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华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心华电国际脱硝技术研讨会脱硝催化剂技术李锋环保技术部华电电力科学研究院2011年6月14日青岛华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心脱硝催化剂的基本要求脱硝催化剂的一般描述脱硝催化剂的失活和预防脱硝催化剂的设计选型华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心华电集团脱硝催化剂规范华电电科院脱硝业务简介华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心第一部分脱硝催化剂的基本要求华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心1.1SCR简介•SCR脱硝技术是指使用还原剂(NH3等)在合适的温度范围(300-420℃)在有氧条件下在催化剂的作用下将NOx选择性的还原为无害的氮气和水;•SCR脱硝技术具有脱硝率高,选择性好,成熟可靠等优点,是国内外电站最广泛采用的烟气脱硝技术;•SCR技术是美国Eaglehard在50年代取得专利,七十年代后期在日本的工业电站得到应用,随后在欧洲、美国等地区得到广泛的应用。华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心1.2SCR脱硝工艺特点•SCR烟气脱硝技术的优点–SCR烟气脱硝技术脱硝效率高,脱硝效率一般可达80%~90%,可将氮氧化物排放浓度降至100mg/m3以下。–SCR烟气脱硝技术成熟可靠,应用广泛,适合在煤质多变、机组负荷变动频繁以及对空气质量要求较敏感的区域的新建燃煤机组上使用;•SCR烟气脱硝技术的缺点–需要使用脱硝催化剂,催化剂价格昂贵,投资和运行成本高;–需要使用液氨、氨水或尿素等作为还原剂,消耗费用大;–若用液氨作为还原剂,由于它们是危险化学品,在储运和使用过程的安全问题尤应引起关注。•由于我国火电厂燃煤复杂多变,在我国已建成或拟建的烟气脱硝工程中大多采用SCR法。华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心1.2SCR在中国的应用•由于我国火电厂燃煤复杂多变,在我国已建成或拟建的烟气脱硝工程中大多采用SCR法。•据不完全统计,截至2008年底,全国约有90多家电厂的近200台总装机容量为1.05亿千瓦的机组已通过环评,其中已建、在建或拟建的火电厂烟气脱硝项目达到5745万千瓦装机容量。•所采用的工艺技术主要是选择性催化还原法(SCR),约占96%,非选择性还原催化法(SNCR)只占4%。•根据《火电厂氮氧化物排放标准》(二次征求意见稿)的要求,要达到新机组或重点地区老机组改造100mg/Nm3的排放要求必须加装SCR脱硝催化剂,非重点地区200mg/Nm3的排放要求,SCR技术仍是首选。华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心1.3SCR脱硝主反应•SCR脱硝技术是指使用还原剂(NH3等)在合适的温度范围(300-420℃)、在有氧条件下在催化剂的作用下将NOx选择性的还原为无害的氮气和水;•由于NO占95%左右,所以第一个反应是SCR脱硝的主反应,实际消耗的氨氮比接近于1:1。•SCR反应机理为Eley-Rideal机理,即SCR反应发生在催化剂吸附的NH3和气相或微弱吸附的NOx之间,为快速反应;•SCR反应集中发生在催化剂表面的0.1mm以内,反应速度主要取决于催化剂的表面积。OHNONONH22236444OHNONONH222236324华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心催化剂催化剂表面烟气41235761234567氨在催化剂表面的扩散氨在催化剂内部小孔的扩散氨在催化剂活性区域中间被吸附氮氧化物从烟气中扩散到被吸附的氨的上面氮氧化物和氨发生反应生成氮气和水氮气和水脱离催化剂表面氮气和水扩散到烟气中SCR反应过程华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心1.4SCR脱硝副反应(1)•电厂脱硝催化剂为V2O5/TiO2基催化剂,在脱硝的同时会发生SO2氧化的副反应:–生成的硫酸氢铵的粘性较大,易造成飞灰在空预器中低温段空预器受热面沉积,引起下游的设备和管道的堵塞和腐蚀,所以一般要求脱硝过程SO2氧化率低于1%,氨逃逸小于3ppm;–此外喷氨温度需保持在300℃以上,以避免硫酸铵盐在催化剂上沉积,造成催化剂微孔堵塞,活性下降。•SO2氧化反应属于慢反应,在整个催化剂壁厚范围内均会发生,减小催化剂的壁厚将有助于降低SO2转化率。3222/1SOOSO44233HSONHOHNHSO华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心0,010,11101001000100001000001101001000300°C280°C260°C240°C220°CSO3ppmvNH3ppmv华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心1.4SCR脱硝副反应(2)•SCR脱硝反应的另一副反应是将烟气中部分元素Hg氧化成二价Hg,从而有助于Hg在脱硫吸收塔中被洗涤,从而减少Hg向大气中的排放,实现Hg减排的目的。2O20HgHgSCR催化剂,华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心1.5中国SCR脱硝催化剂的典型布置华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心SCR脱硝催化剂位于省煤器和空预器之间;高灰布置的优点:高灰布置形式的运行温度在320~400℃,处于催化剂的活性温度范围,无需补燃或换热,系统简单;95%的燃煤脱硝装置采用的是高灰布置形式,脱硝反应器设置于省煤器和空预器之间。1.5中国SCR脱硝催化剂的典型布置华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心高灰布置的缺点:由于烟气的粉尘含量较高,为防止催化剂堵塞,需要使用大孔径的蜂窝式催化剂或平板式催化剂,而且必须采用垂直布置;为了防止催化剂的磨损,选择的催化剂的壁厚较大;由于烟气中含有SOx,而且反应温度较高(350℃),会有更多的SO2转化为SO3,所以为了限制SO2的氧化率和NH4HSO4的生成,需要使用活性相对较低的SCR催化剂;烟气中含尘量大,毒物多,更容易造成催化剂的中毒,催化剂寿命较短;由于以上原因,造成脱硝催化剂体积较大,SCR系统造价成本高。1.5中国SCR脱硝催化剂的典型布置华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心虽然在高灰SCR(HD-SCR)系统中催化剂长期处于高浓度粉尘的烟气中,更易造成催化剂中毒、磨损、堵塞等,但由于催化剂位于省煤器和空预器之间,与催化剂活性温度窗口一致(250℃~450℃),而且随着催化剂的进步,现在的催化剂供应商一般都确保催化剂三年以上的使用寿命,目前燃煤电厂SCR多采用高灰布置,国内采用的电厂SCR脱硝系统均为高灰布置形式。