燃煤电厂烟气脱硝催化剂检测技术介绍国电 姚杰

1、Nanjing Environmental Protection Research Institute,国电科学技术研究院,燃煤电厂烟气脱硝催化剂检测技术介绍,2016-07-21,内 容,烟气脱硝催化剂管理办法及检测技术,1,1、燃煤电厂SCR脱硝技术及 催化剂应用现状,2,3,SCR脱硝技术简介,基本原理,反应方程,蜂窝式SCR脱硝催化剂,以TiO2为载体的蜂窝状烧结陶瓷。 主要成分：TiO2、V2O5、WO3等,4,SCR脱硝技术简介,蜂窝式脱硝催化剂单元,催化剂模块,SCR脱硝反应器,脱硝装置的安全、高效、稳定运行是集团公司火电产业实现目标的重要环节之一。 SCR脱硝催化剂的性能及可靠

2、性则是其中的重中之重。,5,火电厂SCR脱硝催化剂应用现状,SCR脱硝装置及催化剂常见问题,投运后发现效率低于设计标准； 催化剂磨损，垮塌； 氨逃逸、SO2/ SO3转化率高，造成堵塞，腐蚀； 催化剂中毒严重，化学寿命低于设计值； 效率下降等失活现象无法预判，系统带病运行； 催化剂寿命末期缺少评估，无科学更换方案。,6,火电厂SCR脱硝催化剂应用现状,端部磨损,端部破碎,SCR脱硝催化剂的质量问题,颜色不均,整体弯曲,大面积堵塞,局部开裂,新鲜样品,使用样品,孔道扭曲,磨蚀减薄,7,火电厂SCR脱硝催化剂应用现状,新采购脱硝催化剂的现场验收发现的问题,孔道扭曲变形,催化剂破碎,单元体错位,8,

3、火电厂SCR脱硝催化剂应用现状,催化剂垮塌,催化剂磨损,空预器堵塞与腐蚀,在运脱硝催化剂的现场勘察发现的问题,9,火电厂SCR脱硝催化剂应用现状,某蜂窝式脱硝催化剂（新采购）性能检测结果,多项指标无法满足技术协议要求,2、脱硝催化剂管理办法 及检测技术,10,11,由南京电力设备质量性能检验中心承担集团脱硝催化剂检测工作,集团关于SCR脱硝催化剂技术管理办法,脱硝催化剂检测技术条件,南京电力设备质量性能检验中心 催化剂性能检测实验室 参与火电厂烟气脱硝催化剂检测技术规范（DL/T 1286-2013）编制。 参与蜂窝式烟气脱硝催化剂（GB/T 31587-2015）编制。 2014年一期催化剂

4、性能检测实验平台投运。 2015年获中国合格评定国家认可委员会（CNAS）认证资质。 2015年下发中国国电集团公司火电机组SCR脱硝催化剂技术管理办法。 2016年加入国家环境保护大气物理模拟与污染控制重点实验室。 2016年二期脱硝催化剂工艺特性实验台建设完成。,脱硝催化剂全尺寸工艺特性实验台,磨损实验台,12,电感耦合等离子体发光光谱仪,X射线荧光光谱仪,全自动比表面积及孔分析仪,全自动压汞仪,13,脱硝催化剂检测技术条件,14,以催化剂性能检测为基础，结合现场调研、勘查和收资，通过数据分析，给予结论和建议。并在标书编制，驻厂监造、现场验收等环节加强监管，形成全面、完善的脱硝催化剂技术管

5、理体系。 告诉催化剂使用单位：出现了什么问题； 是什么原因； 该怎么做。,SCR脱硝催化剂技术管理工作的开展方式,一、火电机组脱硝催化剂采购技术管理 目的：为确保脱硝催化剂供货质量达到设计要求开展的检测及技术管理工作。,15,脱硝催化剂技术管理办法,二、火电机组脱硝催化剂运行技术管理,脱硝催化剂检测工作,目的：实现脱硝催化剂运行中故障的科学诊断和科学处理，建立脱硝催化剂性能和寿命评估预判体系，做到问题能预测、事故能避免、故障能处理，确保脱硝系统安全、可靠、高效运行。,16,（1）抽样：新采购催化剂抽样,脱硝催化剂检测抽样流程,17,（1）抽样：在运行催化剂,18,脱硝反应器内催化剂取样点示意图

6、,脱硝反应器内取样,脱硝催化剂检测抽样流程,（2）检测 检测依据： 火电厂烟气脱硝催化剂检测技术规范（DL/T 1286-2013）； 蜂窝式烟气脱硝催化剂（GB/T 31587-2015）； 平板式烟气脱硝催化剂（GB/T 31584-2015）； 烟气脱硝催化剂化学成分分析方法（GB/T 31590-2015）等。,脱硝催化剂检测依据,19,检测内容：（三大类指标）,脱硝催化剂检测内容及检测技术,检测报告,20,几何特性指标的测量,几何尺寸,几何比表面积,开孔率,如长度、截面边长、壁厚、孔径等。,计算导出值。,单位体积的催化剂所包含的内表面积。,烟气流通催化剂的截面积与催化剂总截面积的比值

