超低排放改造情景下燃煤电厂脱硝催化剂表征、活性及其影响因素
发布时间：2021-11-26 03:57
脱硝催化剂活性变化是影响燃煤电厂NOx去除效率的关键因素。为实现稳定NOx超低排放目标,燃煤电厂增加喷氨量,改变了催化剂运行工况条件,可能会缩短其使用寿命。目前燃煤电厂催化剂活性研究主要集中在超低排放改造前,而超低排放改造后,催化剂失活的影响因素及其机制鲜有报道。以超低排放改造情景下不同运行时间（分别约25200h、29520h和33480h）的脱硝催化剂为研究对象,使用多种表征方法系统研究了催化剂表征和活性的变化,探讨了超低排放改造情景下催化剂失活的因素及机制。结果表明:催化剂的活性和主要组分含量（TiO2、W和V）随运行时间的延长而降低,最低活性仅为0.56,显著低于新催化剂;同时催化剂中有毒元素S、K、Na和As等含量显著增加。相对于新催化剂,运行后的催化剂表面颗粒聚集,比表面积及表面V4+占比和化学吸附氧浓度下降。燃煤电厂超低排放改造后,过量氨逸出,会加剧硫酸盐在催化剂表面的形成和沉积,相比较超低排放改造前,可能导致催化剂失活加快。总体上催化剂表面K、Na、As沉积、硫酸盐的形成和沉积、V价...
【文章来源】：电力科技与环保. 2020,36(04)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
超低排放改造前后催化剂XRD谱图对比
新催化剂和运行后的催化剂SEM微形貌特征如图2所示。新催化剂表面颗粒显示出相对规则的球形且分布均匀,而使用运行后的催化剂表面粗糙且颗粒聚集,出现烧结现象。有研究表明:高温烟气能导致催化剂在运行过程中烧结[16]。类似地,本研究中也发现了长时间运行后的催化剂表面发生了颗粒的硬化和聚集现象。相对于新催化剂Fresh(比表面积为47.28m2/g),经历不同运行时间后的催化剂Used-1(41.72 m2/g)、Used-2(40.95m2/g)和Used-3(46.33m2/g)表面积均有所下降,但它们的孔容和平均孔径却有所增加(见表3)。催化剂的孔径分布特征(见图3a)显示:新催化剂的中孔丰度高,在6nm和12.5nm处均存在一个峰值;而长时间运行后的催化剂Used-1和Used-3相对大孔径的丰度增加,峰值分别位于15和20nm;最大的孔径丰度出现在催化剂Used-2,峰值位于20和28nm。另外,所有催化剂N2吸附等温线都属于IV型吸附/解吸等温线(见图3b)。
表3 超低排放改造前后催化剂孔结构特性对比 催化剂编号 比表面积/(m2·g-1) 总孔体积/(cm3·g-1) 平均孔径/nm Fresh 47.28 0.190 16.06 Used-1 41.72 0.227 20.89 Used-2 40.95 0.249 24.28 Used-3 46.33 0.207 17.88如图4所示,新催化剂Fresh在975cm-1处为弱吸收峰,对应于V=O[27];而在850～400cm-1处存在宽吸收峰,对应于锐钛矿TiO2的吸收峰[26]。所有长时间运行的催化剂在975cm-1或者978cm-1处存在与新催化剂相似的吸收峰,表明新催化剂与使用运行的催化剂表面的V=O没有明显改变。然而,与新催化剂Fresh相比,使用运行后的催化剂Used-1、Used-2和Used-3分别在1124、1107和1115cm-1处出现明显更宽更强的SO42–吸收峰[17],表明在长时间运行后的催化剂表面有硫酸盐形成,导致了催化剂中硫含量增加,可能是引起催化剂失活的主要因素之一。研究表明,当烟气中高浓度的SO2、NH3和H2O形成硫酸氢铵(ABS)时,会导致空预器表面腐蚀和堵塞,并以硫酸铵的形式沉积在SCR催化剂孔隙中使其活性下降[8]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]SCR催化剂低负荷运行硫酸氢铵失活研究[J]. 宋玉宝,刘鑫辉,何川,王兴俊,王乐乐,程世军,马云龙,梁俊杰. 中国电力. 2019(01)
[2]安徽省煤电机组超低排放改造及CEMS验收问题分析[J]. 何军,马大卫,王正风,许勇毅,查智明,张其良. 中国电力. 2018(07)
[3]SCR脱硝催化剂实际运行性能分析[J]. 杜振,王志东,晏敏,江建平,朱跃. 中国电力. 2018(02)
[4]超低排放改造工程脱硝催化剂的设计和采购分析[J]. 晏敏,李超,朱跃. 中国电力. 2017(09)
[5]300MW级燃煤机组SCR烟气脱硝超低排放性能评估[J]. 冯前伟,张杨,王丰吉,朱跃. 中国电力. 2016(11)
[6]含钡SCR脱硝催化剂运行后的再生研究[J]. 余维佳,王金秀,陈进生,于艳科,苗纪法. 中国电力. 2016(11)
[7]燃煤电站SCR烟气脱硝系统运行典型故障诊断[J]. 何金亮,金理鹏,卢承政,宋玉宝,梁俊杰,方朝君. 中国电力. 2016(08)
