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脫硝催化劑的選型與設計淺析

 SCR脫硝催化劑在固定的熱度下,選擇性催化還原,加入 NH3 、NH3·H2O或尿素為還原劑將尾氣中氮氧化物還原為氮氣和水,廢氣中O2不參與反應。
在SCR中使用的脫硝催化劑大多以TiO2為載體,以V2O5或V2O5-WO3或V2O5-MoO3為活性成分,制成蜂窩式、板式或波紋式三種類型。應用于煙氣脫硝中的SCR脫硝催化劑可分為高溫催化劑(345℃~590℃)、中溫催化劑(260℃~380℃)和低溫催化劑(80℃~300℃), 不同的催化劑適宜的反應溫度不同。元琛科技可根據客戶要求設計、生產高、中、低溫脫硝催化劑,并已在電力行業、非電行業廣泛應用。
1、在高溫工況下,催化劑燒結失活的速率加快,催化劑用量也會增加;煙氣溫度在350℃以下時,催化劑的設計用量幾乎不因溫度發生變化,催化劑用量主要取決于SCR系統入口NOX濃度、煙氣流量、要求的脫硝效率等參數。當煙氣溫度超過350℃時,隨著溫度的增加,催化劑設計用量隨溫度的變化呈線性遞增,特別是溫度超過400℃時,體積比350℃時增加了近15%。這是因為高溫是導致催化劑燒結的最大因素,而燒結必然會致使催化劑的比表面積減少,從而使脫硝活性下降。而且,高溫會引起活性組分-貴金屬氧化物形成多聚態晶體,多聚晶體的比表面積較小,從而與煙氣的接觸面積就小,催化活性相對較低。。因此,對于高溫運行的項目,必須進行配方優化。催化劑主要成分中,V2O5的活性是最高的,但是其抗高溫燒結的能力是最低的。WO3或MoO3活性相對較低,但是具有優異的抗中毒和抗燒結能力,所以優化配方時要減少V2O5的含量,增加WO3或MoO3的含量,能在一定程度上有效提高催化劑對高溫的耐受性。但是,配方的改變,降低了催化劑的活性,要滿足相同的性能要求,就要采用較多的體積。另一方面,在高溫中催化劑失活加快,還必須留有較充足的催化劑儲備體積。這兩個因素共同作用,最后導致高溫項目的催化劑用量一般都較多。
2、在高硫份工況下,應特別注意硫胺的生成,防止催化劑的中毒和下游設備的堵塞;燃用高硫份煤種時,會導致煙氣中SO2含量增加,即使仍能保持1%的SO2氧化率,但是氧化生成的SO3總量仍會較高。SO3會和還原劑氨NH3 反 應 生 成 (NH4)HSO4(ABS) 和 (NH4)2SO4(AS)。硫酸氫銨是一種極其粘稠的物質,粘附在設備表面極難清除。如果粘附在催化劑表面,又會繼續粘附飛灰顆粒,導致SCR催化劑積灰堵塞。硫酸銨是一種干態的粉狀物質,當生成量較多時,會增加煙氣中的飛灰濃度,加劇催化劑的磨損,并使催化劑積灰堵塞的風險增大。為了消除或減少(NH4)HSO4對設備的粘附和腐蝕,只能在(NH4)HSO4的露點溫度ADP以上噴入NH3,以使生成的(NH4)HSO4呈氣態,隨煙氣流出SCR系統。根據拉烏爾定律,煙氣中(NH4)HSO4的露點溫度和氣相中SO3、NH3的平衡分壓有關,煙氣中SO3濃度越高,平衡分壓越大,則(NH4)HSO4的露點溫度越高。而SCR系統的最低噴氨溫度一般要高于(NH4)HSO4的露點溫度,最終導致了SCR系統運行溫度提高。如果實際煙氣溫度不高或稍高于要求的最低噴氨溫度,則會導致操作彈性降低。 此種工況進行催化劑設計時,一般不會造成催化劑用量增加,但由于最低噴氨溫度較高,致使SCR反應器的布置難度增加,或者需要加裝省煤器旁路,以提高SCR進口溫度。在進行催化劑選型時,應選取具有低SO2氧化率配方設計的催化劑。
3、摻燒生物質燃料的工況下,應著重考慮生物質燃料中的元素對催化劑的失活,增加儲備體積。為了應對燃料供應日趨緊張的局面,國家也開始利用政策導向積極推進在燃煤中摻燒一定比例的市政污泥等生物質燃料,來代替一部分燃煤,并已近在廣州等少數大城市進行了試點。垃圾焚燒發電和摻燒市政污泥是解決環境污染和能源危機的較好方案,但是由此也給SCR催化劑的設計、運行提出了更高的要求。因為,垃圾和污泥中的P、Na、K、CaO等使催化劑中毒的元素含量是普通媒質中的數十倍,代用燃料的強毒性使得即使燃用時間很短,也會給催化劑帶來較大危害。目前我國仍存在城市生活垃圾和工業垃圾不嚴格分類,城市污泥和工業污泥不嚴格分類的情況,這樣就造成使用這一類代用燃料時,煙氣及飛灰成分復雜不明確,包含了許多未知的催化劑毒物,極大限制了對催化劑的化學壽命評價和經濟性分析。 依據國外經驗,進行此類工況的催化劑設計選型時,對催化劑的失活要著重考慮,留有較多的設計裕量和儲備體積。電站排放的氮氧化物由約95%的NO和約5%的NO2組成。

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