7、。,直接测量值。,外观,评价催化剂的端面、侧面破损、裂纹、变形等特性。,缺口,裂纹,破损,21,评价脱硝催化剂的外观及几何特性。,理化特性指标的测量,抗压强度,催化剂单位面积所能承受的最大压力。,轴向,径向,压力试验机,评价脱硝催化剂的机械强度特性。,22,理化特性指标的测定,磨损率,催化剂经磨损前后质量损失的百分比，与所使用磨损剂质量的比值。,评价脱硝催化剂抵抗烟气中飞灰的磨损程度特性。,磨损率测试实验台,磨损率测试实验台流程,硬质石英砂,对比样品,测试样品,23,理化特性指标的测定,主要成分,催化剂中的主要化学组分含量，如TiO2、V2O5、WO3等。可通过X射线荧光光谱法进行测定。,在组

8、分含量上评判所检测催化剂是否满足使用要求。,X射线荧光光谱仪,检测原理,TiO2：载体成分，作为催化剂主体成分和骨架。 V2O5： 主要活性成分，催化SCR脱硝反应。 WO3 ：助催化剂成分，可提高催化剂热稳定性， 增加耐化学中毒特性。,24,理化特性指标的测定,微量元素,催化剂中所包含的微量元素，如K、Na、Fe、As等。通常为脱硝催化剂的毒性物质。可通过电感耦合等离子发射光谱法测定。,评价催化剂中各有毒物质含量，判断催化剂中毒类型。,电感耦合等离子体发光光谱仪,检测原理,K、Na：易造成活性组分发生碱金属中毒，降低反应活性。 Fe：引起SO2/SO3转化率上升。 As：形成氧化物堵塞催化剂

9、微孔道，阻碍反应物扩散。,25,理化特性指标的测定,比表面积,单位质量催化剂的表面及内孔的总表面积。可通过氮气分子吸附方法利用BET公式计算得到。,通过测量比表面积特性，评价催化剂中的品质，判断中毒原因。,催化剂比表面积的大小直接关系到气态反应物与催化剂活性位的接触程度，进而影响其脱硝反应活性。低质量的载体原料及不恰当的制造流程会降低催化剂的比表面积；长时间高温运行亦会造成催化剂缓慢烧结，导致比表面积降低。,全自动比表面积及孔分析仪,催化剂微观表面形态,26,理化特性指标的测定,孔容,单位质量催化剂的内孔总容积。,通过测量孔容及孔径特性，评价催化剂中的品质，判断中毒原因。,孔径,催化剂的微观孔

10、隙的宽度。,全自动压汞仪,汞,催化剂表面微观孔隙示意,催化剂的孔隙分布特性影响气态反应物在催化剂内部的扩散速率，是影响催化剂表观反应活性的重要因素之一。不合理的生产方式以及运行过程中发生的微孔堵塞现象会减小催化剂的孔容及孔径，进而降低脱硝效果。,27,工艺特性指标的测量,脱硝效率,烟气通过催化剂后脱除的NOx量与原烟气中所含NOx量的百分比。,通过一系列工艺特性指标评的测定，直观评价催化剂的脱硝运行效果。,SO2/SO3转化率,烟气中的SO2在催化剂反应过程中被氧化成SO3的体积浓度百分比。,氨逃逸,反应器出口烟气中氨的质量与烟气体积之比。,活性,脱硝催化剂在还原剂与NOx反应的过程中所起到的

11、催化作用的能力。,从反应机理方面量化催化剂的反应能力,28,脱硝催化剂工艺特性实验台流程,工艺特性指标的测量,第一期脱硝催化剂全尺寸工艺特性实验台,29,设计气量：200Nm3/h，控制温度范围：200450。 反应器内催化剂采用立式布置，最多可单次串联两条催化剂单元，能够模拟SCR脱硝反应器内两层催化剂布置方式的运行工况条件。,第二期脱硝催化剂全尺寸工艺特性实验台,设计气量：2200Nm3/h，控制温度范围：200450。 采用四级与双二级串/并联的脱硝反应器的布置形式，可实现单次对四层催化剂串联式反应的测试；亦能同时对两台双层催化剂串联式反应的测试。 对于单路气体采用大/小两块气体质量流量计进行联合控制，可实现对超宽范围气氛工况的模拟和适应。,30,工艺特性指标的测量,制氮机及空压机组件,特种钢瓶气体,平流泵,气体质量流量计,31,工艺特性指标的测量,U型加热器,反应器,尾气吸收池,尾气吸收塔,进出口烟气分析仪、出口氨分析仪,催化剂,32,现状： 脱硝催化剂质量良莠不齐，脱硝装置运行问题频发，急需推行严格有效的脱硝催化剂质量控制和性能