火电厂锅炉烟气SCR脱硝催化剂选型、检验及运行中应注意的问题.doc

1、火电厂锅炉烟气scr脱硝催化剂选型、检验及运行中应注意的问题一、催化剂选型问题探讨脱硝反应器一般都是采用高灰布置形式。脱硝反应器采用高灰布置形式，催化剂布置在反应器中。在高灰布置形式中，催化剂位于省煤器和空预器之间，该区域的温度区间与scr催化剂的活性温度范围相一致，但是由于催化剂长期处于高粉尘浓度的烟气中，会造成催化剂中毒、磨损、堵塞等问题；过高的温度还可能造成催化剂的烧结，使得催化剂寿命缩短；为了便于烟气中粉尘的通过和减小对催化剂的磨损，需要采用整体式宽通道（如大于7mm）、大壁厚（0.7mm）的催化剂，气流自上而下（燃煤电厂）垂直通过催化剂层；此外对催化剂的机械性能和so2氧化率也有严格

2、的要求，使用寿命需要达到24000运行小时数（即三年）以上或16000运行小时数（即两年以上），所以燃煤电厂对scr脱硝催化剂的要求较高。世界各国对scr催化剂进行了大量的研究，日本在70年代成功开发了v2o5/tio2基催化剂，并开始在电厂得到商业应用，该类型催化剂不仅价格相对较低，而且脱硝效率高、选择性强、抗中毒能力强、稳定可靠，80年代起，欧洲引进日本技术，该类型催化剂在欧洲得到迅速普及，目前在日本、欧洲、美国、亚洲等国家和地区都有大规模的应用。虽然v2o5/tio2基催化剂也存在一些缺陷和不足（如v2o5对so2的氧化有催化活性，会将so2氧化为so3（反应1-1），与逃逸的nh3、烟

3、气中的水蒸气等反应生成硫酸氢铵（反应1-2），生成的硫酸氢铵的粘性大，会在受热面沉积，造成下游设备和管道的堵塞和腐蚀，所以脱硝过程so2的转化率需要控制在1%以下； scr反应温度需控制在300以上，以防止硫酸铵盐在催化剂上沉积，造成催化剂微孔堵塞，活性下降），但是由于该类型催化剂反应温度适中，反应温度窗口宽（300450），脱硝率高（大于90%）、运行选择性好、抗中毒能力强、稳定可靠，v2o5/tio2基催化剂是世界scr脱硝领域主流的催化剂类型，目前各大scr脱硝催化剂厂商正在对催化剂进行改进，以降低v2o5/tio2催化剂的so2氧化性、减少催化剂的体积、提高催化剂的耐磨损性和机械强度。

4、 （1-1）（1-2）由于v2o5/tio2基催化剂的scr反应的活性温度范围在300420，与燃煤电厂中省煤器和空预器之间的温度相一致，所以目前的scr脱硝催化反应器大多采用高灰布置，但是由于催化剂长期处于高粉尘浓度的烟气中，会带来催化剂中毒、磨损、堵塞等问题；过高的温度还可能造成催化剂的烧结，使催化剂寿命缩短；为了便于烟气中粉尘的通过和减小粉尘对催化剂的磨损，采用整体式宽通道（如大于6mm）、大壁厚（0.7mm）的催化剂，气流自上而下垂直通过催化剂层；此外对催化剂的机械强度和so2氧化率也有严格的要求，使用寿命需要达到24000运行小时数（即三年）以上，对机械寿命也有很高的要求，所以燃煤电

5、厂对scr脱硝催化剂的要求较高。目前商业催化剂大多是v2o5-wo3(moo3)/tio2基催化剂，为了增加催化剂的机械强度，在催化剂基体材料中还添加了玻璃纤维和酸性白土等作为结构助剂。由于催化剂布置在省煤器和空预器之间的高灰区域，采用的结构形式多为蜂窝状、板状或波纹板状等成型性整体式scr催化剂。整体式催化剂的平行通道有利于飞灰的通过，具有开口面积大，压降小，不易堵塞等优点。由于烟气中具有较高的飞灰含量，会造成催化剂的磨损和中毒，所以整体式催化剂除了对活性、选择性有一定要求外，对机械强度、耐磨性和抗中毒性能有一定的要求。在三种整体式催化剂中，板式催化剂的开口面积最大，最有利于飞灰通过，此外板

