脫硝催化劑的重要指标
摘要：
催化劑作爲SCR脫硝反應的核心,其質量和性能直接關系到脫硝效率的高低,所以,在火(huǒ)電(diàn)廠脫硝工(gōng)程中(zhōng), 除了反應器及煙道的設計不容忽視外(wài),催化劑的參數設計同樣至關重要
催化劑作爲SCR脫硝反應的核心,其質量和性能直接關系到脫硝效率的高低,所以,在火(huǒ)電(diàn)廠脫硝工(gōng)程中(zhōng), 除了反應器及煙道的設計不容忽視外(wài),催化劑的參數設計同樣至關重要。
一(yī)般來說,脫硝催化劑都是爲項目量身定制的,即依據項目煙氣成分(fēn)、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、穩定性和再生(shēng)性)無法直接量化,而是綜合體(tǐ)現在一(yī)些參數上,主要有:活性溫度、幾何特性參數、機械強度參數、化學成分(fēn)含量、工(gōng)藝性能指标等。
1.活性溫度
催化劑的活性溫度範圍是zui重要的指标。反應溫度不僅決定反應物(wù)的反應速度,而且決定催化劑的反應 活性。如V2O5-WO3/TiO2催化劑,反應溫度大(dà)多設在280~420℃之間。如果溫度過低,反應速度慢(màn),甚至生(shēng) 成不利于NOx降解的副反應;如溫度過高,則會出現催化劑活性微晶高溫燒結的現象。
2.幾何特性參數
2.1節距/間距
這是催化劑的一(yī)個重要指标,通常以P表示。其大(dà)小(xiǎo)直接影響到催化反應的壓降和反應停留時間,同時還 會影響催化劑孔道是否會發生(shēng)堵塞。對蜂窩式催化劑,如蜂窩孔寬度爲(孔徑)爲d,催化劑内壁壁厚爲t, 則: 對平闆和波紋式催化劑,如闆與闆之間寬爲d,闆的厚度爲t,則: 由于SCR裝置一(yī)般安裝在空預器之前,飛灰濃度可大(dà)于15g/m3(幹,标态),如果催化劑間隙過小(xiǎo),就會造成 飛灰堵塞,從而阻止煙氣與催化劑接觸,效率下(xià)降,磨損加重。一(yī)般情況下(xià),蜂窩式催化劑堵灰要比平闆式嚴重些,需要适當地加大(dà)孔徑。燃煤電(diàn)站SCR脫硝工(gōng)程中(zhōng)的蜂窩式催化劑節距一(yī)般在6.3~9.2mm之間,同等 條件下(xià),闆式催化劑間距可以比蜂窩式稍小(xiǎo)些。
2.2比表面積
比表面積是指單位質量催化劑所暴露的總表面積,或用單位體(tǐ)積催化劑所擁有的表面積來表示。由于脫 硝反應是一(yī)個多相催化反應,且發生(shēng)在固體(tǐ)催化劑的表面,所以催化劑表面積的大(dà)小(xiǎo)直接影響到催化活性 的高低,将催化劑制成高度分(fēn)散的多孔顆粒爲反應提供了巨大(dà)的表面積。蜂窩式催化劑的比表面積比平 闆式的要大(dà)得多,前者一(yī)般在427~860m2/m3,後者約爲其一(yī)半。
2.3孔隙率和比孔體(tǐ)積
孔隙率是催化劑中(zhōng)孔隙體(tǐ)積與整個顆粒體(tǐ)積之比。孔隙率是催化劑結構zui直接的一(yī)個量化指标,決定了 孔徑和比表面積的大(dà)小(xiǎo)。一(yī)般催化劑的活性随孔隙率的增大(dà)而提高,但機械強度會随之下(xià)降。比孔體(tǐ)積 則指單位質量催化劑的孔隙體(tǐ)積。
2.4平均孔徑和孔徑分(fēn)布
