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1、工程师培训资料 标题 脱硝催化剂培训 高端培训 培训人 xx 内部工程师培训 资料 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 华电集团脱硝催化剂规范 华电电科院脱硝业务简介 1 1 SCR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
2、的应用 1 2 SCR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 1 2
3、SCR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 1 3 S
4、CR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 催化剂 催化剂表面 烟气 4 1 23 5 7 6 1 2 3 4 5 6 7 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
5、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 1 4 SCR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
6、壁厚将有助于降低SO2转化率 SO3 ppmv NH3 ppmv 1 4 SCR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 1 5 中国SCR脱硝催化剂的典型布置 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 高灰布置的缺点 由于烟气的粉尘含量较高 为防
7、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 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
8、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 1 6 SCR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
9、 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 1 6 SCR脱硝对催化剂的要求 2 脱硝装置的指标 还原剂液氨 NOx脱除率 SCR入口NOx含量Mg Nm3 NH3 干基 6 O2 逃逸率Vol ppm SO2 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 7 SCR脱硝催化剂的性能要求 第二部分 脱硝催化剂的一般描述 2 1 脱硝催化剂布置
10、2 2 脱硝催化剂成分 2 3 脱硝催化剂形状 催化剂标准模块 2 3 脱硝催化剂形状 2 3 脱硝催化剂形状 2 4 SCR催化剂微观结构 A Macro pores 200 m 5 m B Meso pores 200 nm C Micro pores 2 4 SCR催化剂微观结构 2 4 SCR催化剂微观结构 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 8 mm 高度
11、550mm 625mm 深度 456 mm 重量 0 7 kg 2 5 平板式催化剂 标准模块尺寸 长度 1882mm 宽度 954mm 高度 1474mm 总重量 1443Kg 平板式催化剂模块平板式催化剂模块 2 5 平板式催化剂 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平板式催化剂制造工艺流程 2 5 平板式催化剂 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
12、 2 5 平板式催化剂 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 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 SINOxSINOx 板式催化剂的安装板式催化剂的安装 平板式催化剂模块的安装 2 5 平板式催化剂 催化剂的安装催化剂的安装 Baffle plates 安装于沿催化剂 模组支撑以及反应器侧壁 合理安装 Baffle plates
13、是控制 烟气中飞灰分布 减少积灰的 必要手段 Baffle plates Reactor wall 2 5 平板式催化剂 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 蜂窝式催化剂蜂窝式催化剂 2 6 蜂窝式催化剂 蜂窝式催化剂模块蜂窝式催化剂模块 2 6 蜂窝式催化剂 蜂窝式催化剂制造工艺流程蜂窝式催化剂制造工艺流程 2 6 蜂窝式催化剂 根据所需几何尺寸 每个催化剂单体的孔数量 通流面积
14、 壁厚 调节蜂窝式催化剂挤出模具以得 到与设计相符的蜂窝式催化剂 蜂窝式催化剂挤出成型 2 6 蜂窝式催化剂 蜂窝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 6 蜂窝式催化剂 2 6 蜂窝式催化剂 2 6 蜂窝式催化剂 2 6 蜂窝式催化剂 2 7 波纹板式催化剂 2 8 脱硝催化剂的检验检测 2 8 脱硝催化剂的检验检测 2 8 脱硝催化剂的检验检测 2 8 脱硝催化剂的安装 2 8 脱硝催化剂的安装 催化剂密封 2 8 脱硝催化剂的安装 2 8 脱硝催化剂的安装 第三部分 脱硝催化剂的失活和预防 3 1 催
15、化剂失活 3 1 催化剂失活 3 1 催化剂失活 由于受到烟气中的气体条件 粉尘条件和温度条件方面因素 的影响 催化剂的活性一般都会随着时间的延长而降低 3 1 催化剂失活 3 2 脱硝催化剂的添加 更换 催化剂的堵塞 催化剂的堵塞 3 3 催化剂堵塞 1 影响催化剂堵塞的因素 催化剂的孔径特征 节距 通流面积和断 面形状 灰的负荷和粘性 烟气 反应器的设计 在满负荷 部分负荷 时的烟气流速 导流板 冲击角度 大粒 径飞灰 粉尘的分布 催化剂的堵塞 催化剂堵塞的机理 燃烧过程中产生的大颗粒粉尘被烟气挟带至催化剂 如爆米花飞灰 合理选择催化剂孔径和形式 设置灰斗和格栅去除大颗粒 飞灰 在上游的流
16、动静止区细灰沉积结合成块状粉尘 通 过作用释放落到催化剂表面 优化烟道和反应器的设计 选择合适的催化剂 低于最低喷氨温度生成硫酸氢铵覆盖催化剂表面 运行温度低于最低喷氨温度及时停止喷氨 生成硫酸氢铵后及时升温将表面硫酸氢铵分解 3 3 催化剂堵塞 2 脱硝催化剂堵塞机理 最低喷氨温度和分解温度 催化剂节距 Pitch 是指相邻的板或壁中心之间的距离 pitchpitch pitchpitch SINOxSINOx 催化剂间距选择催化剂间距选择 102030g m3 7mm 间距 蜂窝式催化剂 8mm 8mm 间距间距 蜂窝式催化剂蜂窝式催化剂 5 mm 间距 板式催化剂 6 mm 间距 板式催化剂 催化剂节距选择催化剂节距选择 催化剂间距选择与烟气灰分之间的关系 85 低 高 69 通流面积 堵灰程度 催化剂节距的选择催化剂节距的选择 通流面积与堵灰程度之间的关系 通流面积通常用来描述催化剂的自由截面积 防止飞灰沉积的技术手段 通过安装合适的灰斗和其他设备 将烟气携带的粒 径大于1 5 2 5毫米的飞灰除去 根据灰的特性选择合适的催化剂节距 通过合理设计安装导流板和结构支撑来优化进口烟
