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水泥窑中低温SCR脱硝催化剂技术分析(五)

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中低温SCR脱硝催化剂材料技术有一系列创新和应用优势,比如材料的研发包括许多机理研究和原始创新,为实现工程化应用就需要在水泥生产实际工况条件下检测中低温SCR脱硝催化剂材料的各项性能。为此,相关团队对催化剂模块进行实际工况条件下的性能检测,即建立多个微型反应器,把体积为0.068m³催化剂模块置入微型反应器中,再通过旁路引入温度约为200℃的含尘烟气,通过测定进出微型反应器烟气中NOx浓度,确定单体催化剂模块的脱硝效率及其烟气工况条件变化对催化剂材料性能的影响。

脱硝催化剂

经过一年多的单体催化剂模块试验研究,开始了中低温SCR脱硝催化剂材料技术及工程化应用的中试研究。中试研究首先是建立了高18m的小型SCR反应器,催化剂3+1层布置,每层布置一个尺寸为1910×970×1010催化剂模块,催化剂每层装有吹灰装置; 引入的烟气量为10000 m³/h,温度为200℃,含尘量为55g/m³;烟气中NOx浓度平均为300 mg/m³,SO2浓度平均为600 mg/m³,但有时会高达1600 mg/m³。

在中试试验期间,研究工作重点考察中低温催化剂材料长期性能,研究烟气工况条件变化,包括SO2浓度变化对催化剂脱硝效率的影响。通过近2年中试装置的连续运行,验证了中低温SCR脱硝催化剂材料的长期高效稳定性,同时也验证了中低温SCR脱硝工艺技术路线的可行性。2019年8月17日,“水泥窑中低温SCR脱硝催化剂研发和应用”通过由中国建材联合会组织的项目鉴定,专家意见认为“达到国际先进水平”。

烟气中SO2对催化剂材料及脱硝效率有较大的影响;其反应过程是SO2与O2反应生成SO3,而SO3又会与NH3反应生成 (NH4)2SO4和NH4HSO4。这些硫酸铵盐会吸附覆盖在催化剂材料表面,即引起催化剂硫氨中毒失活。

有研究工作表明:在有催化剂作用的条件下,SO2会在300℃以上的温度窗口内迅速氧化成SO3,同时形成硫酸铵盐,在烟气温度低于150℃条件下,冷凝吸附到催化剂材料表面。我们研究采用的中低温SCR脱硝技术,温度窗口在150℃~220℃之间,这样既避免了催化剂材料在反应器中对SO2高温催化形成SO3,又防止了催化剂材料在反应器中对硫酸铵盐的低温冷凝吸附。这一过程机理也已被中试试验所证实,也可以认为是中低温SCR脱硝技术的一个天然优势。



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