上定期吹灰,以去除沉积的粉尘颗粒。同时,在SCR入口处设置灰斗,合理设置灰斗烟道,进行除尘预处理,避免灰尘对催化剂的影响。
    
     当烟气中的氧化砷(As2O3)扩散到催化剂中时,在催化剂的毛细孔中发生毛细冷凝,或与催化剂的活性中心反应,导致催化剂活性降低。
    
     因此,在催化剂制备过程中,应采用控制催化剂孔分布的方法,使孔分布均匀,从而控制孔分布的数量,减少毛细管冷凝现象。
    
     当碱金属离子(Na+,K+)直接与催化剂接触时,催化剂的活性会逐渐降低,其机理是吸附在催化剂活性位上的碱金属离子占据了催化剂表面的酸性位,降低了催化剂的活性。在设计催化剂时应考虑催化剂上的金属元素,以提高设计余量。
    
     物理失活主要是指高温烧结、磨损和固体颗粒堵塞引起的催化剂活性的降低;化学失活主要是指碱金属(如Na、K等)、碱土金属(Ca等)和重金属(如As、Pt、Pb等)对催化剂的中毒。
    
     催化剂失活是SCR烟气脱氮必须面对的问题。失活催化剂的再生是失活催化剂的首要考虑,再生处理是通过浸泡、洗涤、添加活性组分、干燥等工艺来恢复失活催化剂的大部分活性。再生的催化剂可以重复使用,如果失活的催化剂不适合再循环,因为催化剂中的V2O5和WO3(MoO 3)是微毒性物质,可以刺激眼睛和呼吸系统。同时,烟气中的重金属可能积聚在催化剂内部。为了避免重金属对土壤和水体的污染,失活催化剂应作为危险固体废物专门使用。目前,对于蜂窝状SCR催化剂,通常的处理方法是将催化剂粉碎并填埋。填埋过程应严格遵守危险固体废物的填埋要求。板式催化剂除填埋法外,由于含有不锈钢,可送往金属冶炼厂回收。
    
     随着人们对环境改善的呼声越来越高,政府对大气污染物的排放标准将越来越严格。我国一些省份,如浙江省,要求将600MW火电机组的氮氧化物排放标准提高到50mg/m3。SCR反硝化催化剂的需求将进一步扩大,国内催化剂制造商生产SCR反硝化催化剂的能力将随之提高。此外,中国钒资源极其丰富,是全球钒资源的主要储备国。丰富的钒资源也将提供一笔财富。为SCR脱硝催化剂工业的需求提供了保障。
    
    

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