【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ～400 ℃ 內(nèi) (對(duì)中溫觸媒 ) ,隨著反應(yīng)溫度的升高 ,脫硝率逐漸增加 ,升至 400 ℃ 時(shí) ,達(dá)到最大值( 90% ) ,隨后脫硝率隨溫度的升高而下降。這主要是由于在 SCR 過(guò)程中溫度的影響存在 2種趨勢(shì) :一方面溫度升高時(shí)脫硝反應(yīng)速率增加 ,脫硝率升高 。另一方面隨溫度升高 ,NH3 氧化反應(yīng)加劇 ,使脫硝率下降。因此 ,最佳溫度是這 2 種趨勢(shì)對(duì)立統(tǒng)一的結(jié)果。 脫硝反應(yīng)一般在 310～ 430 ℃ 范圍內(nèi)進(jìn)行 ,此時(shí)催化劑活性最大 ,所以 ,將 SCR 反應(yīng)器布置在鍋爐省煤器與空氣預(yù)熱器之間。 必須注意的是 ,催化劑能夠長(zhǎng)期承受的溫度不得高于 430 ℃ ,短期承受的溫度不得高于450 ℃ ,超過(guò)該限值 ,會(huì)導(dǎo)致催化劑燒結(jié)。 2. 2 物質(zhì)的量比 n (NH3 ) / n (NOx )的影響 物質(zhì)的量比 n (NH3 ) / n (NOx )對(duì)脫硝效率的影響如圖 2 所示 (由廠(chǎng)家提供 ) 。 在 300 ℃ 下 ,脫硝率隨物質(zhì)的量 比 n (NH3 ) /n (NOx )的增加而增加 ,物質(zhì)的量比 n (NH3 ) / n (NOx ) 小于 0. 8時(shí) ,其影響更明顯 ,幾乎呈線(xiàn)性正比關(guān)系。該結(jié)果說(shuō)明 :若 NH3 投入量偏低 ,脫硝率受到限制 。 若 NH3 投入量超過(guò)需要量 ,NH3 氧化等副反應(yīng)的反應(yīng)速率將增大 ,如SO2 氧化生成 SO3 ,在低溫條件下 SO3 與過(guò)量的氨反應(yīng)生成 NH4HSO4。 NH4HSO4 會(huì)附著在催化劑或空預(yù)器冷段換熱元件表面上 ,導(dǎo)致脫硝效率降低或空預(yù)器堵塞。 氨的過(guò)量和逃逸取決于物質(zhì)的量比 n (NH3 ) / n (NOx )、工況條件和催化劑的活性用量(工程設(shè)計(jì)氨逃逸不大于 0. 0003%, SO2 氧化生成 SO3 的轉(zhuǎn)化率 ≤1%)。氨的逃逸率增加 ,在降低脫硝率的同時(shí) ,也增加了凈化煙氣中未轉(zhuǎn)化 NH3 的排放濃度 ,進(jìn)而造成二次污染。 2. 3 接觸時(shí)間對(duì)脫硝率的影響 在 300 ℃ 溫度和物質(zhì)的量比 n (NH3 ) / n (NOx ) 為 1 的條件下 ,脫硝率隨反應(yīng)氣與催化劑的接觸時(shí)間 t 的增加而迅速增加 。 t 增至 200ms 左右時(shí) ,脫硝率達(dá)到最大值 ,隨后脫硝率下降。這主要是由于反應(yīng)氣體與催化劑的接觸時(shí)間增加 ,有利于反應(yīng)氣體在催化劑微孔內(nèi) 的擴(kuò)散、吸附、反應(yīng)和產(chǎn)物氣的解吸、擴(kuò)散 ,從而使脫硝率提高 。但若接觸時(shí)間過(guò)長(zhǎng) , NH3 氧化反應(yīng)開(kāi)始發(fā)生 ,使脫硝率下降。 2. 4 催化劑中 V2O5 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)脫硝率的影響 催化劑中 V2O5 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于 6. 6%時(shí) ,隨 V2O5 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加 ,催化效率增加 ,脫硝率提高 。 當(dāng) V2O5 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò) 6. 6%時(shí) ,催化效率反而下降。這主要是由于 V2O5 在載體 TiO2 上的分布不同造成的 : 當(dāng) V2O5 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1. 4% ～ 4. 