催化劑作為SCR脫硝反應(yīng)的核心,其質(zhì)量和性能直接關(guān)系到脫硝效率的高低,所以,在火電廠脫硝工程中, 除了反應(yīng)器及煙道的設(shè)計(jì)不容忽視外,催化劑的參數(shù)設(shè)計(jì)同樣至關(guān)重要
催化劑作為SCR脫硝反應(yīng)的核心,其質(zhì)量和性能直接關(guān)系到脫硝效率的高低,所以,在火電廠脫硝工程中, 除了反應(yīng)器及煙道的設(shè)計(jì)不容忽視外,催化劑的參數(shù)設(shè)計(jì)同樣至關(guān)重要。
一般來說,脫硝催化劑都是為項(xiàng)目量身定制的,即依據(jù)項(xiàng)目煙氣成分、特性,效率以及客戶要求來定的。 催化劑的性能(包括活性、選擇性、穩(wěn)定性和再生性)無法直接量化,而是綜合體現(xiàn)在一些參數(shù)上,主要有:活性溫度、幾何特性參數(shù)、機(jī)械強(qiáng)度參數(shù)、化學(xué)成分含量、工藝性能指標(biāo)等。
1.活性溫度
催化劑的活性溫度范圍是zui重要的指標(biāo)。反應(yīng)溫度不僅決定反應(yīng)物的反應(yīng)速度,而且決定催化劑的反應(yīng) 活性。如V2O5-WO3/TiO2催化劑,反應(yīng)溫度大多設(shè)在280~420℃之間。如果溫度過低,反應(yīng)速度慢,甚至生 成不利于NOx降解的副反應(yīng);如溫度過高,則會出現(xiàn)催化劑活性微晶高溫?zé)Y(jié)的現(xiàn)象。
2.幾何特性參數(shù)
2.1節(jié)距/間距
這是催化劑的一個(gè)重要指標(biāo),通常以P表示。其大小直接影響到催化反應(yīng)的壓降和反應(yīng)停留時(shí)間,同時(shí)還 會影響催化劑孔道是否會發(fā)生堵塞。對蜂窩式催化劑,如蜂窩孔寬度為(孔徑)為d,催化劑內(nèi)壁壁厚為t, 則: 對平板和波紋式催化劑,如板與板之間寬為d,板的厚度為t,則: 由于SCR裝置一般安裝在空預(yù)器之前,飛灰濃度可大于15g/m3(干,標(biāo)態(tài)),如果催化劑間隙過小,就會造成 飛灰堵塞,從而阻止煙氣與催化劑接觸,效率下降,磨損加重。一般情況下,蜂窩式催化劑堵灰要比平板式嚴(yán)重些,需要適當(dāng)?shù)丶哟罂讖?。燃煤電站SCR脫硝工程中的蜂窩式催化劑節(jié)距一般在6.3~9.2mm之間,同等 條件下,板式催化劑間距可以比蜂窩式稍小些。
2.2比表面積
比表面積是指單位質(zhì)量催化劑所暴露的總表面積,或用單位體積催化劑所擁有的表面積來表示。由于脫 硝反應(yīng)是一個(gè)多相催化反應(yīng),且發(fā)生在固體催化劑的表面,所以催化劑表面積的大小直接影響到催化活性 的高低,將催化劑制成高度分散的多孔顆粒為反應(yīng)提供了巨大的表面積。蜂窩式催化劑的比表面積比平 板式的要大得多,前者一般在427~860m2/m3,后者約為其一半。
2.3孔隙率和比孔體積
孔隙率是催化劑中孔隙體積與整個(gè)顆粒體積之比?？紫堵适谴呋瘎┙Y(jié)構(gòu)zui直接的一個(gè)量化指標(biāo),決定了 孔徑和比表面積的大小。一般催化劑的活性隨孔隙率的增大而提高,但機(jī)械強(qiáng)度會隨之下降。比孔體積 則指單位質(zhì)量催化劑的孔隙體積。
2.4平均孔徑和孔徑分布
通常所說的孔徑是由實(shí)驗(yàn)室測得的比孔體積與比表面相比得到的平均孔徑。催化劑中的孔徑分布很重要 ,反應(yīng)物在微孔中擴(kuò)散時(shí),如果各處孔徑分布不同,會表現(xiàn)出差異很大的活性,只有大部分孔徑接近平均孔 徑時(shí),效果*。
