火电厂烟气脱硝平板式催化剂 当前位置:首页技术示范
 

    面对日趋严格的氮氧化物排放标准,火电厂加装烟气脱硝装置势在必行。 选择性催化还原SCR法烟气脱硝具有效率高、选择性好、运行稳定可靠等优点,SCR法是我国将来烟气脱硝的主流技术。催化剂是SCR法脱硝系统的核心,占总成本的30%~50%,直接决定着SCR法脱硝系统的性能和投资运行成本。

    我国火电厂以燃煤为主,我国燃煤具有灰分含量高、成分复杂多变等特点,而且SCR法脱硝系统几乎全部采用无旁路的结构。如何根据我国燃煤烟气条件选择合适的催化剂方案,对于保证SCR法脱硝系统的安全可靠性,提高脱硝性能,降低初投资和运行成本等具有重要作用。

    平板式催化剂的特点

    电厂烟气脱硝的主流催化剂是平板式和蜂窝式催化剂。平板式催化剂采用与蜂窝式催化剂整体挤出烧制不同的制备工艺,以薄型不锈钢筛网板为基材,在不锈钢筛网板表面双面加压涂覆与蜂窝式催化剂类似的活性成分,随后制作出褶皱形状,机械手将单板组装成催化剂单元,催化剂单元煅烧后组装得到催化剂模块。由于平板式催化剂采用不锈钢筛网板作为支撑担体,使用加压涂覆工艺,断面为平行褶皱板结构,所以,平板式催化剂在防止飞灰堵塞、磨损和抗中毒等方面具有很大的优势,在高尘燃煤烟气脱硝占据很大的市场份额。

    1、耐飞灰堵塞

    我国燃煤烟气粉尘质量浓度普遍很高,通常大 于30g/m3,极端情况甚至会超过50g/m3 。由于我国烟气脱硝系统均采用无旁路设置,一旦发生催化剂严重堵塞,必须停炉处理。为了保证锅炉连续稳定运行,对脱硝催化剂的防堵塞性能提出了较高的要求。

    脱硝催化剂的堵塞分为大颗粒飞灰堵塞和细灰搭桥堵塞。对大于催化剂节距的大颗粒飞灰(特别是爆米花飞灰),不管是蜂窝式催化剂还是平板式催化剂,只要被烟气携带到催化剂表面均会导致催化剂的堵塞。为防止大颗粒飞灰的堵塞,在脱硝系统设计中,一般会在催化剂上游合理安装灰斗、筛网等预除尘设备,以去除烟气中携带的粒径大于2.5mm的飞灰。在采取防止大颗粒飞灰堵塞措施后,需要重点防止催化剂顶部和内部通道的细灰搭桥堵塞,采取的基本措施是选择合适的催化剂类型和节距。

    高尘、高砷燃煤烟气条件虽然可以选择大孔径蜂窝式催化剂,但其比表面较小,为了保证脱硝活性,所需的体积与平板式相当,甚至更大。当烟气中飞灰的质量浓度大于30g/m3 时,即使采用大节距蜂窝式催化剂,堵塞概率仍然很高,为了保证系统的连续稳定运行,通常须使用平板式催化剂。

    与蜂窝式催化剂相比,平板式催化剂具有更强的抗灰堵性能,这除了与平板式催化剂通流面积大、大颗粒飞灰堵塞风险小之外,更主要的是因为平板式脱硝催化剂具有轻薄的不锈钢筛网作为支撑结构。这种结构与NF型空气预热器类似。当有烟气流经催化剂表面时,会发生持续不断的轻微振动,将粉尘振离催化剂表面,其作用与声波吹灰器类似,细灰不容易在催化剂表面发生架桥效应,大大降低催化剂表面细灰聚集架桥引起催化剂堵塞的风险。在烟气中,在粉尘浓度不是很高的情况下,使用平板式催化剂时,甚至可以考虑不使用吹灰器。

    2、耐磨损

    在燃煤高灰、高砷烟气条件下,催化剂的磨损主要包括顶部磨损和内部通道磨损。对于蜂窝式催化剂而言,虽然顶端硬化加固可部分解决催化剂的顶部磨损问题,但对内部磨损却无能为力。实践经验表明,催化剂的内部通道磨损不可忽视,在极高尘条件下,即使使用顶端加固硬化,如果催化剂过薄,仍存在由于内部通道过度磨损而断裂的风险。在极高尘条件下,使用顶端硬化加固薄壁催化剂的方案是非常危险的。