5%時(shí) , V2O5 均勻分布于 TiO2 載體上 ,且以等軸聚合的 V 基形式存 在 。當(dāng) V2O5 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 6. 6%時(shí) , V2O5 在載體 TiO2 上形成新的結(jié)晶區(qū) (V2O5 結(jié)晶區(qū) ) ,從而降低了催化劑的活性。 2. 5 催化劑的結(jié)構(gòu)類(lèi)型和用量對(duì)脫硝效率的影響 該項(xiàng)目采用蜂窩式催化劑 ,其特點(diǎn)為表面積大、體積小、機(jī)械強(qiáng)度大、阻力較大。煙氣組成成分 (如粉塵濃度、粉塵顆粒尺寸、堿性金屬和重金屬等 )的含量是影響催化劑選型的主要參數(shù)。針對(duì)湖南長(zhǎng)沙發(fā)電有限公司機(jī)組的實(shí)際情況 ,選用節(jié)距為 8. 2mm的蜂窩式催化劑 ,可以避免催化劑在運(yùn)行中產(chǎn)生堵塞。 3 延長(zhǎng)催化劑使用壽命的措施 3. 1 SCR 催 化劑反應(yīng)器的改進(jìn)設(shè)計(jì) 催化劑和反應(yīng)器是 SCR 系統(tǒng)的主要部分。催化劑都含有少量的氧化釩和氧化鈦 ,因?yàn)樗鼈兙哂休^高的抗 SO3 的能力。催化劑的結(jié)構(gòu)、形狀隨它的使用環(huán)境而變化。為避免被顆粒堵塞 ,蜂窩狀、板式催化劑部件都是常用的結(jié)構(gòu) ,而華電長(zhǎng)沙發(fā)電有限公司采用的是大孔徑的蜂窩狀部件 ,因?yàn)樗鼜?qiáng)度高 , 且容易清理。為了使被飛灰堵塞的可能性減到最小 ,反應(yīng)器采用垂直放置 ,使煙氣由上而下流動(dòng)。此外 ,每層裝有 3 臺(tái) IK 525SL 耙式吹灰器 ,采用引自屏式過(guò)熱器出口的過(guò)熱蒸汽吹灰。每臺(tái)反應(yīng)器共初裝 6 臺(tái)吹灰器來(lái)防止顆粒的堆積。 對(duì) SCR 系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)則需考慮在催化反應(yīng)器的入口處合理分布煙氣和氨 ,以防止由于各部位的溫度常偏離設(shè)計(jì)溫度而導(dǎo)致脫硝率的改變 。采用倒流板、混合器、氨噴射器對(duì)兩側(cè)煙道獨(dú)立布置 , 使煙氣在各斷面上流量基本相等 。催化劑體積的設(shè)計(jì)中也要考慮適當(dāng)放大催化劑的量 。同時(shí) ,還要考慮反應(yīng)器中有效區(qū)域的變化。 3. 2 運(yùn)行中嚴(yán)格根據(jù)煙氣參數(shù)確定脫硝裝置投退 在鍋爐的運(yùn)行中 ,做到密切注意煙氣量及其波動(dòng)范圍、煙氣溫度及其波動(dòng)范圍、 SCR 裝置進(jìn)口煙道上的煙氣壓力及其波動(dòng)范圍、煙氣中的粉塵含量、煙氣中的二氧化硫含量等對(duì)脫硝效率和催 化劑影響較大的參數(shù) ,只有煙氣參數(shù)完全符合設(shè)計(jì)值 ,才允許投入 SCR 裝置。如果出現(xiàn)個(gè)別參數(shù)偏離設(shè)計(jì)值過(guò)大的情況 ,應(yīng)及時(shí)進(jìn)行分析 ,評(píng)估其危害性質(zhì)和嚴(yán)重性 ,預(yù)先估計(jì)其后果并考慮補(bǔ)救措施 ,最終確認(rèn) SCR 裝置投入或退出運(yùn)行。 3. 3 鍋爐啟動(dòng)和 SCR 系統(tǒng)投運(yùn)過(guò)程中采取的措施 鍋爐啟動(dòng)和 SCR 系統(tǒng)投運(yùn)過(guò)程中 ,在運(yùn)行調(diào)整上采取必要的措施 ,控制煙氣溫度的上升速度 ,避免對(duì)設(shè)備造成損害 ,特別是在冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)必須進(jìn)行預(yù)熱。為了減少機(jī)械應(yīng)力對(duì)催化劑模塊的傷害 ,在煙氣溫度低于 70 ℃ 時(shí) ,嚴(yán)格控制煙氣溫度上升速度不超過(guò) 5 ℃ /min。煙氣溫度升高到 120 ℃ 前 ,煙氣溫度上升速度不超過(guò) 10 ℃ /min。煙氣溫度高于 120 ℃ 到催化劑運(yùn)行溫度間 ,升溫速度可以增加到 60 ℃ /min。 