【正文】 統(tǒng)（只能除去50%的 SO3） 堿金屬 Na、K 減少催化劑的活性反應(yīng)位 設(shè)定合適的催化劑余量 改變催化劑的組成（添加鎢） 堿土金屬Ca 催化劑表面形成釉質(zhì)覆蓋層 選擇合適的催化劑體積 安裝吹灰器 重金屬 As 催化劑活性成分失去活性 選擇合適的催化劑體積 優(yōu)化催化劑的毛細(xì)孔結(jié)構(gòu) 采用抗 As 型催化劑 Cl/F 催化劑表面結(jié)釉 選擇合適的催化劑體積安裝吹灰器 設(shè)置省煤器旁路以維持合適的煙氣溫度 32 煙溫因素 高灰高溫型 SCR 工藝的入口煙溫約 300～ 400℃，當(dāng)鍋爐低負(fù)荷運行或者運行異常時，會導(dǎo)致煙氣溫度超出運行范圍，這會對催化劑性能產(chǎn)生不同程度的影響。 當(dāng)反應(yīng)器入口煙溫超過 450℃時，催化劑活性物質(zhì)易發(fā)生熱力燒結(jié)，導(dǎo)致金屬微晶增長和基材物質(zhì)收縮，減小催化劑活性顆粒的表面積，從而降低催化劑的活性。根據(jù)所處溫度不同，往催化劑中添加不同含量的鎢，可最大限度地維持催化劑的熱穩(wěn)定性。在正常的 SCR運行溫度下，燒結(jié)的影響可以忽略。 當(dāng)反應(yīng)器入口煙溫低于 400℃時，催化劑活性決定于 V2O5 的含量，并受到運行溫度的影響（圖 37）。對于活性成分含量較高的催化劑，在 300～ 350℃易發(fā)揮其最佳活性；對于活性成分含量適中的催化劑，其最佳使用溫度為 350～ 400℃；對于活性成分含量較低的催化劑，其最佳使用溫度為 375～ 420℃。對于不同配方的催化劑，在其最佳的使用溫度范圍之外，活性均降低。 鍋爐冷態(tài)啟動時，催化 劑溫度很低，煙氣中的水分易在催化劑表面結(jié)露。煙氣中的細(xì)小飛灰顆粒遇濕會粘結(jié)在催化劑表面，且飛灰中的水溶性堿金屬會滲透到催化劑內(nèi)部與活性顆粒反應(yīng)，從物理與化學(xué)兩方面導(dǎo)致催化劑的活性降低。因此，在冷態(tài)啟爐前，應(yīng)該采取措施將催化劑緩慢預(yù)熱，并最終干燥。催化劑溫度低于 150℃時，加熱速率應(yīng)控制在 10℃ /min 以內(nèi)；當(dāng)催化劑溫度超過 150℃時，加熱速率可提高到 60℃ /min。 在低負(fù)荷運行時，如果 SCR入口煙氣溫度低于 290℃，煙氣中高濃度的 NH3會與 SO3反應(yīng)生成粉末狀 (NH4)2SO4（圖 38）。這不僅會降低 氨的有效利用率，且(NH4)2SO4 在低溫下易分解成粘性較高的 NH4HSO4，造成空預(yù)器的灰堵。因此，催化劑的設(shè)計運行溫度通常不低于 290℃。 33 圖 37 運行溫度對催化劑活性的影響 圖 38 NH3與 SO3 的化學(xué)反應(yīng) 煙氣流動的考慮 SCR反應(yīng)器一般垂直布置，煙氣由上向下流動，有利于減少飛灰顆粒對催化劑內(nèi)表面的磨損。 SCR頂層催化劑上方的煙氣流場分布、飛灰顆粒分布、溫度分布及 NH3/NO分布，是影響 SCR系統(tǒng)運行性能的 4個關(guān)鍵性因素。 圖 39 反應(yīng)器內(nèi)流場圖 見 圖 39， 頂層催化劑的迎灰表面直接受到煙氣與飛灰顆粒的沖刷，為減少頂層催化劑的磨損，除加強(qiáng)催化劑本身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度外，還需要改善煙氣的流場分布。在反應(yīng)器入口轉(zhuǎn)彎煙道處，合理設(shè)計與安裝導(dǎo)流板與整流裝置，以使煙氣（飛灰）垂直均勻進(jìn)入催化劑通道（速度偏差小于177。 