脱硫脱硝系列

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LANXU887脱硝催化剂

LANXU887脱硝催化剂

scr烟气脱硝催化剂是专门用于scr脱硝装置中的一种化学添加剂。随着火电厂排放的烟气对大气造成的严重污染,人们开始采用一些技术和装置来改善这种污染情况,其中scr脱硝装置是一种应用最为广泛的脱硝技术。

在其中加入适量的催化剂能够有效的促进脱硝的效率。同时更能够提高脱硝装置的工作效率。scr烟气脱硝催化剂在脱硝装置中的应用非常广泛。现在在美国、欧洲等地都在广泛的应用scr脱硝技术,相信随着这项技术的发展,脱硝添加剂也一定能够在脱硝行业大展拳脚。

一、烟气脱硝项目背景

中国氮氧化物污染形势严峻,北京、广州、上海和深圳等大城市二氧化氮浓度普遍较高,小时浓度超标时有发生且呈逐渐增加之势;NOX排放的快速增长部分抵消了我国在SO2 减排方面的努力,酸雨性质由硫酸型向硫酸/硝酸复合型转变,硝酸根离子对酸雨的比率上升到1/3;此外,氮氧化物是臭氧生成的重要前驱物,是形成区域微细颗粒污染和灰霾的重要原因,它是我国珠江三角洲、长江三角洲等经济发达地区大气能见度日趋下降,灰霾天数不断增加的诱因之一。

电厂是我国最大的氮氧化物排放源。为了控制氮氧化物污染,国家和某些省(市)制定了更加严格的电厂排放标准,如北京规定新建锅炉100mg/m3的排放标准,上海新建锅炉200mg/m3排放标准,广州要求2010年亚运会前电厂全部安装烟气脱硝设施。国家环保部在《关于印发〈2009—2010年全国污染防治工作要点〉的通知》中要求:京津冀、长三角和珠三角地区,新建火电厂必须同步建设脱硝装置,2015年年底前,现役机组全部完成脱硝改造。2009年6月,国家环保部发布了GB13223—2009《火电厂大气污染物排放标准》新标准的征求意见稿,规定重点地区为200mg/m3和非重点地区为400mg/m3的氮氧化物排放标准。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,在世界范围内广泛使用。截至2008年底,我国已建、在建或拟建的57450MW烟气脱硝机组中,SCR法占96%,非选择性催化还原SNCR法占4%,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的成本。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,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。本公司引进了LANXU887催化剂特点和优势,以国内某烟气脱硝项目为例,探讨其在高尘、高砷燃煤烟气条件下的适应性,寻找适合高尘燃煤烟气条件下的催化剂方案。

二、LANXU887催化剂的特点电厂烟气脱硝的主流催化剂是蜂窝式催化剂

蜂窝式催化剂采用整体挤出烧制的制备工艺,LANXU887脱硝催化剂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,LANXU887脱硝催化剂催化剂单元煅烧后组装得到催化剂模块。由于LANXU887脱硝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,LANXU887脱硝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。

图1 LANXU887催化剂与蜂窝式催化剂制备工艺的比较

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LANXU887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LANXU887脱硝催化剂相当,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,堵塞概率仍很高,为了保证系统的连续稳定运行,通常须使用LANXU887脱硝催化剂。LANXU887脱硝催化剂与蜂窝式催化剂相比,具有更强的抗灰堵性能,除了与LANXU887脱硝催化剂通流面积大、大颗粒飞灰堵塞风险小之外,更主要的是因为LANXU887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,如图2所示。当有烟气流经LANXU887脱硝催化剂表面时,会发生持续不断的轻微振动,将粉尘振离LANXU887脱硝催化剂表面,其作用与声波吹灰器类似,细灰不容易在LANXU887脱硝催化剂表面发生架桥效应,大大降低LANXU887脱硝催化剂表面细灰聚集架桥引起LANXU887脱硝催化剂堵塞的风险。在烟气中,在粉尘浓度不是很高的情况下,使用LANXU887脱硝催化剂时,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。LANXU887脱硝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,由于脱硝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脱硝催化剂活性材料造成攻击,如图4 所示。对于内部通道磨损,由于脱硝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,LANXU887脱硝催化剂表面活性材料的抗屈服强度与蜂窝式催化剂相当,而且由于脱硝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


图3 LANXU887脱硝催化剂和蜂窝式催化剂耐磨损比较

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,催化剂砷中毒机理,如图4所示。

图4 脱硝催化剂砷中毒机理

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,因此对SCR脱硝催化剂进行了深入的研究,开发出了耐砷中毒的脱硝催化剂。具体措施主要是在脱硝催化剂中添加大量MoO3作为助脱硝催化剂,当As2O3蒸汽通过脱硝催化剂时会优先与MoO3结合,降低As2O3与V2O5结合的概率,从而有效延长HAILEER-8070脱硝催化剂的使用寿命,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,在高砷烟气脱硝中脱硝催化剂是唯一选择。图5为WO3 /TiO2 基蜂窝式催化剂与MoO3 /TiO2基脱硝催化剂在不同砷浓度情况下的失活情况,LANXU887脱硝催化剂在抗砷中毒方面明显优于蜂窝式催化剂。