在 SCR 系統(tǒng)啟動(dòng)次序上做調(diào)整。首先 ,開(kāi) SCR 入口煙氣擋板啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)用冷空氣清洗 SCR 煙氣系統(tǒng)和催化劑模塊 。鍋爐在滿(mǎn)足點(diǎn)火條件的情況下 ,使煙氣溫度升高加熱反應(yīng)器到 120 ℃ 以上 。鍋爐具備了投煤條件 ,啟動(dòng)一次風(fēng)機(jī)投粉使煙氣溫度升高加熱反應(yīng)器到 310 ℃ 以上。其次 ,啟動(dòng)稀釋空氣風(fēng)機(jī) ,開(kāi)稀釋空氣出口擋板 ,使空氣流量大于 3 200m3 /h (遠(yuǎn)期效率為 85%時(shí)的空氣流量為 5 400 m3 /h) ,氨從蒸發(fā)器供給已準(zhǔn)備好。最后 ,滿(mǎn)足氨閥開(kāi)啟條件后 ,開(kāi)啟氨供應(yīng)閥向 A IG 供應(yīng)氨切換到由 NOx 自動(dòng)控制噴氨量。 3. 4 啟動(dòng)前的全面復(fù)查 啟動(dòng)前對(duì) SCR系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)檢查 ,確保設(shè)備系統(tǒng)良好、可靠 ,嚴(yán)禁帶病運(yùn)行。特別是利用每次停爐機(jī)會(huì)加強(qiáng)檢查 :保證各層催化劑籃子上面應(yīng)無(wú)任何異物 ,催化劑無(wú)短缺、碎裂 。保證所有保溫表面的有效性 ,以防灼傷操作人員及烤壞儀表電器 。認(rèn)真確認(rèn)所有儀表的安裝質(zhì)量、功能的有效性、精度等級(jí)核定、零點(diǎn)漂移調(diào)整等與設(shè)計(jì)要求是否相符。機(jī)組啟動(dòng)前做好重要儀器儀表的調(diào)整試驗(yàn)工作 ,如 NOx ,O2 分析儀的調(diào)整 ,檢查控制閥、連鎖閥動(dòng)作情況 ,檢查所有電路、電氣安裝的正確性等。 平時(shí)運(yùn)行中檢查所有檢查孔、人孔門(mén)、設(shè)備進(jìn)出孔是否已可靠關(guān)閉 ,所有公用設(shè)施 (蒸汽、壓縮空氣、水、氨氣等 )是否已正確到位 。同時(shí)加強(qiáng)檢查所有膨脹支座和膨脹節(jié)位置的正確性 ,保證沿膨脹方向上無(wú)異物阻擋 。檢查鋼結(jié)構(gòu)主要受力 ,梁撓度是否在允許值范圍內(nèi) 。通煙后在預(yù)設(shè)的檢查點(diǎn)檢查殼體熱變形值 。熱態(tài)檢查儀表電氣工作的正確性。 3. 5 保證吹灰器正常運(yùn)行和吹灰效果 每一吹灰器通過(guò)就地控制柜的手動(dòng)按鈕進(jìn)行試車(chē) ,吹 灰器的所有控制和順序功能均由分散控制系統(tǒng) (DCS)實(shí)現(xiàn)。與鍋爐本體的吹灰器同等對(duì)待 ,每臺(tái)反應(yīng)器的吹灰器按從上至下的催化劑層依次運(yùn)行 ,即上一層催化劑的吹灰器在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)依次啟動(dòng)運(yùn)行后 ,再開(kāi)始運(yùn)行下一層催化劑的吹灰器 ,保證每臺(tái)反應(yīng)器每次只有 1 臺(tái)吹灰器運(yùn)行。避免催化劑在運(yùn)行中產(chǎn)生堵塞和大量積灰 ,一方面降低脫硝效率 ,另一方面損害催化劑的使用壽命。 為保證吹灰效果 ,吹灰蒸汽從鍋爐屏式過(guò)熱器吹灰蒸汽 管 道減壓站之后由 1 根主 管 引出 ,再由支 管 分別引入反應(yīng)器的每個(gè)催化劑層吹灰器入口的本體控制閥控制蒸汽吹入反應(yīng)器 。為保證吹灰器運(yùn)行可靠 ,每一吹灰器配有 2 個(gè)限位開(kāi)關(guān) ,當(dāng)吹灰 器耙子完全伸出和完全收回時(shí)觸發(fā) 。每一吹灰器配有一對(duì)就地按鈕 ,保證在遠(yuǎn)控失靈的情況下用于就地投退吹灰器。 在日常運(yùn)行過(guò)程中 ,嚴(yán)格控制設(shè)定吹灰汽源壓力在 1. 5～ 2. 5MPa。