前面我们介绍了SCR脱硝催化剂按原材料可分为贵金属类、金属氧化物类和离子交换的沸石分子筛类三种,也介绍了按形状可分为蜂窝式、波纹式、平板式三种。今天我们继续介绍催化剂性能要求。
脱硝催化剂
1、催化剂设计需考虑事项
催化剂的设计应由烟气流量、烟气温度、烟气的组分、飞灰含量、有毒元素含量、催化剂使用寿命等方面综合考虑。
2、催化剂的孔数选择
根据锅炉烟气工况特性,为了降低高飞灰工况造成催化剂孔道的堵塞几率,优选大节距催化剂。采用“高温高尘”或“高温中尘”布置时,根据烟气中粉尘浓度,催化剂可选8~18孔规格。
3、催化剂的壁厚选择
锅炉烟气中粉尘浓度高,粉尘主要由CaO、未煅烧分解的CaCO3、SiO2、Al2O3等物质组成,市面上的催化剂产品均会对催化剂迎风面做端面硬化处理,但在高浓度粉尘的长期冲刷下,仍然会造成催化剂磨损,因此在催化剂选型时,应考虑选择内壁厚在1.1 mm以上的催化剂,以保证催化剂运行时的机械强度。
4、气流速度的选择
反应器内气流速度过快,烟气中的粉尘长期冲刷催化剂迎风面,催化剂的机械强度会下降;气流速度过慢,高浓度的粉尘会沉积在催化剂表面,催化剂孔道堵塞几率增大。结合锅炉烟气中粉尘浓度、粉尘特性及催化剂壁厚、开孔率等参数综合考虑,建议反应器内空塔流速选取3.0~4.0 m/s,催化剂孔内流速选取4.5~5.5 m/s。
5、 催化剂体积的选择
锅炉烟气中如果含有较高的碱土金属CaO,CaO会造成催化剂中毒,导致催化剂活性下降,脱硝效率降低。Stobert研究发现,SCR催化剂中CaO含量越高,对催化剂的毒化作用越大,他指出CaO和SO3反应生成的CaSO4沉积在催化剂表面,之后在高温及长期积累下发生颗粒团聚并不断长大,导致CaSO4体积膨胀,堵塞催化剂孔道,导致活性位不能参与反应,催化剂活性下降。
Nicosia研究表明:Ca通过占据催化剂表面的V-OH和V=O活性位,影响NH3在催化剂表面的吸附量,降低催化剂催化还原NOx的能力。
上述研究表明:碱土金属引起的催化剂化学中毒与催化剂表面钒酸性位被占据相关,可以通过提高催化剂载体的酸性来提高催化剂抗碱性金属中毒的能力。刘清才提出一种能抗碱金属中毒的催化剂制备方法,通过在催化剂中加入CeO2改性,形成更多的表面酸性位和表面化学吸附氧,更有利于NH3在催化剂表面的吸附和氧化,V与Ce之间协同作用形成的V-O-Ce活性中心,可有效地抑制V的活性中心被碱金属破坏,进而极大地提高了催化剂的脱硝性能和抗碱金属中毒性能。陆强采用辊压涂覆成型工艺制得一种能抗碱金属和硫中毒性能的平板式催化剂,这种催化剂载体为二氧化钛固体超强酸,活性成分为五氧化二钒,催化助剂为三氧化钨、三氧化二锑和硫酸铜。
综上所述,能有效抵抗碱金属中毒能力的催化剂目前仍处于实验研究阶段,商业投运的很少。针对高碱土金属的烟气工况,采用增加普通钒钛类催化剂体积裕量的方法来满足设计使用寿命是合理的,根据锅炉烟气工况,催化剂体积应比正常工况下的增加25%~30%。表2为催化剂推荐的面积速度(单位表面积的催化剂处理的烟气量)。
催化剂防堵灰措施
根据锅炉烟气高尘工况特性,应采取声波和耙式组合吹灰方式,对催化剂进行清洁处理。需配备专用空压机组,压缩空气经耙管对催化剂表面进行移动吹扫,保持催化剂孔道畅通。耙式吹灰器吹灰压力一般控制在0.6 MPa以上,每层催化剂的吹灰频次根据系统压差情况进行设定;膜片式声波吹灰器一般控制压缩空气压力在0.5~0.7MPa,每层催化剂的吹灰频次建议3~4次/h,一次运行时间持续10s。
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