6、式催化剂采用金属筛板作为担体，机械强度好，特别适用燃煤高灰scr脱硝场合；蜂窝状催化剂是以scr催化剂粉体为基体，与成型助剂等通过混合、捏合、挤压成型、干燥、煅烧等过程得到，由于活性成分在其中均匀分布，即使催化剂表面有磨损，仍可保持较强的活性，所以蜂窝状催化剂在高灰和低灰情况均可应用，另外蜂窝状催化剂开孔率低于板式催化剂，在要求相同的脱硝率需要的蜂窝状催化剂体积较小；而波纹板式催化剂是以波纹状纤维板为担体，在其表面涂有含活性组分的涂层，重量轻是波纹板式催化剂的最大优点，由于活性物质要比蜂窝状催化剂少70%，在粉尘的冲刷下当表面活性物质磨损流失后，催化活性下降较快，使用寿命较短，所以波纹板式催化

7、剂一般不太适合燃煤高灰脱硝，而在灰含量较低时的燃油和燃气脱硝中有较多应用。对于燃煤电厂脱硝的scr催化剂，在高灰场合大多采用蜂窝状和板状催化剂，波纹板式催化剂也有一定的使用。下表为三种催化剂的各自特点:三种类型的催化剂的比较蜂窝状催化剂板式催化剂波纹板式催化剂系统陶制均匀，整体充满活性成分以金属为担体，表面涂层为活性成分。波纹状玻璃纤维做担体，表面涂层为活性成分。特点比表面积大、活性高、催化体积小；催化活性物质比其他类型多5070%；催化再生仍保持选择性。比表面积小，催化剂体积大；生产简便，自动化程度高；烟气通过性好，不易堵塞；实际活性物质比蜂窝式少50%。比表面积介于蜂窝式与板式之间，重量轻

8、；生产自动化程度高；活性物质比蜂窝式少70%；烟气流动性很敏感。适用范围高尘及低尘均适用主要用于高尘主要用于低尘，在高尘有一定应用业绩二、催化剂选型比较：锅炉设计煤种烟尘浓度为：45g/nm3。为保证在目前煤种情况下，脱硝装置能够正常的运行，在催化剂进行设计选型时，烟尘浓度满足设计煤种进行设计并选型。推荐用蜂窝式催化剂。在工程设计过程中，考虑到炉后框架的设置，投标方的反应器设计尺寸为：10m12m。接合反应器的尺寸及催化剂模块尺寸（催化剂模块尺寸为1906966），现考虑催化剂模块的布置方案为512。根据烟尘浓度及灰份情况以及炉后框架尺寸，催化剂选型方案建议考虑为蜂窝式或板式。三、催化剂方案布

9、置比较脱硝催化剂方案一般为2+1方案1、 炉后框架的影响根据目前催化剂供应商所提供的资料，当采用单层布置时， 在达到催化剂模板最高高度的情况下，反应器尺寸很难适应炉后框架的布置。如果采用单层催化剂，炉后框架及柱网需要做适当的调整。2、 反应器及催化剂积灰的影响对于正常的反应器，为了保证反应器的积灰最少，同时保证催化剂不受烟气中的灰分的磨损，其反应器内烟气流速范围一般为46m/s，如果采用单层布置，反应器流速相对较低，会在一些死角及弯道处产生大量的积灰，催化剂内微孔内堆积倾向性加强，从而造成催化剂堵塞，除低催化剂的活性。3、 吹灰效果的影响当采用单层催化剂时，每个催化剂模块将会按会各个供应商所能

10、生产的极限高度进行生产，催化剂模块高度尺寸较高。由于灰分含量较高，为保证吹灰效果，吹灰器采用声波吹灰器吹灰方式。4、 催化剂经济运行的影响当催化剂化学寿命到达极限时，需重新加装或更换新的催化剂层。当采用单层催化剂布置时，由于单层催化剂所需用量较大，在重新加装或更换催化剂时，其一次性更换量较大，不利于经济运行。5、 催化剂阻力相对于两层催化剂布置，单层催化剂的系统阻力较少。四、验收催化剂标准简要表格如下：序号检测项目参数依据标准1单元外观催化剂单元外观检验作业指导书1.1外形尺寸小孔尺寸催化剂单元尺寸及变形检测作业指导书小孔数量节距外径内壁厚度外壁厚度几何表面积开孔率2体积密度3变形4强度横向压