通常所說的孔徑是由實驗室測得的比孔體(tǐ)積與比表面相比得到的平均孔徑。催化劑中(zhōng)的孔徑分(fēn)布很重要 ,反應物(wù)在微孔中(zhōng)擴散時,如果各處孔徑分(fēn)布不同,會表現出差異很大(dà)的活性,隻有大(dà)部分(fēn)孔徑接近平均孔 徑時,效果*。
3機械強度參數
主要體(tǐ)現了催化劑抵抗氣流産生(shēng)的沖擊力、摩擦力、耐受上層催化劑的負荷作用、溫度變化作用、及相 變應力作用的能力。機械強度參數共有3個指标,即軸向機械強度、橫向機械強度和磨耗率。前2個分(fēn)别 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(yī)定的試驗儀器和方法測定得到的單位 質量催化劑在特定條件小(xiǎo)的損耗值,用于比較不同催化劑的抗磨損能力。
4化學成分(fēn)含量
即指活性組分(fēn)及載體(tǐ),如V2O5-WO3/TiO2催化劑中(zhōng)各成分(fēn)的質量百分(fēn)數。這其中(zhōng)關鍵爲起催化作用的量, 助催化與載體(tǐ)的配比量也同樣重要。根據不同用戶的情況,含量會有所不同。一(yī)般情況下(xià),V2O5占1% ~5%,WO3占5%~10%,TiO2占其餘絕大(dà)部分(fēn)比例。
5工(gōng)藝性能指标
包括體(tǐ)現催化劑活性的脫硝效率、SO2/SO3轉化率、NH3逃逸率以及壓降等綜合性能指标。這些指标一(yī)般在催化劑成品完成後需要在實驗室實際煙氣工(gōng)況下(xià)進行檢測,以确認各指标符合要求。
5.1脫硝效率
指進入反應器前、後煙氣中(zhōng)NOx的質量濃度差除以反應器進口前的NOx濃度(濃度均換算到同一(yī)氧量下(xià)), 直接反映了催化劑對NOx的脫除效率。一(yī)般情況下(xià),脫硝工(gōng)程會設計初期脫硝率和遠期脫硝率,通過初置 和預留若幹催化劑層,今後逐層添加來滿足未來可能日益嚴格的排放(fàng)要求。
5.2SO2/SO3轉化率
指煙氣中(zhōng)SO2轉化成SO3的比例。SO2/SO3轉化率越高,催化劑活性越好,所需要催化劑量越少,但轉化率過 高會導緻空預器堵灰及後續設備腐蝕,而且會造成催化劑中(zhōng)毒。因此,一(yī)般要求SO2/SO3轉化率小(xiǎo)于1%。在釩钛催化劑中(zhōng)加入鎢、钼等成分(fēn),可有效地抑制SO2轉化成SO3。
5.3NH3逃逸率
催化劑反應器出口煙氣中(zhōng)NH3的體(tǐ)積分(fēn)數,它反映了未參加反應的NH3。如果該值高,一(yī)是會增加生(shēng)産成本 ,造成NH3的二次污染;二是NH3與煙氣中(zhōng)的SO3反應生(shēng)成NH4HSO4和(NH4)2SO4等物(wù)質,會腐蝕下(xià)遊設備,并增大(dà)系統阻力。
5.4壓降
煙氣經過催化劑層後的壓力損失。整個脫硝系統的壓降是由催化劑壓降以及反應器及煙道等壓降組成, 這個壓降應該越小(xiǎo)越好,否則會直接影響鍋爐主機和引風機的安全運行。在催化劑設計中(zhōng)合理選擇催化 劑孔徑和結構形式,是降低催化劑本身壓降的重要手段。
5.5其他
除了以上物(wù)理、化學和工(gōng)藝性能指标外(wài),各特定SCR脫硝項目工(gōng)程所采用的催化劑還有體(tǐ)積、尺寸等合同指标,在催化劑評标、驗收中(zhōng)也作爲很重要的參數需要予以審核。
