前面我們介紹了SCR脫硝催化劑按原材料可分為貴金屬類、金屬氧化物類和離子交換的沸石分子篩類三種,也介紹了按形狀可分為蜂窩式、波紋式、平板式三種。今天我們繼續介紹催化劑性能要求。

脫硝催化劑

1、催化劑設計需考慮事項

催化劑的設計應由煙氣流量、煙氣溫度、煙氣的組分、飛灰含量、有毒元素含量、催化劑使用壽命等方面綜合考慮。

2、催化劑的孔數選擇

根據鍋爐煙氣工況特性,為了降低高飛灰工況造成催化劑孔道的堵塞幾率,優選大節距催化劑。采用“高溫高塵”或“高溫中塵”布置時,根據煙氣中粉塵濃度,催化劑可選8~18孔規格。

3、催化劑的壁厚選擇

鍋爐煙氣中粉塵濃度高,粉塵主要由CaO、未煅燒分解的CaCO3、SiO2、Al2O3等物質組成,市面上的催化劑產品均會對催化劑迎風面做端面硬化處理,但在高濃度粉塵的長期沖刷下,仍然會造成催化劑磨損,因此在催化劑選型時,應考慮選擇內壁厚在1.1 mm以上的催化劑,以保證催化劑運行時的機械強度。

4、氣流速度的選擇

反應器內氣流速度過快,煙氣中的粉塵長期沖刷催化劑迎風面,催化劑的機械強度會下降;氣流速度過慢,高濃度的粉塵會沉積在催化劑表面,催化劑孔道堵塞幾率增大。結合鍋爐煙氣中粉塵濃度、粉塵特性及催化劑壁厚、開孔率等參數綜合考慮,建議反應器內空塔流速選取3.0~4.0 m/s,催化劑孔內流速選取4.5~5.5 m/s。

5、 催化劑體積的選擇

鍋爐煙氣中如果含有較高的堿土金屬CaO,CaO會造成催化劑中毒,導致催化劑活性下降,脫硝效率降低。Stobert研究發現,SCR催化劑中CaO含量越高,對催化劑的毒化作用越大,他指出CaO和SO3反應生成的CaSO4沉積在催化劑表面,之后在高溫及長期積累下發生顆粒團聚并不斷長大,導致CaSO4體積膨脹,堵塞催化劑孔道,導致活性位不能參與反應,催化劑活性下降。

Nicosia研究表明:Ca通過占據催化劑表面的V-OH和V=O活性位,影響NH3在催化劑表面的吸附量,降低催化劑催化還原NOx的能力。

上述研究表明:堿土金屬引起的催化劑化學中毒與催化劑表面釩酸性位被占據相關,可以通過提高催化劑載體的酸性來提高催化劑抗堿性金屬中毒的能力。劉清才提出一種能抗堿金屬中毒的催化劑制備方法,通過在催化劑中加入CeO2改性,形成更多的表面酸性位和表面化學吸附氧,更有利于NH3在催化劑表面的吸附和氧化,V與Ce之間協同作用形成的V-O-Ce活性中心,可有效地抑制V的活性中心被堿金屬破壞,進而極大地提高了催化劑的脫硝性能和抗堿金屬中毒性能。陸強采用輥壓涂覆成型工藝制得一種能抗堿金屬和硫中毒性能的平板式催化劑,這種催化劑載體為二氧化鈦固體超強酸,活性成分為五氧化二釩,催化助劑為三氧化鎢、三氧化二銻和硫酸銅。

綜上所述,能有效抵抗堿金屬中毒能力的催化劑目前仍處于實驗研究階段,商業投運的很少。針對高堿土金屬的煙氣工況,采用增加普通釩鈦類催化劑體積裕量的方法來滿足設計使用壽命是合理的,根據鍋爐煙氣工況,催化劑體積應比正常工況下的增加25%~30%。表2為催化劑推薦的面積速度(單位表面積的催化劑處理的煙氣量)。

催化劑防堵灰措施

根據鍋爐煙氣高塵工況特性,應采取聲波和耙式組合吹灰方式,對催化劑進行清潔處理。需配備專用空壓機組,壓縮空氣經耙管對催化劑表面進行移動吹掃,保持催化劑孔道暢通。耙式吹灰器吹灰壓力一般控制在0.6 MPa以上,每層催化劑的吹灰頻次根據系統壓差情況進行設定;膜片式聲波吹灰器一般控制壓縮空氣壓力在0.5~0.7MPa,每層催化劑的吹灰頻次建議3~4次/h,一次運行時間持續10s。