催化劑作為SCR脫硝反應的核心,其質量和性能直接關系到脫硝效率的高低,所以,在火電廠脫硝工程中, 除了反應器及煙道的設計不容忽視外,催化劑的參數(shù)設計同樣至關重要。

一般來說,脫硝催化劑都是為項目量身定制的,即依據(jù)項目煙氣成分、特性,效率以及客戶要求來定的。 催化劑的性能(包括活性、選擇性、穩(wěn)定性和再生性)無法直接量化,而是綜合體現(xiàn)在一些參數(shù)上,主要有:活性溫度、幾何特性參數(shù)、機械強度參數(shù)、化學成分含量、工藝性能指標等。

1活性溫度

催化劑的活性溫度范圍是最重要的指標。反應溫度不僅決定反應物的反應速度,而且決定催化劑的反應 活性。如V2O5-WO3/TiO2催化劑,反應溫度大多設在280~420℃之間。如果溫度過低,反應速度慢,甚至生 成不利于NOx降解的副反應;如溫度過高,則會出現(xiàn)催化劑活性微晶高溫燒結的現(xiàn)象。

2幾何特性參數(shù)

2.1  節(jié)距/間距

這是催化劑的一個重要指標,通常以P表示。其大小直接影響到催化反應的壓降和反應停留時間,同時還 會影響催化劑孔道是否會發(fā)生堵塞。對蜂窩式催化劑,如蜂窩孔寬度為(孔徑)為d,催化劑內壁壁厚為t, 則: P=d+t

對平板和波紋式催化劑,如板與板之間寬為d,板的厚度為t,則: P=d+t

由于SCR裝置一般安裝在空預器之前,飛灰濃度可大于15g/m3(干,標態(tài)),如果催化劑間隙過小,就會造成飛灰堵塞,從而阻止煙氣與催化劑接觸,效率下降,磨損加重。一般情況下,蜂窩式催化劑堵灰要比平板式嚴重些,需要適當?shù)丶哟罂讖?。燃煤電站SCR脫硝工程中的蜂窩式催化劑節(jié)距一般在6.3~9.2mm之間,同等 條件下,板式催化劑間距可以比蜂窩式稍小些。

2.2  比表面積

比表面積是指單位質量催化劑所暴露的總表面積,或用單位體積催化劑所擁有的表面積來表示。由于脫硝反應是一個多相催化反應,且發(fā)生在固體催化劑的表面,所以催化劑表面積的大小直接影響到催化活性 的高低,將催化劑制成高度分散的多孔顆粒為反應提供了巨大的表面積。蜂窩式催化劑的比表面積比平 板式的要大得多,前者一般在427~860m2/m3,后者約為其一半。

2.3  孔隙率和比孔體積

孔隙率是催化劑中孔隙體積與整個顆粒體積之比。孔隙率是催化劑結構最直接的一個量化指標,決定了孔徑和比表面積的大小。一般催化劑的活性隨孔隙率的增大而提高,但機械強度會隨之下降。比孔體積 則指單位質量催化劑的孔隙體積。

2.4  平均孔徑和孔徑分布

通常所說的孔徑是由實驗室測得的比孔體積與比表面相比得到的平均孔徑。催化劑中的孔徑分布很重要,反應物在微孔中擴散時,如果各處孔徑分布不同,會表現(xiàn)出差異很大的活性,只有大部分孔徑接近平均孔 徑時,效果最佳。

3  機械強度參數(shù)

主要體現(xiàn)了催化劑抵抗氣流產生的沖擊力、摩擦力、耐受上層催化劑的負荷作用、溫度變化作用、及相變應力作用的能力。機械強度參數(shù)共有3個指標,即軸向機械強度、橫向機械強度和磨耗率。前2個分別 是指單位面積催化劑在軸向和橫向可承受的重量。磨耗率則是用一定的試驗儀器和方法測定得到的單位 質量催化劑在特定條件小的損耗值,用于比較不同催化劑的抗磨損能力。

4  化學成分含量

即指活性組分及載體,如V2O5-WO3/TiO2催化劑中各成分的質量百分數(shù)。這其中關鍵為起催化作用的量, 助催化與載體的配比量也同樣重要。根據(jù)不同用戶的情況,含量會有所不同。一般情況下,V2O5占1% ~5%,WO3占5%~10%,TiO2占其余絕大部分比例。　　

5  工藝性能指標

包括體現(xiàn)催化劑活性的脫硝效率、SO2/SO3轉化率、NH3逃逸率以及壓降等綜合性能指標。這些指標一般在催化劑成品完成后需要在實驗室實際煙氣工況下進行檢測,以確認各指標符合要求。

5.1  脫硝效率

指進入反應器前、后煙氣中NOx的質量濃度差除以反應器進口前的NOx濃度(濃度均換算到同一氧量下), 直接反映了催化劑對NOx的脫除效率。一般情況下,脫硝工程會設計初期脫硝率和遠期脫硝率,通過初置 和預留若干催化劑層,今后逐層添加來滿足未來可能日益嚴格的排放要求。

5.2  SO2/SO3

指煙氣中SO2轉化成SO3的比例。SO2/SO3轉化率越高,催化劑活性越好,所需要催化劑量越少,但轉化率過高會導致空預器堵灰及后續(xù)設備腐蝕,而且會造成催化劑中毒。因此,一般要求SO2/SO3轉化率小于1%。在釩鈦催化劑中加入鎢、鉬等成分,可有效地抑制SO2轉化成SO3。

5.3  NH3逃逸率

催化劑反應器出口煙氣中NH3的體積分數(shù),它反映了未參加反應的NH3。如果該值高,一是會增加生產成本 ,造成NH3的二次污染;二是NH3與煙氣中的SO3反應生成NH4HSO4和(NH4)2SO4等物質,會腐蝕下游設備,并 增大系統(tǒng)阻力。

5.4  壓降

煙氣經過催化劑層后的壓力損失。整個脫硝系統(tǒng)的壓降是由催化劑壓降以及反應器及煙道等壓降組成, 這個壓降應該越小越好,否則會直接影響鍋爐主機和引風機的安全運行。在催化劑設計中合理選擇催化 劑孔徑和結構形式,是降低催化劑本身壓降的重要手段。

5.5  其他

除了以上物理、化學和工藝性能指標外,各特定SCR脫硝項目工程所采用的催化劑還有體積、尺寸等合同指標,在催化劑評標、驗收中也作為很重要的參數(shù)需要予以審核。