既要保證吹灰汽源壓力達(dá)到預(yù)期的吹灰效果 (特別是對(duì)于燃用湖南灰分在 50% 左右的地煤 ) ,又要控制壓力在合適范圍內(nèi) ,防止壓力過(guò)高吹損催化劑。同時(shí) ,要選擇適當(dāng)吹灰汽源溫度 ,防止吹灰汽源溫度過(guò)高 造成局部催化劑區(qū)域超過(guò)允許的 430 ℃ ,致使局部催化劑失效 。在吹灰汽源投入時(shí)做到疏水充分 ,避免由吹灰器帶水造成催化劑粘灰而影響脫硝效率。 4 結(jié)論 因 為催化劑置換費(fèi)用約占系統(tǒng)總價(jià)的 60% ～ 70% ,脫硝系統(tǒng)催化劑的折舊壽命直接決定著 SCR 系統(tǒng)的運(yùn)行成本。湖南華電長(zhǎng)沙發(fā)電有限公司催化劑的設(shè)計(jì)使用壽命為 4～ 5 年 ,如果由于 SCR系統(tǒng)運(yùn)行使用、維護(hù)不夠合理使催化劑提前失效進(jìn)行催化劑的置換、部分或整體更換 ,將進(jìn)一步加大催化劑的折舊成本。正常使用壽命期內(nèi) ,湖南華電長(zhǎng)沙發(fā)電有限公司脫硝系統(tǒng)每年設(shè)備折舊費(fèi)用為 1 000 萬(wàn)左右 ,如果催化劑提前 1 個(gè)月失效 ,那么在使用壽命期內(nèi)每年設(shè)備折舊費(fèi)用將增加至 1 020萬(wàn)左右 ,可見(jiàn) SCR脫硝系統(tǒng)催化劑的使用壽命對(duì)運(yùn)營(yíng)成本影響極大。 湖南華電長(zhǎng)沙發(fā)電有限公司對(duì) SCR 系統(tǒng)在運(yùn)行使用、維護(hù)操作上采取了一系列的嚴(yán)格防護(hù)措施以力求延長(zhǎng) (或保證 )催化劑的使用壽命 ,但其實(shí)際效果還有待于靠脫硝效率和催化劑的實(shí)際失效時(shí)間來(lái)驗(yàn)證。 國(guó)外 SCR 脫硝催化劑的研究現(xiàn)狀 1 研究歷史 SCR 技術(shù)發(fā)展至今已有三十多年的歷史，是目前國(guó)外應(yīng)用比較廣泛的一種煙氣脫 氮 技術(shù)。但由于催化理論和反應(yīng)機(jī)理研究上的欠缺，致使 該項(xiàng)技術(shù)遠(yuǎn)未達(dá)到完善的程度。因此，對(duì) SCR技術(shù)的研究也從未停止過(guò)。近年來(lái)，在反應(yīng)機(jī)理及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、抗毒性能、新型催化劑及載體的研究等方面又有了很大的發(fā)展。 2 研究機(jī)構(gòu) 目前國(guó)外關(guān)于 SCR 催化劑的研究機(jī)構(gòu)主要有：英國(guó)劍橋大學(xué)、英國(guó)雷丁大學(xué)、美國(guó)密歇根大學(xué)、日本九州大學(xué)、日本國(guó)立材料和化學(xué)研究所等等，其中密歇根大學(xué)主要致力于貴金屬催化劑的研究，日本國(guó)立材料和化學(xué)研究所主要致力于金屬氧化物催化劑制備方法的研究。 3 研究進(jìn)展 貴金屬催化劑 貴金屬催化劑低溫催化活性?xún)?yōu)良，對(duì) NOx還原及對(duì) NH CO氧 化均具有很高的催化活性，因此在 SCR 過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致還原劑大量消耗而增加系統(tǒng)運(yùn)行成本。此外，催化劑造價(jià) 昂貴，易發(fā)生氧抑制和硫中毒。目前研究人員主要致力于采用新制備技術(shù)和新型載體，針對(duì)某些含硫低的 工業(yè) 尾氣開(kāi)發(fā)出一些性能較好的低溫催化劑。 在貴金屬催化劑的制備方面，研究者不僅要考慮到貴金屬活性組分的種類(lèi)，還要考慮到所用載體的種類(lèi)問(wèn)題。在 (NH3+H2)NO 條件下， Evgenii V. Kondratenko 等對(duì) Ag/Al2O3 進(jìn)行了 SCR 研究，結(jié)果表明，在低溫范圍內(nèi)，同時(shí)有 O2 和 H2 存在的情況下，該催化劑的活性能得到很大程度的提高。 I. Salem 等就 ZrO2 及 SnO2 對(duì) SCR 催化劑 Pt/Al2O3 催化活性的影響進(jìn)行了研究；此外，關(guān)于不同還原劑對(duì) SCR 反應(yīng)的影響也