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为什么SCR脱硝催化剂下层比上层磨损还严重?

日期: 2018-03-12
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燃煤电厂SCR技术尾气脱硝工艺一般采用高尘布置,即高温烟气从锅炉出来后,直接进入SCR反应器进行脱硝处理,再经静电除尘、脱硫塔脱硫后排放。煤燃烧后产生的大量固体颗粒物随着高速流动的气流进入SCR反应器后对催化剂进行长期的冲蚀,造成催化剂磨损及寿命减少。

为什么SCR脱硝催化剂下层比上层磨损还严重?

高温烟气携带大量颗粒物进入SCR反应器与催化剂发生碰撞,在“马格努斯效应”下将使催化剂壁厚逐渐减小而造成磨损,甚至导致催化剂的坍塌,如图1所示。催化剂磨损与流场分、烟气特性、飞灰特性等因素有关。

为什么SCR脱硝催化剂下层比上层磨损还严重?

1.流场分布

SCR催化剂在应用中受到严重磨损,主要原因是脱硝系统设计不合理,导致进入催化剂上端的烟气流场分布不均,部分催化剂单元受到高浓度飞灰的长时间冲蚀。炉SCR脱硝系统反应器内,横梁两侧下方的催化剂磨损程度明显较其它部分催化剂严重,且横梁前后两侧催化剂的磨损特点不一样;冷态试验与竖直模拟结果表明,当气流撞击横梁后,在催化剂入口分成两股不同方向的气流。

其中,横梁前侧气流高速向下,对该处的催化剂进行纵向冲刷,最终导致其呈针状结构;横梁后侧的气流受涡流影响,对该处的催化剂进行斜向的冲刷,最终导致其被掏空。

2.烟气特性

烟气的流速对催化剂的磨损有很大的影响。烟气流速越高,相同质量飞灰携带的动能就越大,在与催化剂壁面撞击时,加剧了催化剂的磨损。设计时,蜂窝催化剂与平板催化剂的迎风流速应为4.4~4.6m/s和5.2~5.3m/s,且气体在催化剂通道内的流速应控制在6~7m/s以内。

但是由于边界效应的存在,反应器中的气流壁面流速要低于中心流速,因此导致反应器中部的催化剂磨损程度要高于边缘催化剂。这一问题同样可归结于流场分布的不均,通过改善导流板的分布可将催化剂的磨损程度降低。随着脱硝系统长时间的运行,烟气中的飞灰逐渐在催化剂表面沉积,导致孔道阻塞,减少了气流通过的截面积,使得未被覆盖的孔道内气体流速增加而加速催化剂的磨损。

3.飞灰特性

飞灰自身的特性对催化剂的磨损也有很大影响。飞灰中的Si02/Al203比值越大,说明飞灰的硬度越大,对催化剂的磨损也就越严重;而不规则多边形飞灰颗粒对催化剂的磨损也要强于球形飞灰颗粒。与此同时,飞灰颗粒的大小对催化剂磨损性能影响同样大,颗粒径越大的飞灰对催化剂的磨损越严重。

4.催化剂堆积

不仅流场分布、烟气特性、飞灰特性能影响催化剂的磨损程度,催化剂在反应器中的堆积情况也能影响其受磨损状态。下层催化剂的磨损程度要比上层催化剂更严重,且下层催化剂比表面积的下降程度和活性惰化速度都要高于上层。

催化剂多层安装时,下层催化剂要比上层催化剂磨损严重,同时上层催化剂的尾部也发生了轻微的磨损。一方面是由于与下层催化剂接触的气体流速要高于上层催化剂所接触的气体流速;另一方面是由于催化剂两层之间可能形成涡流,加速了催化剂的磨损。

SCR催化剂一般分为蜂窝催化剂、平板催化剂、波纹板催化剂,其中蜂窝与平板催化剂在工业中应用较多。相比于V205一WO3/TiO2挤出式蜂窝催化剂,平板催化剂采用金属基体作为催化剂的载体。抗磨损性能较于优异。为此,当SCR入口的飞灰浓度小于30g/m³时,可优先考虑蜂窝催化剂;当飞灰浓度大于40g/m³时,应优先考虑平板催化剂;而波纹板催化剂由于自身的结构特性,一般仅适用于飞灰浓度不大于10g/m³的低尘烟气。


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