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SCR平板式脱硝催化剂性能分析和运行管理

时间:2019-10-31 10:19

来源:《环境工程》

作者:朱文韬等

通过对燃煤机组 SCR 平板式脱硝催化剂的性能进行分析,跟踪催化剂实际运行性能,实时掌握催化剂的实际运行效果,并分析出影响催化剂性能下降的因素,从而有针对性的制定催化剂加装或更换方案,在保证脱硝设施稳定运行的同时最大化发挥催化剂的实际运行寿命。

0 引 言

燃煤机组烟气脱硝广泛采用选择性催化剂还原( SCR) 工艺,脱硝催化剂是 SCR 工艺的核心,催化剂的性能直接关系到机组的整体脱硝效果,催化剂寿命长短( 化学寿命、机械寿命) 关乎燃煤电厂脱硝装置的经济性。

新鲜催化剂性能检测与评价,可有效评判催化剂的性能,对入厂前催化剂性能起到把关作用; 在役催化剂性能检测可实现对催化剂性能的跟踪,以便及时根据脱硝装置催化剂运行情况制定合适的催化剂管理方案。

本文以某燃煤机组脱硝装置新鲜板式催化剂及运行 3 年的在役催化剂为研究对象,对其进行表观、理化特性( 微观比表面积、XRF、ICP 等) 、工艺特性检测,分析催化剂性能下降原因,有针对性的制定适合的催化剂管理方案,在保证脱硝设施稳定运行的同时最大化发挥催化剂的实际运行寿命。

1 催化剂检测

1. 1 项目概况

该燃煤机组容量 300 MW,采用 SCR 烟气脱硝装置,一炉双反应器布置,反应器内催化剂采用“3+1”模式布置,初装 2. 5 层平板式催化剂,催化剂体积总量为 510 m3,初装催化剂已运行超 3 年时间,脱硝装置入口设计参数见表 1。

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1. 2 催化剂样品外观情况

新鲜催化剂表面平整无裂纹,存在较多凸起的化学斑块; 运行 3 年后的在役催化剂外观基本完整,部分催化剂样品迎风面稍有磨损,表面有少量化学物质脱落。催化剂外观情况见图 1 和图 2。

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2 催化剂活性测试及性能分析

2. 1 催化剂活性测试

催化剂活性测试仪器为自制中型催化剂活性测试装置,主要组成部分为: 气瓶组、气体混合加热器、模拟反应器和烟气分析系统( 仪器示意如图 3) 。

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将催化剂样品 A 层、B 层、C 层切割为宽度约42 mm,长度约为 630 mm 试片 35片,按照节距为 7. 0mm 组合为 A 层 + B 层 + C 层 3 层 催 化 剂 测 试试 样( 上、中层各为 2 个模块,下层为 1 个模块) 进行实验,测试工况及实验结果分别见表 2 和表 3。

从检测结果可知,在设计烟气条件下,当运行中3 层组合催化剂脱硝效率达到 89. 2%时,K / K0值为0. 72,催化剂活性有一定程度的衰减。

2. 2 催化剂性能分析

本文从主要化学成分、微量元素、扫描电镜和微观比表面积 4 个参数角度对催化剂活性下降原因进行分析。

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2. 2. 1 主要化学成分

目前燃煤电厂广泛使用的平板式催化剂主要为V2O5-MoO3/ TiO2催化剂,高比表面积的锐钛型 TiO2为脱硝催化剂的载体,V 是催化剂中的主要活性物质,MoO3能给催化剂表面提供热稳定的酸性位。

本次实验采用 X 射线荧光光谱仪( ZSXPrimusIIX理学) ,根据 GB/T 31590—2015 熔融法检测,前后两次检测对比见图 4。

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由图 4 可知,运行中 3 层催化剂样品的 V2O5、Mo O3、TiO2组分含量较新鲜催化剂均有一定程度的降低,SiO2组分含量较新鲜催化剂有所升高。经大量研究表明,催化剂不断经高温烟气冲刷后会造成活性组分损失( 活性位减少、磨损引起的活性组分减少) 及微观孔道的阻塞等。

此催化剂样品灼烧减量较高,主要化学成分中有23%左右的成分被灼烧掉,经核实,主要化学成分中SO3约占 13%。SO3会与烟气中的 CaO、NH3等发生反应,生成CaSO4、( NH4)2SO4和 NH4HSO4等物质,黏附在催化剂表面或孔道中,使 NH3难以扩散到催化剂表面,致使脱硝效率下降。

2. 2. 2 扫描电镜

实验采用日本 Hitachi 公司的 S-4800 型扫描电子显微镜( SEM) ,测试条件为: 催化剂粉末样,真空下镀铂,工作电压 25 kV、电流 1x10-11A。扫描电镜图见图 4。3 层运行中催化剂样品颗粒均出现轻微的团聚现象,但没有出现明显的烧结。

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2. 2. 3 微量元素

采用电感耦合等离子体发射光谱法测量催化剂样品微量元素,检测结果见表 4。

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B 层、C 层的 K、Na 含量相对于新鲜催化剂有较大程度的升高,3 层催化剂的 Ca、Fe含量相对于新鲜催化剂均有较大程度的升高,且均检测出 As。烟气中的碱金属、碱土金属、Fe、As 等既会堵塞催化剂微观孔道,又可与活性组分 V2O5的活性酸性位结合,减少催化剂上有效活性位数量,使得催化剂表面 NH3吸附量减少,从而导致对催化剂活性成分的破坏,致使钒系 SCR 脱硝催化剂中毒。

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编辑:李丹

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