    平板式催化剂由于自身的特点,不管对顶端磨损还是内部通道磨损,都有很强的承受力。对于顶端磨损而言,由于平板式催化剂内部的不锈钢筛网的有效阻挡,使粉尘不会像蜂窝式催化剂那样持续不断地对催化剂活性材料造成攻击。对于内部通道磨损,由于平板式催化剂采用了加压涂覆工艺,而且粉体中使用了玻璃纤维等强化材料,催化剂表面活性材料的抗屈服强度与蜂窝式催化剂相当,而且由于平板式催化剂内部具有不锈钢筛网板的支撑,即使局部表面活性成分有较多的流失,仍可以保持较好的机械强度,不会像蜂窝式催化剂那样断裂而造成破坏。

    3、耐砷中毒

    我国燃煤中砷含量较高,催化剂的选型设计需考虑砷中毒的影响。众所周知,SCR催化剂布置在省煤器和空气预热器之间,在该区间,As2O3以蒸汽形式存在。当烟气通过催化剂表面时,其中的 As2O3蒸汽会吸附到催化剂表面并渗透进入催化剂内部,与催化剂中的V2O5活性物质反应,生成一种对脱硝反应无活性的聚合物。

    20世纪80年代,SCR脱硝催化剂进入欧洲时遇到了液态排渣炉砷中毒的难题,庄信万丰雅佶隆公司(以下简称雅佶隆公司)进行了深入研究,开发出了耐砷中毒的平板式催化剂。具体措施主要是在催化剂中添加大量MoO3作为助催化剂,当As2O3蒸汽通过催化剂时会优先与MoO3结合,降低As2O3与V2O5结合的概率,从而有效延长催化剂的使用寿命,而蜂窝式催化剂由于采用纯陶瓷结构,无法添加大量MoO3,否则,会造成催化剂机械能力下降,所以,在高砷烟气脱硝中平板式催化剂是唯一选择。

    4、抗中毒性能强

    脱硝催化剂的毒物大多来源于飞灰,如飞灰中的CaO、K2O、Na2O等,所以,催化剂的失活速度主要取决于飞灰在催化剂表面的沉积速度。由于平板式催化剂自身通流面积较大,并且采用薄型不锈钢筛网板作为担体,当烟气流经催化剂表面时,催化剂会发生持续不断的振动,飞灰不易在催化剂表面沉积,所以,平板式催化剂的抗中毒能力比蜂窝式催化剂好很多。

    在高尘、高砷烟气条件下,蜂窝式催化剂为了应付更多的催化剂中毒,必须提高设计余量,增加催化剂体积,才能保证在催化剂寿命末期,达到脱硝催化剂的性能保证值。

    5、灵活的催化剂添加更换策略

    平板式催化剂采用不锈钢筛网板作为担体,具有更大的机械强度,催化剂单元可以直接叠加,所以平板式催化剂具有比蜂窝式催化剂更加灵活的添加更换策略。虽然SCR空间布置仍按照“2+1”方案进行,但是,在运行时可根据需要采用更加灵活的“1.5+0.5+0.5”的方案。该方案具有以下2个优点:

    (1)使用寿命长。由于初装为1.5层,可避免多余的0.5层催化剂在24000h内飞灰的冲刷和中毒影响,最大限度延长催化剂的使用寿命,降低脱硝催化剂添加和更换的均化成本,减少投资运行费用。

    (2)压降低。平板式催化剂通流面积较大,再加上当初只使用1.5层的体积,压降明显低于蜂窝式催化剂的方案,可节省电耗,降低运行成本。

    适用范围

    火电厂烟气脱硝平板式催化剂,适用于燃煤烟气脱硝。

    主要技术内容

    平板状催化剂为非均质催化剂,以不锈钢等作为催化剂的支撑载体,以玻璃纤维和TiO2等为催化剂的载体,将V2O5和MoO3等活性材料“镀”在金属骨架上。

    平板式催化剂的制备是以薄型不锈钢筛网板为基材,在不锈钢筛网板表面加压涂覆活性成分,并将涂覆好的催化剂片褶皱按要求剪切成单板,组装成催化剂单元,催化剂单元经煅烧后组装得到催化剂模块。

    主要技术指标

    脱硝效率≤92%;氨逃逸≤3×10-6(可根据用户要求,小于2.5×10-6);SO2至SO3转化率≤1%(可根据用户要求,小于0.75%);化学寿命≥24000h;机械寿命≥9年;耐磨强度≤130mg/100U。

   

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