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LANXU887脱硝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,当烟气流经脱硝催化剂表面时,脱硝催化剂会发生持续不断的振动,飞灰不易在脱硝催化剂表面沉积,所以,LANXU887脱硝催化剂的抗中毒能力比蜂窝式催化剂好很多。

图5 WO3 /TiO2蜂窝式基催化剂与MoO3 /TiO2 基HAILEER-8070脱硝催化剂砷中毒性能比较

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

LANXU887脱硝催化剂采用不锈钢筛网板作为担体,具有更大的机械强度,脱硝催化剂单元可以直接叠加,所以脱硝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

LANXU887脱硝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。

三、LANXU887脱硝催化剂在高尘高砷烟气条件下应用案例

LANXU887脱硝催化剂在世界范围内高尘燃煤烟气条件下得到广泛应用,在我国也取得了不俗的业绩。高尘高砷的典型案例包括某电厂2×660MW SCR烟气脱硝工程的LANXU887脱硝催化剂业绩。该项目脱硝系统以液氨为还原剂,SCR反应器布置在省煤器和空气预热器之间,为单炉双反应器,系统无烟气旁路和省煤器旁路。烟气流量为单炉1889640m3/h(BMCR工况),灰尘质量浓度高达41.4g/m3,入口NOX质量浓度450mg/m3,煤中砷的质量分数最高为0.004%。性能保证值,脱硝率不小于75%;氨逃逸率,≤3×10-6;SO2 /SO3转化率,< 1%;催化剂层压降,210Pa;催化剂寿命,24000h;机械寿命,不少于50000h。由于该项目飞灰质量浓度高达41.4g/m3,采用蜂窝式催化剂节距大,设计余量大,需求量大;LANXU887脱硝催化剂在这方面优势明显,体积需求量只相当于蜂窝式催化剂的3 /4,用量小,节距小,设计余量小。此外,由于LANXU887脱硝催化剂所需体积较小,加上LANXU887脱硝催化剂单元可以直接叠加,这种脱硝催化剂布置采用了更加灵活的“1.5 + 0.5 + 0.5”的方案。在最初只装填了1.5层这种脱硝催化剂,避免了多余的0.5层脱硝催化剂在24000h内飞灰的冲刷和中毒影响,可最大限度延长LANXU887脱硝催化剂的使用寿命。根据计算,在脱硝催化剂24000h寿命后,添加0.5层脱硝催化剂后使用寿命会延长40000h,再添加1层可继续延长至60000h,全部“2+1”层的脱硝催化剂寿命高达15年以上,所以,该方案LANXU887脱硝催化剂添加和更换的均化成本低,有助于降低投资运行费用。在高尘高砷燃煤烟气条件下,LANXU887脱硝催化剂所需体积小,加上LANXU887脱硝催化剂单价低,而且初装可以只装填1.5层,可以降低初投资费用; 脱硝催化剂通流面积大,压降低,使用了更加灵活的脱硝催化剂管理策略,可最大限度地延长LANXU887脱硝催化剂使用寿命,有效降低运行费用。另外,LANXU887脱硝催化剂在耐飞灰堵塞、耐磨损方面具有绝对优势,所以,LANXU887脱硝催化剂是一种特别适合我国国情燃煤烟气的LANXU887脱硝催化剂方案。

四、技术结论

结合我国烟气脱硝的案例,说明LANXU887脱硝催化剂是更适合我国国情燃煤烟气条件的LANXU887脱硝催化剂类型。与蜂窝式催化剂相比,LANXU887脱硝催化剂具有以下4个方面的优点:

图6 催化剂管理策略示意图

1、LANXU887脱硝催化剂可以含有大量MoO3,是一种特别适合高尘高砷烟气条件的催化剂类型。

2、LANXU887脱硝催化剂对于高尘的烟气条件,具有很强的防堵塞、耐磨损和抗中毒的性能,在极高尘高砷烟气条件下,脱硝催化剂所需体积甚至比蜂窝式催化剂小,有助于降低投资成本。

3、LANXU887脱硝催化剂具有灵活的催化剂管理策略,可以直接叠加,有助于延长脱硝催化剂的使用寿命,降低SO2氧化率和压降,减少LANXU887脱硝催化剂投资运行成本。

4、无论是从经济性、安全性还是从脱硝催化剂性能来说,LANXU887脱硝催化剂是一种在燃煤烟气条件下,特别适合我国国情的LANXU887脱硝催化剂类型。

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