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SCR脱硝催化剂的各项指标分析


SCR 脱硝催化剂的各项指标分析
催化剂作为 SCR 脱硝反应的核心,其质量和性能直接关系到脱硝 效率的高低,所以,在火电厂脱硝工程中, 除了反应器及烟道的设计 不容忽视外,催化剂的参数设计同样至关重要。 一般来说,脱硝催化剂都是为项目量身定制的,即依据项目烟气 成分、特性,效率以及客户要求来定的。 催化剂的性能(包括活性、 选择性、 稳定性和再生性)无法直接量化,而是

综合体现在一些参数上, 主要有:活性温度、几何特性参数、机械强度参数、化学成分含量、 工艺性能指标等。 1 活性温度 催化剂的活性温度范围是最重要的指标。 反应温度不仅决定反应 物的反应速度,而且决定催化剂的反应 活性。 如 V2O5-WO3/TiO2 催化 剂,反应温度大多设在 280~420℃之间。如果温度过低,反应速度慢, 甚至生 成不利于 NOx 降解的副反应;如温度过高,则会出现催化剂活 性微晶高温烧结的现象。 2 几何特性参数 2.1 节距/间距 这是催化剂的一个重要指标,通常以 P 表示。其大小直接影响到 催化反应的压降和反应停留时间,同时还 会影响催化剂孔道是否会 发生堵塞。对蜂窝式催化剂,如蜂窝孔宽度为(孔径)为 d,催化剂内壁 壁厚为 t, 则: Pd+t

对平板和波纹式催化剂,如板与板之间宽为 d,板的厚度为 t,则: P=d+t 由于 SCR 装置一般安装在空预器之前,飞灰浓度可大于 15g/m3(干,标态),如果催化剂间隙过小,就会造成 飞灰堵塞,从而阻 止烟气与催化剂接触,效率下降,磨损加重。一般情况下,蜂窝式催化 剂堵灰要比平板式 严重些,需要适当地加大孔径。 燃煤电站 SCR 脱硝 工程中的蜂窝式催化剂节距一般在 6.3~9.2mm 之间,同等 条件下,板 式催化剂间距可以比蜂窝式稍小些。 2.2 比表面积 比表面积是指单位质量催化剂所暴露的总表面积,或用单位体积 催化剂所拥有的表面积来表示。 由于脱 硝反应是一个多相催化反应, 且发生在固体催化剂的表面,所以催化剂表面积的大小直接影响到催 化活性 的高低,将催化剂制成高度分散的多孔颗粒为反应提供了巨 大的表面积。 蜂窝式催化剂的比表面积比平 板式的要大得多,前者一 般在 427~860m2/m3,后者约为其一半。 2.3 孔隙率和比孔体积 孔隙率是催化剂中孔隙体积与整个颗粒体积之比。 孔隙率是催化 剂结构最直接的一个量化指标,决定了 孔径和比表面积的大小。 一般 催化剂的活性随孔隙率的增大而提高,但机械强度会随之下降。比孔 体积 则指单位质量催化剂的孔隙体积。 2.4 平均孔径和孔径分布 通常所说的孔径是由实验室测得的比孔体积与比表面相比得到

的平均孔径。催化剂中的孔径分布很重要 ,反应物在微孔中扩散时, 如果各处孔径分布不同,会表现出差异很大的活性,只有大部分孔径 接近平均孔 径时,效果最佳。 3 机械强度参数 主要体现了催化剂抵抗气流产生的冲击力、摩擦力、耐受上层催 化剂的负荷作用、温度变化作用、及相 变应力作用的能力。机械强 度参数共有 3 个指标,即轴向机械强度、横向机械强度和磨耗率。前 2 个分别 是指单位面积催化剂在轴向和横向可承受的重量。磨耗率 则是用一定的试验仪器和方法测定得到的单位 质量催化剂在特定条 件小的损耗值,用于比较不同催化剂的抗磨损能力。 4 化学成分含量 即指活性组分及载体,如 V2O5-WO3/TiO2 催化剂中各成分的质量 百分数。 这其中关键为起催化作用的量, 助催化与载体的配比量也同 样重要。根据不同用户的情况,含量会有所不同。一般情况下,V2O5 占 1% ~5%,WO3 占 5%~10%,TiO2 占其余绝大部分比例。 5 工艺性能指标 包括体现催化剂活性的脱硝效率、SO2/SO3 转化率、NH3 逃逸率 以及压降等综合性能指标。这些指标一般 在催化剂成品完成后需要 在实验室实际烟气工况下进行检测,以确认各指标符合要求。 5.1 脱硝效率 指进入反应器前、 后烟气中 NOx 的质量浓度差除以反应器进口前 的 NOx 浓度(浓度均换算到同一氧量下), 直接反映了催化剂对 NOx 的

脱除效率。一般情况下,脱硝工程会设计初期脱硝率和远期脱硝率, 通过初置 和预留若干催化剂层,今后逐层添加来满足未来可能日益 严格的排放要求。 5.2SO2/SO3 转化率 指烟气中 SO2 转化成 SO3 的比例。SO2/SO3 转化率越高,催化剂活 性越好,所需要催化剂量越少,但转化率过 高会导致空预器堵灰及后 续设备腐蚀,而且会造成催化剂中毒。 因此,一般要求 SO2/SO3 转化率 小于 1%。 在钒钛催化剂中加入钨、钼等成分,可有效地抑制 SO2 转 化成 SO3。 5.3NH3 逃逸率 催化剂反应器出口烟气中 NH3 的体积分数,它反映了未参加反应 的 NH3。如果该值高,一是会增加生产成本 ,造成 NH3 的二次污染;二 是 NH3 与烟气中的 SO3 反应生成 NH4HSO4 和(NH4)2SO4 等物质,会腐 蚀下游设备,并 增大系统阻力。 5.4 压降 烟气经过催化剂层后的压力损失。 整个脱硝系统的压降是由催化 剂压降以及反应器及烟道等压降组成, 这个压降应该越小越好,否则 会直接影响锅炉主机和引风机的安全运行。 在催化剂设计中合理选择 催化 剂孔径和结构形式,是降低催化剂本身压降的重要手段。 5.5 其他 除了以上物理、化学和工艺性能指标外,各特定 SCR 脱硝项目工

程所采用的催化剂还有体积、尺寸等合同 指标,在催化剂评标、验收 中也作为很重要的参数需要予以审核。


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