15%，角度偏差小于177。 10%），且飛灰顆粒集中在截面中央。 如前所述，催化劑活性的最佳使用溫度范圍比較狹窄。當(dāng)反應(yīng)器入口煙溫的分布偏差過大時，會造成反應(yīng)器橫截面的局部催化劑活性差異較大，延緩局部區(qū)域的 NH3/NO反應(yīng)。此外，進(jìn)入催化劑的 NH3/NO分布如果不 均勻，一部分區(qū)域的NH3/NO摩爾比很高，另一部分區(qū)域的 NH3/NO摩爾比很低，這會使當(dāng)?shù)氐?NH3 或 NO不能完全反應(yīng)。這兩個因素的共同作用，將導(dǎo)致反應(yīng)器出口的 NO濃度分布很不均勻， NO濃度很低的區(qū)域， NH3逃逸量很高。因此，應(yīng)合理設(shè)計噴氨系統(tǒng)及氨與煙34 氣的混合裝置，強(qiáng)化氨與煙氣的混合，以使頂層催化劑的入口煙溫和 NH3/NO分布偏差分別小于177。 10℃與177。 5%。 氨噴射的考慮 SCR 反應(yīng)器入口的 NH3/NO分布均勻程度，除受到噴氨裝置下游靜態(tài)混和器的影響外，主要取決于噴氨系統(tǒng)本身。 最傳統(tǒng)的噴氨 格柵，其管子交叉伸入煙道，每根管子上安裝有很多小噴嘴，在整個煙道截面上密布氨噴嘴，以提高氨與煙氣的混合，該系統(tǒng)無法對局部區(qū)域的噴氨量進(jìn)行調(diào)節(jié)，且無法隨負(fù)荷的變化而自動調(diào)節(jié)氨的分布。 渦流發(fā)生器型噴氨系統(tǒng)，充分利用了湍流發(fā)生器（園盤型與三角翼型）技術(shù)，使煙氣在煙道內(nèi)大范圍混合，只需要有限幾個噴嘴就能使氨與煙氣混合均勻。且氨與煙氣的混合程度不隨負(fù)荷的變化而改變，具有較強(qiáng)的負(fù)荷適應(yīng)性。但該系統(tǒng)需要較長的混合煙道，局部區(qū)域的 NH3 與煙氣混合較慢，且無法調(diào)整局部區(qū)域的NH3/NO摩爾比。 獨立分區(qū)調(diào)節(jié)的噴氨系統(tǒng)（圖 310）是結(jié)合上述二者的優(yōu)點發(fā)展起來的。其伸入煙道的每根管子只為某個局部區(qū)域供氨，在下游靜態(tài)混合器的輔助下，可在較短的煙道內(nèi)獲得良好的氨與煙氣混合程度，且調(diào)試非常方便。 圖 310 獨立分區(qū)調(diào)節(jié)的噴氨系統(tǒng) 除塵的考慮 對于高灰高溫型 SCR 工藝，煙氣攜帶的飛灰不僅會造成頂層催化劑迎灰表面的沖蝕磨損，而且還容易堵塞催化劑通道（圖 311）及表面毛細(xì)微孔，導(dǎo)致催化35 劑活性降低。老電廠進(jìn)行煙氣脫硝改造時，由于受到空間的限制，反應(yīng)器的入口煙道結(jié)構(gòu)一般比較復(fù)雜。易產(chǎn)生渦 流與偏流，造成嚴(yán)重的催化劑沖蝕與堵塞。 在反應(yīng)器入口安裝導(dǎo)流板與均流布風(fēng)裝置，使煙氣與飛灰垂直進(jìn)入催化劑通道，可有效改善頂層催化劑的沖蝕磨損。但對于催化劑的物理堵塞，僅靠安裝導(dǎo)流板是不夠的。因為催化劑的物理堵塞，主要由如下四個原因造成：超大飛灰顆粒沉積在催化劑表面；入口煙道堆積的大面積飛灰坍塌（圖 312）；在煙氣層流條件下，粘性較高的細(xì)灰在催化劑通道的邊角粘附搭橋；堿土金屬與 SO3反應(yīng)生成大分子顆粒，堵塞催化劑表面的毛細(xì)微孔或者在催化劑表面形成釉質(zhì)覆蓋層。 圖 311 飛灰對催化劑的沖蝕及堵塞 圖 312入口煙道堆積的大面積飛灰坍塌 硬度較大的大粒徑顆粒（任何一個方向超過 4mm），一旦落在催化劑表面，很容易造成催化劑通道堵塞，這只能在檢修期間采用吸塵器等手段將其清除。