SCR蜂窝式脱硝催化剂抗磨损性能研究

1、SCR蜂窝式脱硝催化剂抗磨损性能研究 利用自制抗磨损性能模拟实验装置对SCR蜂窝式催化剂举行了抗磨损性能的实验研究。结果表明,催化剂的磨损强度主要受空速和磨损剂浓度的影响,尤其以空速影响较大。随着催化剂孔数的增强,催化剂磨损强度和抗磨损性能提高。 电站锅炉系统排放的NOx是致使酸雨形成的主要大气污染物之一,典型电站排放的NOx由约95%的NO和约5%的NO2组成。采用低NOx燃烧器、烟气再循环、分级燃烧或水蒸汽注入1等技术可以降低NOx排放浓度,但是这些技术成本高,脱硝效率低,而且会对锅炉产生负面影响,难以大规模推广使用2。 随着我国火电厂大气污染物排放标准(GB13223-2022)的正式颁

2、行,我国对电站NOx的排放做出了更为严格的规定。因此,脱销效率高、价格相对低廉,对锅炉适应性好的SCR(Selective Cata2lytic Reduction)技术在我国开头得到应用并呈升高趋势。 催化剂是SCR系统中最重要的组成部分,目前市场上SCR催化剂主要有蜂窝式、板式、波纹板式三种,其中蜂窝式催化剂的市场占有率最高,约60%70%3。蜂窝式催化剂的性能直接影响SCR系统脱销效率,其选购、更换与维护成本更是SCR系统运行费用的主要部分。 影响蜂窝式催化剂活性的因素许多,烟尘颗粒对催化剂的磨损是其失活的主要缘由之一。因为我国煤种的特性及成本的缘由,电厂往往会燃用高钙煤、劣质煤,燃用这

3、些煤种产生的烟尘颗粒大,硬度高,成分复杂,越发剧了催化剂的磨损,严峻时会缩短催化剂更换周期,增强维护费用。 因此,对蜂窝式催化剂抗磨损性能举行实验研究,具有一定的理论和实践意义。本文对蜂窝式SCR催化剂的磨损性能举行了研究,系统争论了磨损剂浓度、空速(以催化剂容积体积计算)、接触时光以及蜂窝式催化剂孔数等因素对催化剂磨损性能的影响,为燃煤电厂按照不同的烟气条件抉择合适的催化剂供应理论依据。 1实验材料和方法 1.1实验装置及材料 抗磨损性能模拟实验装置为江苏龙源催化剂有限公司自制;SCR蜂窝式催化剂采用江苏龙源催化剂有限公司生产的三种型号催化剂;磨损剂为江苏宜兴产精制石英矿砂;端部硬化浸渍液为

4、江苏龙源催化剂有限公司研制;全自动电子天平生产商为梅特勒托利多(上海)仪器有限公司。 1.2实验方法 取催化剂的一部分作为样品,在105e烘箱中烘干1h,并放置在干燥皿中冷却24h,将含有磨损剂的空气以一定的流速通过样品,经过特定时光后通过测量实验试块和参比试块的分量损失与收集到的磨损剂分量决定试块的磨损强度和净失重率。 磨损强度=(1-W2/W1XW3/W4)/W5X100 净失重率=(W1-W2+W4-W3)/W1X100 式中:W1为实验试块测试前分量,g;W2为实验试块测试后分量,g;W3为参比试块测试前分量,g;W4为参比试块测试后分量,g;W5为收集硅砂分量,kg。 2结果与争论

5、2.1SCR蜂窝式催化剂磨损机理 对磨损后蜂窝式催化剂举行对比分析,可以观看到催化剂端部被磨损的状况。参比催化剂试块因为没有裸露在磨损剂中,因而没有显然的磨损现象。实验试块端部被磨损后,端面总体呈弧形并向内凹进,而且每一个通孔的内壁也是成弧形。 这可能是由于,管道内和通孔内的风速分布遵循流体动力学,因为滞流边界层的存在,逼近管道壁面和催化剂内壁面的风速较小,因而裹挟其中的磨损剂动能较小,从而对逼近管道壁面部分的催化剂磨损相对小。而处于管道和通孔中部的风雷诺系数大,风速高,其中的磨损剂动能较高,从而对催化剂中部的磨损加剧,使得磨损后的催化剂断面呈弧形。 另外,磨损后的催化剂内壁变得越发光洁,且厚