[8]SCR脱硝喷氨优化对NOx在线测量的影响分析[J]. 方朝君,俞骏,周龙,周健. 电站系统工程. 2015(04)
[9]商用SCR催化剂的钠中毒及再生[J]. 高凤雨,唐晓龙,易红宏,赵顺征,李东,马玎,张佟佟. 中南大学学报(自然科学版). 2015(06)
[10]燃煤电厂大气污染物“近零排放”技术研究及工程应用[J]. 王树民,宋畅,陈寅彪,孙平. 环境科学研究. 2015(04)
本文编号：3519350
【文章来源】：电力科技与环保. 2020,36(04)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
超低排放改造前后催化剂XRD谱图对比
新催化剂和运行后的催化剂SEM微形貌特征如图2所示。新催化剂表面颗粒显示出相对规则的球形且分布均匀,而使用运行后的催化剂表面粗糙且颗粒聚集,出现烧结现象。有研究表明:高温烟气能导致催化剂在运行过程中烧结[16]。类似地,本研究中也发现了长时间运行后的催化剂表面发生了颗粒的硬化和聚集现象。相对于新催化剂Fresh(比表面积为47.28m2/g),经历不同运行时间后的催化剂Used-1(41.72 m2/g)、Used-2(40.95m2/g)和Used-3(46.33m2/g)表面积均有所下降,但它们的孔容和平均孔径却有所增加(见表3)。催化剂的孔径分布特征(见图3a)显示:新催化剂的中孔丰度高,在6nm和12.5nm处均存在一个峰值;而长时间运行后的催化剂Used-1和Used-3相对大孔径的丰度增加,峰值分别位于15和20nm;最大的孔径丰度出现在催化剂Used-2,峰值位于20和28nm。另外,所有催化剂N2吸附等温线都属于IV型吸附/解吸等温线(见图3b)。
表3 超低排放改造前后催化剂孔结构特性对比 催化剂编号 比表面积/(m2·g-1) 总孔体积/(cm3·g-1) 平均孔径/nm Fresh 47.28 0.190 16.06 Used-1 41.72 0.227 20.89 Used-2 40.95 0.249 24.28 Used-3 46.33 0.207 17.88如图4所示,新催化剂Fresh在975cm-1处为弱吸收峰,对应于V=O[27];而在850～400cm-1处存在宽吸收峰,对应于锐钛矿TiO2的吸收峰[26]。所有长时间运行的催化剂在975cm-1或者978cm-1处存在与新催化剂相似的吸收峰,表明新催化剂与使用运行的催化剂表面的V=O没有明显改变。然而,与新催化剂Fresh相比,使用运行后的催化剂Used-1、Used-2和Used-3分别在1124、1107和1115cm-1处出现明显更宽更强的SO42–吸收峰[17],表明在长时间运行后的催化剂表面有硫酸盐形成,导致了催化剂中硫含量增加,可能是引起催化剂失活的主要因素之一。研究表明,当烟气中高浓度的SO2、NH3和H2O形成硫酸氢铵(ABS)时,会导致空预器表面腐蚀和堵塞,并以硫酸铵的形式沉积在SCR催化剂孔隙中使其活性下降[8]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]SCR催化剂低负荷运行硫酸氢铵失活研究[J]. 宋玉宝,刘鑫辉,何川,王兴俊,王乐乐,程世军,马云龙,梁俊杰. 中国电力. 2019(01)
[2]安徽省煤电机组超低排放改造及CEMS验收问题分析[J]. 何军,马大卫,王正风,许勇毅,查智明,张其良. 中国电力. 2018(07)
[3]SCR脱硝催化剂实际运行性能分析[J]. 杜振,王志东,晏敏,江建平,朱跃. 中国电力. 2018(02)
[4]超低排放改造工程脱硝催化剂的设计和采购分析[J]. 晏敏,李超,朱跃. 中国电力. 2017(09)
[5]300MW级燃煤机组SCR烟气脱硝超低排放性能评估[J]. 冯前伟,张杨,王丰吉,朱跃. 中国电力. 2016(11)
[6]含钡SCR脱硝催化剂运行后的再生研究[J]. 余维佳,王金秀,陈进生,于艳科,苗纪法. 中国电力. 2016(11)
[7]燃煤电站SCR烟气脱硝系统运行典型故障诊断[J]. 何金亮,金理鹏,卢承政,宋玉宝,梁俊杰,方朝君. 中国电力. 2016(08)
[8]SCR脱硝喷氨优化对NOx在线测量的影响分析[J]. 方朝君,俞骏,周龙,周健. 电站系统工程. 2015(04)
[9]商用SCR催化剂的钠中毒及再生[J]. 高凤雨,唐晓龙,易红宏,赵顺征,李东,马玎,张佟佟. 中南大学学报(自然科学版). 2015(06)
[10]燃煤电厂大气污染物“近零排放”技术研究及工程应用[J]. 王树民,宋畅,陈寅彪,孙平. 环境科学研究. 2015(04)
本文编号：3519350
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