對于這些硬度很大的大粒徑顆粒，如果安裝耙式蒸汽吹灰器，不僅無法將其清除，且易將其卡死在通道內(nèi)，增加后期的清潔難度?？稍诿繉哟呋瘎┍砻姘惭b一層孔徑與催化劑節(jié)距相似的金屬網(wǎng)，對大顆粒飛灰也有一定的攔截作用。 如果入口煙道的導(dǎo)流板設(shè)計不盡合理，一旦發(fā)生類似雪崩的堆積飛灰坍塌事故，催化 劑表面的鋼絲篩網(wǎng)雖然能使飛灰團(tuán)聚物破碎，但仍會造成部分通道的堵塞。對于這些比較疏松的飛灰堵塞，安裝吹灰器是比較有效的。 對于粘性較高的飛灰，可適當(dāng)提高催化劑通道內(nèi)的煙氣速度，減少層流區(qū)域，最大限度的削弱飛灰的粘附。同時采用聲波式吹灰器，通過微波的輕微振顫或流化飛灰顆粒，讓煙氣夾帶顆粒通過催化劑流出反應(yīng)器，可較好地防止高粘性飛灰36 的粘附。飛灰的粘性堵塞，不是本工程的主要問題。 通道堵塞與磨損多發(fā)生于頂層催化劑，除大顆粒直接導(dǎo)致通道堵塞外，不合理的導(dǎo)流結(jié)構(gòu)設(shè)計，使飛灰堆積或者煙塵傾斜沖刷催化劑是一個重要原因。下層催化劑基本不受大顆粒飛灰與堆積飛灰坍塌的影響，且煙氣經(jīng)過整流后能順流進(jìn)入催化劑，其應(yīng)考慮的主要問題是防止飛灰搭橋堵塞。 吹灰器是清潔催化劑的一個有效手段，主要有耙式蒸汽吹灰器與聲波吹灰器兩種（圖 31圖 314）。相比較而言，耙式蒸汽吹灰器的吹灰間隔較長，它主要用于飛灰含量或粘性相對較高的環(huán)境，解決已經(jīng)形成的飛灰堵塞。 圖 313 耙式蒸汽吹灰器 聲波式吹灰器的吹灰間隔僅有幾分鐘，它可以使飛灰漂浮在煙氣中，預(yù)防堵塞的形成，不存在吹灰死角，且具有空間要求小、維護(hù)方便以及對催化劑的磨損弱等優(yōu)點，但對于 已經(jīng)積存在金屬表面的灰沒有太大作用。 37 圖 314 聲波吹灰器 本工程的飛灰含量較高，為獲得較高的運行性能，除設(shè)置灰斗、導(dǎo)流結(jié)構(gòu)（防止飛灰堆積）、略低的煙氣流速外（削弱磨損），建議安裝蒸汽吹灰器或蒸汽吹灰器與聲波式吹灰器聯(lián)合吹灰方式，并為備用層催化劑預(yù)留吹灰器的安裝位置。 本工程由于是可研階段，按蒸汽吹灰器與聲波式吹灰器聯(lián)合吹灰方式進(jìn)行設(shè)置。 催化劑的考慮 催化劑是 SCR工藝的核心部件，其性能的優(yōu)劣將直接影響到脫硝效率。催化劑的選取主要根據(jù)反應(yīng)器的布置、入口煙溫、煙氣流速、 NOx 濃度、煙 塵含量與粒度分布、脫硝效率、允許的氨逃逸率、 SO2/SO3 轉(zhuǎn)化率以及使用壽命等因素確定的。 根據(jù)適用溫度范圍，催化劑可分為高溫、中溫和低溫三類： 高溫大于 400℃，中溫 300400℃，低溫小于 300℃。具體包括沸石催化劑（ 345590℃）、氧化鐵基催化劑（ 380430℃）、氧化鈦基催化劑（ 300400℃）及活性碳 /焦催化劑（ 100150℃）。本工程的 SCR入口煙氣溫度約為 360℃，符合氧化鈦基催化劑的工作溫度要求，因此宜采用氧化鈦基催化劑。 38 氧化鈦基催化劑以含量約 80～ 90%的 TiO2 材料作為 載體，以含量僅有 1～2%V2O5 作為主要的活性材料，并添加少量（ 3～ 7%）的其他化學(xué)成分（ WO3 或 MoO3），來改善催化劑的某些性能。 V2O5 的含量較高時，催化劑的活性增加，最佳使用溫度降低，但會促進(jìn) SO2向 SO3 的轉(zhuǎn)化，增加低溫條件下 NH4HSO4 的生成。因此，應(yīng)適當(dāng)控制 V2O5的含量，且添加適量的 WO3來抑制 SO2/SO3 轉(zhuǎn)化率。 