11、缩强度催化剂单元强度检测作业指导书轴向压缩强度抗弯曲强度磨损率催化剂单元磨损强度检测作业指导书5比表面积比表面积检测作业指导书6总的小孔容积孔容孔径检测作业指导书7化学成分xrf化学成分分析作业指导书8使用性能催化剂使用性能（活性、脱硝效率、二氧化硫的转化率、压降）检测作业指导书五、采取防止催化剂中毒的有效措施以下为影响催化剂活性的各种因素以及措施：1) 烟气成份影响烟气成份中nox、o2、so2+so3和h2o对催化剂活性的影响如下。a) nox 如nox浓度在锅炉允许的正常范围内，催化剂活性与nox浓度无关。当nox浓度或流量上升时，则必须调整nh3含量以使脱硝率恒定，这样会使nh3逃逸量

12、增多，当nox浓度降低时则会发生相反的情况。nox不会减小催化剂活性。b) o2 氧气对催化剂具有相当重要的意义，氧浓度越高，催化剂活性越大。c) so2、so3在正常浓度范围内，这些物质不会影响催化剂的活性。但是so2会影响最低运行温度，因为它会与喷入的氨生成硫酸氢氨。d) h2o，水在正常浓度范围内，水对催化剂的影响极小。但是，催化剂不能曝露在冷凝水中，催化剂上的水冷凝物可能会在灰尘颗粒中生成上述硫酸氢氨和碳碳冷凝物，所以，尽量减少生成冷凝水。2) 催化剂减活运行时，脱硝催化剂活性根据进入催化剂床的物质和运行温度按一定的速度慢慢减少。根据技术规范给出的运行条件和预计催化剂寿命期间的减活情况

13、计算催化剂量。下述因素加快催化剂活性减弱，技术规范中没有提出这些，但应考虑这些因素以优化催化剂性能：毒物热烧结孔堵塞冷凝水生成硫酸氨生成硫酸a) 毒物灰尘中的碱性物如，na和k，和一定的ca和mg混合物会减弱催化剂活性，因为有水冷凝物并且会将溶解的碱性物带到催化剂。因此本系统设置有最低运行温度，从而避免低温下烟气中产生冷凝水，这样可以减少碱性毒物的危险。b) 热烧结烟气温度高于450c会产生tio2晶粒烧结物，本系统设置有最高运行温度且设置了高温报警保护，这样会减少表面积因此减少催化剂活性。c) 孔堵塞烟气中的灰尘颗粒会沉积在催化剂上，将孔堵塞、堵住活性部位通道。这种减活是不可避免的，在设计催

14、化剂量时要考虑这种因素。除选择适当尺寸孔径或节距的催化剂以适应烟气中的灰尘粒径通过外，每层催化剂均设置了定期吹灰以清理除掉沉积的灰尘颗粒，同时在scr入口设置灰斗以及对灰斗处烟道的合理设置进行预除灰，能够避免灰尘对催化剂影响。当启动锅炉时，如不完全燃烧，由不能燃烧的碳氢化合物组成的煤灰颗粒会生成。煤灰颗粒是典型的结颗粒，会造成煤灰沉积因此会减活催化剂。d) 水、硫酸氢氨和碳碳冷凝物催化剂上的水冷凝物可能会在灰尘颗粒中生成上述碱金属毒物，这些毒物会被转移到催化剂造成减活。因此，水会使灰尘颗粒在孔中硬化。根据烟气中so3浓度确定最小运行温度以避免生成硫酸氢氨。如反应器低于此温度运行，活性会立即丢失

15、。温度升高会重新得到大部分活性，但，如果催化剂长时间曝露在硫酸氢氨中，会不可避免的降低部分活性。3) 催化剂老化预计催化剂活性会按指数规律随时间的减弱，这表示开始运行时减活速度快，随着催化剂的老化减活速度变慢。如上所述，计算催化剂量时要考虑补偿这部份。 a) 催化剂活性测试以及更换催化剂或增加额外的催化层通过测试已装的催化剂试样监测催化剂的减活情况。试样只是小的50150mm催化剂样品，与剩余的催化剂成份相同。通过在实验室分析试样，就可能测定催化剂在一定时间内的活性情况，可以根据分析的结果确定何时更换催化剂或增加额外的催化层。六、启动过程中催化剂表面油污附着的影响及应对措施一般情况下，在使用轻

