蜂窝式催化剂在选择性催化还原法烟气脱硝中的应用

�第32卷第11期华电技术Vo.l32�No.11���2010年11月HuadianTechnologyNov.2010�蜂窝式催化剂在选择性催化还原法烟气脱硝中的应用黄锐,席文昌,陈付国(重庆远达催化剂制造有限公司,重庆�401336)摘�要:国内以煤作为主要能源的格局短期内不会改变,降低燃煤烟气中氮氧化物的排放仍是环保科技人员主要研究任务之一。介绍了选择性催化还原(SCR)法脱硝的原理,对比了3种催化剂的特点,分析了影响蜂窝式催化剂活性的主要因素(反应温度、氨氮比、空塔速度、高钙和硫),论述了蜂窝催化剂在燃煤电厂的应用前景。关键词:蜂窝式催化剂;选择性催化还原法;催化剂活性;应用中图分类号:X701���文献标志码:B���文章编号:1674-1951(2010)11-0079-03收稿日期:2010-06-280�引言煤作为我国主要的一次性能源,在电站锅炉、工业锅炉、各种相关工业领域的动力设备以及居民生活等能源消耗中占有很大的比例。近年来,随着我国经济的发展,对电的需求大幅度增加,极大地增加了煤的消耗,而煤在燃烧过程中释放出SO2,NOx等污染物会带来严重的酸雨和其他环境污染问题。根据国家环保局统计和有关研究估算,1990年我国NOx的排放量约为910万,t1995年的排放量约为1000万,t2000年的排放量约为1500万,t2004年的排放量约为1600万,t到2010年我国NOx排放量将达到2194万t。面对严峻的NOx排放形势,2003年国家颁布了GB13223�2003火电厂大气污染物排放标准!,2004年7月开始征收NOx排污费。因此,降低燃煤电厂NOx排放量已成为从事燃烧技术研究、锅炉设备制造和电厂运行人员的主要研究任务之一。1�选择性催化还原法脱硝的基本原理目前,NH3选择性催化还原SCR(SelectiveCata�lyticReduction)法脱除NOx被认为是一种高效的烟气脱硝方法。SCR法脱硝的反应原理为:NH3在一定温度和催化剂(V2O5�WO3/TiO2)的作用下,有选择地将烟气中的NOx还原为N2和H2O。SCR脱硝反应过程如图1所示。反应方程式为4NO+4NH3+O24N2+6H2O,(1)2NO+2NO2+4NH34N2+6H2O,�(2)��6NO2+8NH37N2+12H2O。(3)图1�SCR脱硝反应过程商业催化剂V2O5-WO3/TiO2的运行温度一般控制在320~420∀。2�脱硝催化剂类型选择目前,国、内外用于SCR法脱硝的催化剂主要分为蜂窝式、平板式和波纹式3种。蜂窝式催化剂为整体挤出成型,而板式催化剂是在不锈钢筛孔板上压覆V2O5和WO3等活性物质,经干燥煅烧后得到的。蜂窝式催化剂载体的主要成分为TiO2,除此之外还包括活性组分V2O5(或偏钒酸铵盐)、助催化剂WO3/MoO3(或钨酸铵/钼酸铵)。波纹式催化剂外形如起伏的波纹,中间有空隙通道。3种催化剂特点比较见表1。蜂窝式催化剂的主流进口厂商主要有美国Cormetech、奥地利Ceram、德国Argillon、日本CCIC等公司。国内蜂窝式催化剂生产商主要有重庆远达催化剂制造有限公司、东锅东方凯特瑞环保催化剂有限责任公司、江苏龙源催化剂有限公司、青岛华拓电力环保有限公司和浙江瑞基科技发展有限公司等。蜂窝式催化剂主要是TiO2做基材,将活性物质�#80#华电技术第32卷�V2O5,WO3或MoO3以及其他微量元素混合后挤压成型,然后干燥焙烧、裁切装配而成,蜂窝式催化剂是一种非常适合燃煤烟气条件的催化剂,其耐磨性能好、活性高、机械强度相对较大、寿命长、体积小、质量小且投资费用相对较少,在国内燃煤电站中的市场前景比较好。另外,Cormetech公司生产的蜂窝式催化剂在美国燃用高CaO的PRB煤方面拥有丰富的业绩,其使用总量甚至高于其他各家的总和。因此,引进Cormetech公司先进的技术可以满足国内高钙、高硫的烟气工况。3�影响蜂窝式催化剂活性的主要因素3.1�反应温度不同的催化剂具有不同的适用温度范围,当反应温度低于催化剂的适用温度范围下限时,若继续喷氨,在催化剂上会发生副反应,反应如下2NH3+H2O+SO3(NH4)2SO4,(4)或NH3+H2O+SO3NH4HSO4。�(5)生成物黏结在催化剂表面,堵塞催化剂的通道和微孔,延缓NH3,NO在催化剂表面吸附,降低催化剂的活性。式(4)和式(5)反应发生的温度一般在320∀以下,温度越低反应越剧烈,生成的硫酸铵和硫酸氢铵越多。如果出现少量的硫酸铵盐,反应是可逆的,可以通过高温运行使系统性能恢复。另外,如果反应温度高于催化剂的适用温度,在高温状态下,催化剂通道和微孔变形,导致有效通道和比表面积减少,促使活性元素长大,从而使催化剂失活,温度越高催化剂失活越快。目前,燃煤