技术汇|Zn-W/TiO2宽温度窗口SCR催化剂在燃煤烟气中的应用

关键词：燃煤烟气;氮氧化物;选择性催化还原技术;宽温度窗口SCR催化剂;NH₃逃逸

引言

选择性催化还原(SCR)技术是燃煤电站应用最广的脱硝技术，其核心是催化剂，催化剂的费用占脱硝总费用的30%～60%。现阶段，工业化主要是以V₂O₅为活性成分、W和Mo为助剂的SCR催化剂，该催化剂工艺上多布置在燃煤锅炉省煤器之后、空气预热器之前，具有很高的脱硝活性。但是，目前燃煤发电机组长期处于低负荷运行，SCR系统中烟气温度较低，导致催化剂的活性受到较大影响，严重时脱硝系统需要退出。因此，向低温方向拓宽催化剂的工作温度窗口成为烟气脱硝领域研究的热点。

宽温度窗口SCR催化剂的研究多集中在理论基础研究上，Mn、Fe、Cu、Ce、Zn等元素的氧化物作为活性物质，表现出良好的低温脱硝活性。CeO₂因具有较好的储氧能力及氧化还原能力，有利于NO和NH₃在催化剂表面的吸附反应;GaoXiang等研究了Ce-Cu/TiO₂复合氧化物催化剂，当氮氧化物入口浓度为1300mg/m³时，该催化剂的脱硝效率在250～350℃温度窗口内可达到90%以上。Mn系催化剂低温活性较好，但其温度窗口一般较窄，抗SO₂/H₂O性能也较差;曹蕃等通过添加其他活性物质来改善Mn系催化剂的性能，研究成果显示，Mn-Ce-Zr/γ-Al₂O₃催化剂在250～300℃下的脱硝效率可以达到95%，并且具有较好的空速变化适应能力和抗SO₂/H₂O中毒性能。过渡金属元素在NH₃-SCR中的研究也较多，SherAli发现在n(Cu)∶n(Ce)∶n(Zr)为2∶3∶5时，催化剂具有较高的脱硝效率;YuanEnHui等发现Zn/ZSM-5催化剂在较宽的温度范围内表现出很好的脱硝活性。沈伯雄等发现Fe和Cu等过度金属氧化物的添加有助于提高MnOx-CeOx/ACF低温催化剂的抗硫性能。此外，制备方法也是影响催化剂脱硝活性的重要因素之一，单步溶胶-凝胶法制备的CeO₂/Al₂O₃、CeO₂/TiO₂和MNOx/TiO₂催化剂比浸渍法和共沉淀法制备的表现出更好的脱硝性能。但是，前人对宽温度窗口SCR催化剂的研究多停留于基础研究，缺少应用实践，实际燃煤锅炉因煤质不同、燃烧状况多变、烟气成分复杂，对催化剂性能的影响较大。因此，研究宽温度窗口SCR催化剂在实际烟气条件中的应用对燃煤机组适应负荷波动、实现氮氧化物超低排放具有重要意义。

本文通过5×104m³/h(350℃，101.325kPa大气压)的燃煤烟气污染物脱除试验平台，研究Zn-W/TiO₂宽温度窗口SCR催化剂在不同温度窗口下的脱硝性能、氨逃逸率及连续运行300h后催化剂效率及阻力的变化，为宽温度窗口SCR催化剂在负荷波动较大的燃煤机组烟气脱硝中的应用提供参考。

1试验方法

1.1试验系统及方法

本文试验平台建于国华电力公司三河电厂，烟气从该电厂3号机组(300MW亚临界燃煤供热机组)省煤器后引出，依次经过SCR脱硝系统、吸附喷射脱汞系统、低低温静电除尘器、高效脱硫系统及湿式机电耦合除尘器后回到3号机组脱硫吸收塔入口，系统满负荷时烟气量为5×104m3/h(350℃，101.325kPa大气压条件)。催化剂设计共3层，上2层为宽温度窗口SCR催化剂，第3层为协同汞氧化SCR催化剂，本次试验投入第1层和第2层。氨气稀释比例<5%。为研究催化剂在不同温度下的脱硝性能，SCR系统前设计安装了烟气换热器，可调节SCR入口烟气温度。SCR系统如图1所示，系统设计参数如表1所示。