空气预热器SCR脱硝适应性及催化剂的试验研究

摘要

随着我国国民经济的快速发展，对电力需求日益增长使燃煤电厂锅炉NOx的排放量逐年增多，造成严重的环境污染，严重制约着社会经济的可持续发展，威胁着国民的身体健康。伴随着国家环保部目前最严格排放标准的颁布与实施，新建燃煤电厂同步脱硝装置的建设和已建机组传统脱硝的改造正在加紧进行。空气预热器SCR脱硝作为一种新型的脱硝方式，能够有效缓解加装脱硝装置对锅炉系统造成的不良影响，具有较好的研究前景。
　　国内外学者对传统钒钛类SCR脱硝催化剂和低温SCR脱硝催化剂做了深入的研究。本文在总结前人研究成果的基础上，筛选出在空气预热器运行温度段内脱硝效率相对较高的催化剂，涂覆在空气预热器蓄热元件表面上进行脱硝研究，在满足国家排放标准的基础上，提出一种新型空气预热器结构形式。
　　首先，以Fe、Mn、Ce、V作为催化还原的活性物质，以TiO2作为载体，采用浸渍法制备锰铈钒钛类、锰铈钛类、铁锰钛类、铁锰铈钛类12种SCR脱硝催化剂，进行脱硝活性试验后，在125～200℃的温度区间内，选用脱硝效率相对较高的Mn0.4-Ce0.07/TiO2 SCR催化剂，其对NO的脱除效率能够达到93.70％，在模拟脱硝装置的低温段内使用;在200～300℃的温度区间内，选用脱硝效率相对较高的Mn0.4-Ce0.07/TiO2 SCR催化剂，其对NO的脱除效率能够达到99.09％，在模拟脱硝装置的中温段内使用;在300～400℃的温度区间内，选用脱硝效率相对较高的Mn0.4-Ce0.13/TiO2 SCR催化剂，其对NO的脱除效率能够达到91.18％，在模拟脱硝装置的高温段内使用。
　　然后，将筛选出的SCR脱硝催化剂涂覆于空气预热器蓄热元件表面，进行脱硝试验。采用增加三个温度段单位体积内有效催化面积的方法，研究模拟脱硝装置脱硝效率的变化规律，结果表明:模拟脱硝装置中三个温度段的脱硝效率均随着单位体积内有效催化面积的增加而增加。中低温度段的脱硝效率随单位体积内有效催化面积的增加成一次函数形式增长，高温段的脱硝效率随单位体积内有效催化面积的增加成指数函数形式增长。通过改变三个温度段入口NO的浓度，研究其对模拟脱硝装置脱硝效果产生的影响，结果表明:随着入口NO浓度的增加，模拟脱硝装置中三个温度段的脱硝效率均随之增加，同时出口NO的排放浓度也随之增加。
　　最后，根据选用的SCR脱硝催化剂的类型，简化空气预热器模型为高低温两个温度段，比较不同高低温度段高度比的条件下模拟脱硝装置的脱硝效率，选定此高度比为1.5，模拟脱硝装置单位体积内有效催化面积为0.62 m2/m3，高温段选用Mn0.4-Ce0.13/TiO2 SCR脱硝催化剂，低温段选取Mn0.4-Ce0.07/TiO2 SCR脱硝催化剂，在NO入口浓度为500ppm的试验条件下，模拟脱硝装置的脱硝效率达到89.84％，出口处NO的排放浓度为66.96 mg/m3，可达到现行国家标准。在温度、NO入口浓度和氧含量发生波动的条件下，模拟脱硝装置均维持较高的脱硝效率，出口NO排放浓度始终维持在100mg/m3以下，新型模拟脱硝装置表现出良好的SCR脱硝适应性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 NOx的产生与危害

1．2．1 NOx的产生

1．2．2 NOx的危害

1．3 NOx的控制技术

1．3．1 低NOx燃烧技术

1．3．2 烟气脱硝技术

1．3．3 选择性催化还原技术

1．4 SCR催化剂的研究现状

1．4．1 催化剂的分类

1．4．2 钒基SCR催化剂

1．4．3 锰基SCR催化剂

1．4．4 铁基SCR催化剂

1．5 加装脱硝装置对设备的影响

1．5．1 对锅炉本体的影响

1．5．2 对脱硝设备的影响

1．5．3 对空气预热器的影响

1．6 研究意义与研究内容

1．6．1 研究意义

1．6．2 研究内容

2 试验系统及测试方法

2．1 试验试剂与仪器

2．2 催化剂的制备

2．3 试验系统

3 空气预热器SCR脱硝催化剂的活性评价与选取

3．1 催化剂的活性评价

3．2 空气预热器SCR脱硝催化剂的选取

4 空气预热器SCR脱硝研究

4．1 分段式空气预热器SCR脱硝研究

4．1．1 板载SCR催化剂脱硝效率

4．1．2 催化剂反应面积与脱硝效率

4．2 整体式空气预热器SCR脱硝研究

4．3 整体式SCR脱硝与分段式SCR脱硝的统一性

4．4 高中低三个温度段脱硝效率公式的拟合

4．4．1 高温段脱硝效率公式拟合

4．4．2 中温段脱硝效率公式拟合

4．4．3 低温段脱硝效率公式拟合

4．5 NO入口浓度与脱硝效率

5 新型空气预热器脱硝装置设计与脱硝适应性研究

5．1 高低温度段最佳高度比的确定

5．2 单位体积内有效催化面积与脱硝效率

5．3 不同运行工况下模拟脱硝装置脱硝的适应性

5．3．1 温度波动对脱硝装置脱硝效率的影响

5．3．2 入口NO浓度对脱硝装置脱硝效率的影响

5．3．3 入口氯含量对脱硝装置脱硝效率的影响

6 全文总结

参考文献

致谢