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元琛科技:SCR脱硝催化剂抗碱中毒和抗堵性能分析和探讨(下)

来源:元琛环保科技 官网:https://www.shychb.com/ 点击:1104次发布时间:2022-03-07 14:14:33

前面,我们对脱硝催化剂的碱中毒和抗堵性进行了梳理,介绍了水泥窑、钢铁厂烧结机脱硝催化剂碱金属中毒风险,今天介绍焦化厂、氧化铝熟料窑和生物质直燃发电锅炉脱硝情况。

焦化厂脱硝

焦炉烟气脱硝温度一般是180~280℃,焦炉烟气脱硝设置一般是布置于脱硫除尘装置之后,目前的主流工艺是“SDA半干法脱硫+低温SCR脱硝”和“SDS干法脱硫+低温SCR脱硝”。

烟尘中水含量为12~20%,SO2浓度高达30~500mg/Nm3,粉尘浓度为20~50mg/Nm3。在经过SDS或SDA脱硫后的烟气SO2浓度降至30~50mg/Nm3,粉尘浓度为5-15mg/m3。在SDS脱硫中采用的是碳酸氢钠作为脱酸剤;在SDA脱硫过程中采用的是钠基脱硫剂。这些脱硫剂的使用将碱金属盐带入到焦炉烟气中,烟尘主要以Na2SO3和Na2SO4为主,即使碱含量只有5-15mg/m3,由碱金属引起的脱硝催化剂化学中毒风险和碱灰粘附和板结到催化剂上风险依然存在。主要是通过以下4种途径导致催化剂的失活:

1)碱金属会沉积在催化剂表面堵塞小孔,降低催化剂比表面积和孔容,引起催化剂物理堵塞;

2)碱金属与催化剂表面V、W或Mo的活性Brønsted酸位生成V(W、Mo)-O-Na/K,削弱催化剂表面Brønsted酸位的酸性,造成催化剂化学失活。

3)在200℃温度条件下,烟气中的SO3与脱硝还原剂NH3易反应生成硫铵。生成的硫铵会累积于催化剂表面,影响催化剂活性。

4)烟气中的水分对碱(土)金属板结和糊堵产生协同作用,导致碱中毒堵塞现象更加迅速。

因此,焦化厂脱硝尽管经过半干法(SDA)或者干法(SDS)脱硫后,烟气条件已经得到较大程度的改善,但是因为钠盐脱硫剂的引入,导致烟气中的碱含量依然可达5-15mg/m3。焦化厂脱硝催化剂的选择,依然要充分考虑抗碱中毒性和抗堵塞性地影响。

氧化铝熟料窑脱硝

氧化铝熟料窑采用低温SCR脱硝工艺,SCR反应器布置在布袋除尘或电除尘之后。

熟料窑烟气具有以下特点:

1)氧化铝熟料窑烟气中水含量为30%左右,SO2浓度为200 mg/Nm3,粉尘浓度为10~100mg/Nm3。

2)飞灰主要由Al、S、Ca、K、Na、Cl等元素构成,其中金属元素多以硫酸盐和氯化物的形式存在。碱金属K2O和Na2O分别达到24.05%和24.07%。

主要是通过以下4种途径导致催化剂的失活:

1)飞灰中Fe2(SO4)3、K2SO4、CaSO4等有很强的吸湿性,当系统因启停、状态波动、操作不当等原因在低温工况下运行时,Fe2(SO4)3、K2SO4、CaSO4等易吸潮而粘结成块。导致催化剂孔道的堵塞。

2)K(Na)易与催化剂表面V、W或Mo的活性酸位点形成V(W、Mo)-O-K键,导致活性酸位点数量减少,从而影响还原剂NH3的吸附活化,造成催化剂活性大幅下降。

3)在160-200℃温度条件下,烟气中的SO3与脱硝还原剂NH3易反应生成硫铵。生成的硫铵会累积于催化剂表面,影响催化剂活性。

4)烟气中的水分对碱(土)金属板结和糊堵产生协同作用,导致碱中毒堵塞现象更加迅速。

因此,氧化铝熟料窑脱硝催化剂的选择,要充分考虑抗碱中毒性和抗堵塞性地影响。

生物质直燃发电锅炉脱硝

为了避免碱金属对催化剂的影响,生物质锅炉脱硝工艺路线常采用除尘脱硫后脱硝;除尘脱硫后的烟气,通过GGH、热风炉或蒸汽加热器等方式将烟气温度升高,再采用常规SCR催化剂进行脱硝,这种方法,投资及运行成本都非常高。若在生物质锅炉烟气除尘前采用SCR脱硝技术,即将燃煤锅炉的SCR烟气脱硝技术直接应用于生物质锅炉,采用抗碱金属脱硝催化剂可在生物质炉排炉的300~420℃的温区的烟气中直接进行脱硝,然后再把脱硝后的烟气返回到锅炉中,再进行余热回收利用。这种脱硝方式可有效降低生物质脱硝的成本及能源消耗,但必须解决催化剂中毒失活和堵塞的问题。

灰含量高达30g/Nm3,这样的高碱和高灰将会使得催化剂存在如下问题:

1)生物质燃料本身含有K、Na、Ca等碱性物质,燃烧后形成飞灰进入SCR系统,吸附在SCR催化剂表面或堵塞催化剂孔道,并且与催化剂表面活性成分发生反应,造成催化剂化学中毒。

2)生物质锅炉的高灰量,导致催化剂存在堵灰的风险。

因此,生物质脱硝催化剂的选择要充分考虑催化剂的抗碱中毒性和抗堵性,需要采用抗堵灰性能较好的平板式催化剂进行脱硝,并且充分考虑催化剂的设置间距,以便让灰顺畅排出。同时,合理的选择吹灰器和吹灰频次,防止催化剂的积灰和物理失活。

随着政府对非电工业大气污染排放的重视度提升,在电力行业脱硝市场接近饱和的背景下,非电行业脱硝成为大气治理的一个主战场。每个非电行业烟气特点不一样,对烟气脱硝催化剂的要求也不同,需要加以关注解决。



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