6、度减小,造成这种现象的缘由可能是/马格努斯效应0(见图1、2)。 图1马格努斯效应暗示 图2烟尘颗粒对催化剂壁面磨损暗示 从图1、2可以看出,烟尘颗粒被烟气裹挟向前运动的同时,自身也发生旋转,因为滞流边界层的存在,逼近催化剂壁面的风速较小,而通孔中部的风速较大,这样就使得颗粒的旋转角度矢量和自身的飞翔速度矢量不重合,按照伯努力原理,速度差异会导致压强差异,这样在和颗粒飞翔方向相垂直的方向上产生了一个横向力,在这个横向力的作用下,颗粒偏离本来的飞翔轨迹发生偏转,直接撞击在催化剂壁面上,从而导致磨损。 2.2磨损剂浓度对催化剂磨损强度的影响 磨损剂浓度与催化剂磨损强度的关系见图3a。从图3a可以看

7、出,随着磨损剂用量的增强,在同样的实验时光内,磨损失重率渐渐增强,磨损强度先增强后减小。磨损强度的定义为每消耗1kg硅砂时催化剂的磨损失重率,当硅砂的分量(飞灰浓度)超过一定范围之后(在本实验中为32g/m3),磨损强度反而有所下降。 2.3空速对催化剂磨损强度的影响 空速与催化剂磨损强度的关系见图3b。从图3b可以看出,空速对催化剂磨损强度有较大影响。在同样的实验时光和飞灰浓度下,随着空速的增强,磨损强度和磨损失重率迅速增强,抗磨损性能降低。由催化剂磨损机理可知,逼近管道壁面和催化剂内壁面的风速较小,因而裹挟其中的磨损剂动能较小,从而对逼近管道壁面部分的催化剂磨损相对小。 而处于管道和通孔中

8、部的风速高,其中的磨损剂动能较高,从而对催化剂中部的磨损加剧,使得磨损后的催化剂断面呈弧形。因此,对于相同的飞灰浓度,风速越高,磨损剂动能越大,磨损强度和磨损失重率迅速增强。在SCR脱硝工程中,倘若催化剂实际运行条件偏离设计要求,如烟气量增强将会导致催化剂的磨损加剧,抗磨损性能下降,必定影响催化剂的寿命,增强SCR系统运行成本。 2.4磨损时光对催化剂磨损强度的影响 磨损时光与催化剂磨损强度的关系见图3c。 图3催化剂浓度、空速、磨损时光与磨损强度的关系 从图3c可以看出,催化剂净失重率随着磨损时光的增强而上升,两者展现近乎线性关系,但催化剂磨损强度的曲线在系统运行3h后趋于安稳,即当实验趋于

9、稳定后,磨损强度基本上与磨损时光无关。 2.5不同催化剂端部硬化后抗磨损性能差异 催化剂端部硬化作用原理如图4所示,催化剂表面浸渍了一层硬化液后,在高于常温的烟气中,硬化液受热后化学组成发生转变,生成一种硬度远高于烟尘颗粒的化学物质,当烟尘颗粒撞击在硬化层上,硬化层可以庇护催化剂不被磨损。 图4催化剂硬化层作用原理 催化剂经过端部硬化处理后,参比试块和实验试块经过磨损实验发觉,其端部和壁面均没有发生显然的磨损现象,未硬化处理的实验试块端部被磨损后总体呈弧形并向内凹进,说明端部硬化处理可以显然改善蜂窝式催化剂的抗磨损性能。 同时为了考察催化剂在浸渍了端部硬化液后对脱硝效率的影响,在同一根催化剂上

10、另外选取两块活性实验试块,其中一块举行硬化处理,另一块未举行硬化处理,分离测试两者的脱硝效率,结果如表1所示。 表1硬化前后催化剂脱硝效率对照项 两者的脱硝效率保持不变,说明催化剂浸渍端部硬化液后不会对催化剂的活性造成不利影响。 实验中选取抗压强度近似的三种型号催化剂。随着孔数的增强,催化剂磨损减重、壁厚被磨耗减薄程度均渐渐降低,抗磨损性能不断提高。端部经过硬化处理的催化剂,其抗磨损性能相对于未经硬化处理的显然提高,总体趋势仍旧是随着孔数的增强,抗磨损性能相对提高。 经过硬化处理的催化剂,其壁厚被磨耗减薄的程度急剧减小,相对于未经硬化处理的催化剂,三种规格催化剂壁厚被磨耗减薄的程度趋于全都。这说明,催化剂端部硬化处理可以极大的改善催化剂的抗磨损性能,从而提高催化剂的使用寿命,削减更换和维护成本。 3结语 利用自制的SCR蜂窝式催化剂抗磨损性能模拟实验装置,对催化剂举行了抗磨损性能实验研究,结果表明,催化剂的磨损强度主要受空速和磨损剂浓度的影响,其中尤其以空速影响最大。同时还表明