16、质柴油作为锅炉点火方式的燃煤锅炉的启动过程中，沾污在催化剂表面的油污会在锅炉负荷和烟气温度升高后蒸发，不会对催化剂活性产生影响。但是如果锅炉调试过程过长或锅炉频繁启停，并且油枪的雾化效果很差时，由于油的未完全燃烧，造成较多的油滴沾污在催化剂表面。附着在催化剂表面的油滴就有可能在更高的温度下燃烧，造成催化剂的烧结中毒，造成催化剂活性的永久性降低。检测方法：通过对于锅炉运行的数据的检测：炉膛烟温、炉膛出口co浓度等锅炉运行数据，来判断是否存在燃油未完全燃烧的情况。预防措施：1、 油枪如果能采用蒸汽雾化，油的雾化效果会比较好。2、 如果可能的化，在锅炉燃烧调试的后期才安装催化剂。3、 严格按照锅炉制

17、造商的锅炉启动手册启动锅炉，保证雾化压力和适当的燃油流量，确保油燃烧器的雾化质量和燃烧效率。4、 在运行的过程中，尽量保证锅炉的运行不偏离设计基准，采用适当的吹灰频率，防止催化剂表面的灰堵。5、 在机组停运过程中，投运吹灰器对催化剂进行吹扫。事故解决方案： 在scr发生了油滴沾污催化剂表面后，可采取以下措施：首先，立即查找油滴沾污的原因，然后采取相应的措施停止沾污催化剂表面的油亮继续增加。其次，采取适当的措施防止反应器内催化剂温度继续增加。然后，通过引风机等措施使用大量的惰性气体来冷却催化剂直到50（注意：在催化剂280以上时，禁止使用空气等可能增加反应器中氧气含量的气体来冷却催化剂）。最后，

18、缓慢加热催化剂，使黏附在催化剂表面的油滴挥发，下列是几点在升温过程中要注意的问题。温升速度小于45/h空气流速大于mcr工况的25%升温办法：采用分段加热蒸发油滴的方法。当烟温和烟气成分（尤指co）没有不正常变化的时候，按图1分别进行升温步骤。七、烟气在scr反应器的温度下降的计算方法和计算公式烟气在scr反应器的温度下降的计算方法和计算公式依据火力发电厂保温油漆设计规程dl/t5072-2007标准执行。1.1留置空气层的平面保温层厚度计算当=0时： (a1-1)当时时 ： (a2-1)式中：b平面（烟风道）加固肋高，mm；留置空气层的当量热导率，按式（a1-3）计算w/（m/k）。留置空气

19、层按有限空间放热计算，其当量热导率按下式计算：= (a1-3)式中：空气的热导率，见附录e中表e4，w/(m.k)； 对流系数，按下列规定计算： 当1x103，=1；当1x1031x106时，=0.105（grpr）0.3；当1x103b时，可不设留置空气层，令=109代入式a1-1中式a1-2中重新计算保温层厚度。最后，对保温结构外表面温度、空气层和保温层界面处温度分别按式（a1-6）、式（a1-7）进行校核： (a1-6) (a1-7)留置空气层保温结构外表面散热密度按下式计算： (a1-8) 1.2 经计算采用80mm厚的岩棉+120mm厚硅酸铝材质，整个反应器温降约为1.82。八、sc

20、r系统如何控制so2向so3的转换率:so2/so3转换率受设计阶段催化剂选型影响，设计时要考虑催化剂中钒含量、烟气温度及流量。在催化剂粉体的配比时，将充分根据烟气成分确定成分比例（钒/钨等含量），同时还添加特殊成分，在保证催化剂对nox反应保持较高活性下，同时控制so2/so3转换率。由于so2/so3转换率随温度降低其转换率越高的特性，设置合理的低温运行温度，从而确保so2/so3转换率始终控制在一个较低水平。据我们所知无在线测量仪器，因此so2/so3转换率测试仅能采用手工检查。so2/so3如取样设备安放在灰尘过滤器上，htas所述分析方法可用于测量so2/so3的含量。此方法不能用于测量nh3喷射器和scr反应器之间烟气中so2/so3的含量，因为在取样管线中nh3可能会与so3发生反应。建议用htas分析方法、和离子色普法来测量样品中的硫酸盐含量。 九、在脱硝装置反应器上游设置灰斗，防止烟气中颗粒灰阻塞触媒:烟气中的大颗粒也就是通常说的爆米花状飞灰，爆米花状飞灰多孔，不规则，质量很小，但飞灰粒径往往很大，最大可以达到10mm。当飞灰粒径达到45mm时即可造成催化剂的严重阻塞。因此，鉴于煤质燃烧后飞灰含量的特点以及