3機(jī)械強(qiáng)度參數(shù)
主要體現(xiàn)了催化劑抵抗氣流產(chǎn)生的沖擊力、摩擦力、耐受上層催化劑的負(fù)荷作用、溫度變化作用、及相 變應(yīng)力作用的能力。機(jī)械強(qiáng)度參數(shù)共有3個(gè)指標(biāo),即軸向機(jī)械強(qiáng)度、橫向機(jī)械強(qiáng)度和磨耗率。前2個(gè)分別 是指單位面積催化劑在軸向和橫向可承受的重量。磨耗率則是用一定的試驗(yàn)儀器和方法測定得到的單位 質(zhì)量催化劑在特定條件小的損耗值,用于比較不同催化劑的抗磨損能力。
4化學(xué)成分含量
即指活性組分及載體,如V2O5-WO3/TiO2催化劑中各成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。這其中關(guān)鍵為起催化作用的量, 助催化與載體的配比量也同樣重要。根據(jù)不同用戶的情況,含量會有所不同。一般情況下,V2O5占1% ~5%,WO3占5%~10%,TiO2占其余絕大部分比例。
5工藝性能指標(biāo)
包括體現(xiàn)催化劑活性的脫硝效率、SO2/SO3轉(zhuǎn)化率、NH3逃逸率以及壓降等綜合性能指標(biāo)。這些指標(biāo)一般在催化劑成品完成后需要在實(shí)驗(yàn)室實(shí)際煙氣工況下進(jìn)行檢測,以確認(rèn)各指標(biāo)符合要求。
5.1脫硝效率
指進(jìn)入反應(yīng)器前、后煙氣中NOx的質(zhì)量濃度差除以反應(yīng)器進(jìn)口前的NOx濃度(濃度均換算到同一氧量下), 直接反映了催化劑對NOx的脫除效率。一般情況下,脫硝工程會設(shè)計(jì)初期脫硝率和遠(yuǎn)期脫硝率,通過初置 和預(yù)留若干催化劑層,今后逐層添加來滿足未來可能日益嚴(yán)格的排放要求。
5.2SO2/SO3轉(zhuǎn)化率
指煙氣中SO2轉(zhuǎn)化成SO3的比例。SO2/SO3轉(zhuǎn)化率越高,催化劑活性越好,所需要催化劑量越少,但轉(zhuǎn)化率過 高會導(dǎo)致空預(yù)器堵灰及后續(xù)設(shè)備腐蝕,而且會造成催化劑中毒。因此,一般要求SO2/SO3轉(zhuǎn)化率小于1%。在釩鈦催化劑中加入鎢、鉬等成分,可有效地抑制SO2轉(zhuǎn)化成SO3。
5.3NH3逃逸率
催化劑反應(yīng)器出口煙氣中NH3的體積分?jǐn)?shù),它反映了未參加反應(yīng)的NH3。如果該值高,一是會增加生產(chǎn)成本 ,造成NH3的二次污染;二是NH3與煙氣中的SO3反應(yīng)生成NH4HSO4和(NH4)2SO4等物質(zhì),會腐蝕下游設(shè)備,并增大系統(tǒng)阻力。
5.4壓降
煙氣經(jīng)過催化劑層后的壓力損失。整個(gè)脫硝系統(tǒng)的壓降是由催化劑壓降以及反應(yīng)器及煙道等壓降組成, 這個(gè)壓降應(yīng)該越小越好,否則會直接影響鍋爐主機(jī)和引風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行。在催化劑設(shè)計(jì)中合理選擇催化 劑孔徑和結(jié)構(gòu)形式,是降低催化劑本身壓降的重要手段。
5.5其他
除了以上物理、化學(xué)和工藝性能指標(biāo)外,各特定SCR脫硝項(xiàng)目工程所采用的催化劑還有體積、尺寸等合同指標(biāo),在催化劑評標(biāo)、驗(yàn)收中也作為很重要的參數(shù)需要予以審核。
