火电厂SCR脱硝催化剂工艺特性评价试验

       摘要:脱硝催化剂在高温高湿度高灰尘的工况下运行容易失活,需要定期对催化剂进行检测和脱硝性能评价。对脱硝催化剂工艺特性性能在实验室中进行检测和评价,主要指标包括脱硝催化剂的氨逃逸、活性和 SO2/SO3转化率等。

通过对华电某机组脱硝催化剂实际检测,获得数据与标准进行比对,催化剂氨逃逸测定值为0.4μL/L;活性通过计算得到的值为36m/h;二级出口SO2/SO3转化率平均为0.45% ,三级出口SO2/SO3转化率平均为0.66%,均满足标准要求,说明加装备用层后,在满足脱硝效率不低于87.5%的情况下,催化剂可以正常运行并满足要求。应用此方法,可更高效更有针对性的管理、运行、维护火电机组脱硝催化剂。

目前公认效率最高、最为成熟的脱硝技术是选择性催化还原(SCR)技术。SCR脱硝机 理 是 利 用 还 原 剂(NH3、尿素等) 在催化剂作用下,选择性的与 NOx反应生成 N2和 H2O。

钒钛类催化剂在电厂脱硝中应用较多,该类催化剂主要有: V2O5/TiO2、V2O5-WO3/ TiO2、V2O5-MoO3/TiO2和 V2O5-WO3-MoO3/TiO2等。

V2O5是催化剂中最主要活性成分和必备组分,为主催化剂。WO3和 MoO3为催化剂中加入的少量物质,是助催化剂,本身没有活性或活性很小,但却能显著地改善催化剂的活性、选择性和热稳定性。

由于V2O5-WO3/TiO2比V2O5/TiO2更具活性和康养护,抗水中毒性,已经逐渐取代 V2O5/ TiO2。催化剂成分、形式及孔径等在一定程度上决定了催化剂的脱硝效率。催化剂基本形式及主要参数见表 1。

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国内大部分燃煤电厂脱硝 SCR系统都设计成多层催化剂,一般为“2+1”模式,预留 1 层。加装预留层催化剂后,不仅要求脱硝效率提高,还需要确保SO2/SO3转化率 小于1% ,氨逃逸率低于3×10-6,保证脱硝系统的整体性能指标达到要求。

SCR催化剂由于运行工况的影响等,会有失活的现象。故需对脱硝催化剂单元体的脱硝效率、氨逃逸、活性和SO2/SO3转化率等指标进行评价,从而判断催化剂性能。而实验室中,通过配比相关气体浓度,模拟现场烟气条件,使用较小的烟气量就可以经济有效的进行催化剂检测与评价。

1 试验过程与原理

1.1 试验流程

试验模拟火电厂锅炉烟气出口的烟气条件,包含烟气温度、SO2、NO、O2、CO2、水蒸汽的浓度等参数。催化转化炉采用电加热方式,加热温度可在300~450℃ 范围内调节,数量4台,可自由实现串联、并联的组合方式。混合气体是由标准气体和液氮混合,配置比例根据各项目烟气条件决定。实验室通过保持烟气面速度与锅炉实际烟气面速度相同的方法,计算实验室烟气总量,而烟气浓度保持与现场情况相同。混气罐混合后的气体在通入电加热气体预热器,然后通入炉内反应。反应后排出的气体排入废气处理装置。从反应后的二级出口或三级出口按照需求进行气体取样,使用液相离子色谱检测取样物质的浓度。

1.2 试验前预处理

测试的前处理工作主要包含催化剂样品的制备与装填、试验装置试漏和新鲜催化剂样品的老化三部分。

2 催化剂工艺特征参数评价方法与标准

2.1 催化剂工艺特征参数计算评价方法

催化剂单元体的脱硝效率应计算公式:

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催化剂单元体的活性应计算公式:

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2.2 催化剂工艺特征参数评价标准

对于脱硝效率的评价,采用的方式为,提高一定程度的技术协议中的脱硝效率,测量出口氨逃逸的大小,通过判定氨逃逸是否符合技术协议中的要求来判断脱硝效率是否达到标准。通过相应计算,对催化剂活性和催化剂SO2/SO3转化率都有相应的评判标准,对于初装层、加装备用层等均有各自的强检评判标准。

3 针对火电厂加装备用层脱硝催化剂性能检测与评价

3.1 火电厂运行烟气参数及催化剂参数

华电某机组锅炉是亚临界压力,自然循环单炉膛,一次中间再热、平衡通风汽包锅炉,摆动式燃烧器四角布置切圆燃烧方式。该电厂 8 号机组脱硝催化剂加装改造工程,氨气制备系统采用液氨法。脱硝率不低于87.5% ,采用 SCR法脱硝工艺,每台炉按 2 台反应器设计。设计条件下,SCR系统入口NOx浓度400mg/m3( 标干 态,6%O2) ,SCR出口NOx浓度50mg/m3。表2为电厂脱硝系统实际入口烟气参数和折算实验室烟气参数值。

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通过参数可以计算得到实验室烟气总量,装载催化剂的总表面积及面速度,如表3所示。

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3.2 氨逃逸、活性和转化率的结果

氨逃逸结果的测量,取定体积量待测气体,使用稀硫酸吸收。然后通过定量计算获得氨逃逸的浓度。计算烟气面速度的值为 6.35m/h,氨氮摩尔比为0.895,脱硝效率的值为 89.3% ,那么通过计算得到催化剂单体的活性值为36m/h。氨逃逸的量在0.4μL/L。

脱硝效率、氨逃逸和活性测定完成后,切断 NH3供应,其他烟气条件保持不变,稳定并保持1h。按照同样的要求对 SO3的量进行取样。通过计算,二级出口SO2/SO3转化率平均为0.45% ,三级出口SO2/SO3转化率平均为0.66% 。

4 结语

(1)催化剂氨逃逸测定值为0.4μL/L,满足不大于3.0μL/L 的强检要求。

(2)催化剂活性通过计算得到的值为36m/h,满足初装三层不小于15~35m/h的要求。

(3)催化剂二级出口SO2/SO3转化率平均为0.45% ,三级出口SO2/SO3转化率平均为0.66% ,满足总体三级出口转化率不超过1% ,新加装备用层不超过0.5%的要求。