1.5中国SCR脱硝催化剂的典型布置华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心1.6SCR脱硝对催化剂的要求(1)•SCR催化剂是SCR脱硝系统的核心,直接决定着SCR系统的性能和投资运行成本;•SCR催化剂布置在省煤器和空预器之间,需要在300~420℃温度范围内脱硝效率高、选择性好、抗毒性强、运行可靠;•SCR催化剂承受的高温、高尘、高SO2含量和高中毒的烟气条件,对脱硝催化剂的耐高温、耐堵塞、耐磨损、抗中毒性能和低SO2氧化活性提出更高的要求;•中国的SCR系统为无SCR旁路和无省煤器旁路结构,对脱硝催化剂的安全可靠性提出更高的要求;•中国煤种复杂多变,对脱硝催化剂的适应性也有更高的要求。华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心1.6SCR脱硝对催化剂的要求(2)华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心脱硝装置的指标还原剂液氨NOx脱除率%SCR入口NOx含量Mg/Nm3NH3(干基,6%O2)逃逸率Vol.ppmSO2/SO3转化率%氨耗量Kg/h催化剂阻力(附件层添加前后)Pa最低连续烟温℃最高连续烟温℃最低喷氨温度℃短时最高承受烟温℃催化剂化学寿命h催化剂机械寿命年1.7SCR脱硝催化剂的性能要求华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心第二部分脱硝催化剂的一般描述华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心2.1脱硝催化剂布置华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心2.2脱硝催化剂成分华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心2.3脱硝催化剂形状华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心催化剂标准模块2.3脱硝催化剂形状华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心2.3脱硝催化剂形状华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心2.4SCR催化剂微观结构华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心0100200300400500600110100100010000100000Porediameter[nm]d(v)/d(logdp)[ml/kg]N2adsorptionHgporosimetryCBAN2adsorptionporevolume:196ml/kgHgporevolume:366ml/kgH2Oporevolume:600ml/kgA:Macropores200μm5µmB:Mesopores200nmC:Micropores2.4SCR催化剂微观结构华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心2.4SCR催化剂微观结构华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心成分:不锈钢网作为催化剂的载体二氧化钛、氧化钒、氧化钼等作为活性催化原料特性:1,更高的耐飞灰腐蚀性能2,积灰对系统脱硝的影响更低3,不易粘结飞灰4,良好的热力和机械性能5,较低的SO2转化率6,更少的压力损失平板式催化剂单板尺寸:厚度:0.6–0.8mm高度:550mm-625mm深度:456mm重量:0.7kg2.5平板式催化剂华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心标准模块尺寸:长度1882mm宽度954mm高度1474mm总重量1443Kg平板式催化剂模块2.5平板式催化剂华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心准备催化剂原料混合板式催化剂的压制将催化剂原料碾压在不锈钢网格上单板褶皱的压制将一定数量的单板组成催化剂单体将若干个单体组成一个催化剂模块煅烧平板式催化剂制造工艺流程2.5平板式催化剂华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心将催化剂原料均匀地碾压在不锈钢网格上,然后切割并压制成带有褶皱的单板,最后将这些单板组成催化剂的单体.平板式催化剂生产线2.5平板式催化剂华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心平板式催化剂的煅烧工艺通过煅烧使催化剂达到以下设计所需的性能要求:•晶体特性:-晶粒尺寸-微孔容积•机械性能参数:-强度-耐久度2.5平板式催化剂华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心将催化剂单体组装成模块,这样更有利于以后催化剂的安装.模块的尺寸都有一定标准,但是根据不同客户不同项目的特殊要求,模块的尺寸可以有所更改.平板式催化剂模组的组装2.5平板式催化剂华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心SINOx®板式催化剂的安装平板式催化剂模块的安装2.5平板式催化剂华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心催化剂的安装•Baffleplates安装于沿催化剂模组支撑以及反应器侧壁;•合理安装Baffleplates是控制烟气中飞灰分布、减少积灰的必要手段。BaffleplatesReactorwall2.5平板式催化剂华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心成分:主要成分为陶瓷,二氧化钛、氧化钒、氧化钨作为活性成分特性:比表面积较高体积小在低尘烟气中活性较高催化剂长度和孔隙的大小都是可选的蜂窝式催化剂尺寸:催化剂长度1100mm左右孔径2.4~8.2mm每平方英寸大约6~300个单元蜂窝式催化剂2.6蜂窝式催化剂华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心蜂窝式催化剂模块2.6蜂窝式催化剂华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心蜂窝式催化剂制造工艺流程2.6蜂窝式催化剂华电电力科学研究院华电集团动力技术研究中心根据所需几何尺寸:-每个催化剂单体的孔数量-通流面积-壁厚调节蜂窝式催化剂挤出模具以得到与设计
本文标题:专项资金申请报告
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