1) 催化劑的設(shè)計溫度因素 為兼顧催化活性和控制 SO2/SO3轉(zhuǎn)化率，煙氣溫度是決定催化劑的設(shè)計和使用量的重要因素。 本脫硝項目入口煙氣溫度 360℃，設(shè)計 溫度適中，屬于 SCR反應(yīng)最佳的溫度范圍 。 2) 煙氣流速的考慮 根據(jù)國外經(jīng)驗，對于高灰高溫型 SCR工藝，為降低催化劑的沖蝕磨損，催化劑的通流速度一般選擇較低，約為 ～ 。 3) 催化劑的型式考慮 根據(jù)催化劑的外觀形狀，可分為平板型、蜂窩型與波紋狀等三種（圖 315），這些形狀不同的催化劑除支撐體與成型方式不同外，其化學(xué)成分比較接近，只是配量有所差異。外形結(jié)構(gòu)的不同，使其物理特性有著顯著差異（表 34）： 平板型：板式催化劑以金屬板網(wǎng)為骨架，以 TiMoV為主要活性材料，采取 雙側(cè)擠壓的方 式將活性材料與金屬板結(jié)合成型。其模塊形狀與空預(yù)器的受熱面很相似，節(jié)距約為 ～ ，開孔率約 80～ 90%，具有較強(qiáng)的抗腐蝕和防灰堵特性，適合于灰的含量高及粘性較強(qiáng)的工作環(huán)境，且可采用其他催化劑來替換。但因其比表面積小（ 280～ 350m2/m3），單位體積的催化劑活性低，要達(dá)到相同的脫硝效率，需要安裝較多體積的催化劑。 蜂窩型：蜂窩型催化劑是目前市場占有份額最高的一種催化劑，以 TiWV 為主要活性材料，采取整體擠壓成型。適用于燃煤鍋爐的催化劑節(jié)距約為 ～，比表面積大（ 410～ 539 m2/m3），單位體積的催化劑活性高，相同脫硝效率下所用催化劑的體積較小，適合于灰含量低且粘性小的環(huán)境。其開孔率僅有 70%左右，飛灰堵塞較嚴(yán)重，抗沖蝕性能弱，不利于運行在灰含量較高或者灰粘性較強(qiáng)的環(huán)境。 39 波紋型：波紋狀催化劑是目前市場占有份額最低的一種催化劑，它以玻璃纖 維或者陶瓷纖維作為骨架，非常堅硬。其壁厚小，重量最輕，比表面積最大，內(nèi)部微孔多，單位體積的活性最高，相同脫硝效率下的催化劑體積最小。但使用該催化劑的反應(yīng)器體積普遍較小，支撐結(jié)構(gòu)的荷載低，導(dǎo)致與其它型式催化劑的互換性較差，且僅適合于飛 灰濃度較低的運行環(huán)境。 蜂窩式催化劑 波紋板氏催化劑 板式催化劑 板式催化劑 圖 315 催化劑的型式 適用于本工程的催化劑，不僅要能有效防止飛灰可能所造成的堵塞，而且能最大限度地降低飛灰的沖蝕磨損。 對于本項目來說，飛灰濃度較高，蜂窩式催化劑與板式催化劑都可適用于本項目。 從防止頂層催化劑迎灰表面的沖蝕磨損方面看：以纖維為骨架的波紋型催化劑非常硬，抗沖蝕的能力最強(qiáng)；板式催化劑內(nèi)襯金屬網(wǎng)，也具有良好的抗磨損性；雖然蜂窩型催化劑是一種比較脆的陶制品，但是可采取端部硬化的方式來提高迎灰端的強(qiáng)度。 40 表 34 不同型式催 化劑性能比較 項目 板式 蜂窩式 波紋板式 基材成型 不銹鋼金屬網(wǎng)板 整體擠壓成型 陶瓷纖維或玻璃纖維 比表面積 較差 較好 較好 流通面積 較好 尚可 較差 活性系數(shù) 較差 尚可 較好 抗堵塞性 較好 尚可 較差 抗粉塵沖刷性 尚可 尚可 較好 吹灰器頻率 較好 較好 較差 壓力損失 較好 尚可 較差 抗 SO2/SO3轉(zhuǎn)化率 較好 尚可 尚可 抗熱沖擊性 較好 尚可 較差 單位體積模塊重量 較差 尚可 較好 整體脫硝效率 較好 較好 較好 替換性 較好 尚可 較差 4) 催化 劑管理模式的考慮 SCR裝置運行一段時間后，催化劑的活性會降低。不同層的催化劑活性降低程度不同，當(dāng) SCR脫硝效率與氨逃逸率不能滿足設(shè)計要求時，就需要增