燃煤鍋爐氮氧化物排放特性研究及煙氣脫硝催化劑的研制.pdf

1、本文針對(duì)電站鍋爐燃煤污染物排放濃度高的現(xiàn)狀，通過大量的現(xiàn)場測試和實(shí)驗(yàn)，研究了多種容量燃煤鍋爐的NOx排放特性，以及低NOx燃燒技術(shù)和低NOx燃燒器在這些鍋爐上的應(yīng)用效果；采用理論分析和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，研究了顆粒狀催化劑的成分對(duì)活性的影響、添加劑的成分和含量對(duì)催化劑活性的影響，以及催化劑的成分和制作工藝對(duì)成型性能和活性的影響，利用擠出成型法制備了峰窩狀成型催化劑；通過測試成型催化劑在中型燃燒實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的活性，研究了煙氣成分和實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)

2、催化劑活性的影響；通過研究篩選出了成型性能好、活性高的催化劑，為開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的選擇性催化還原反應(yīng)（SCR）催化劑打下了良好的基礎(chǔ)。 1、系統(tǒng)地研究了山東電網(wǎng)不同容量、不同型式、不同煤種、不同時(shí)期低NOx燃燒技術(shù)和燃燒器鍋爐的NOx排放濃度。早期投產(chǎn)的小容量機(jī)組鍋爐的NOx排放濃度在800～1200mg/m3之間；300MW機(jī)組鍋爐的NOx排放濃度在600～1100mg/m3之間，其中燒貧煤的300MW機(jī)組鍋爐的NOx排放

3、濃度達(dá)800～1100mg/m3；近幾年新投產(chǎn)的大容量機(jī)組燃煤鍋爐，引進(jìn)利用新型爐內(nèi)低NOx燃燒技術(shù)和燃燒器，NOx排放濃度可控制在300～700mg/m3之間，由于燃燒調(diào)整不及時(shí)等原因，個(gè)別貧煤鍋爐和煙煤鍋爐的NOx排放濃度仍然高達(dá)800～1000mg/m3。 2、分析了燃煤鍋爐NOx排放濃度與燃燒煤種、鍋爐結(jié)構(gòu)、燃燒器型式、鍋爐運(yùn)行工況和運(yùn)行參數(shù)的關(guān)系。在所有因素中，煤種對(duì)NOx排放濃度的影響最大；在所有鍋爐運(yùn)行參數(shù)中，爐膛

4、內(nèi)平均氧量以及氧濃度分布對(duì)NOx排放濃度的影響最明顯?！癢”火焰鍋爐燃燒貧煤，其NOx排放濃度最高，達(dá)1000～1500mg/m3；其次是四角切圓直流燃燒器鍋爐；燃用相同煤種時(shí)，采用新型低NOx旋流燃燒器鍋爐的NOx排放濃度低于四角切圓燃燒鍋爐；循環(huán)流化床鍋爐的NOx排放濃度最低，一般不超過200 mg/m3；燒煙煤的四角切圓燃燒鍋爐的NOx排放濃度比貧煤鍋爐低約50％；隨過量空氣系數(shù)和鍋爐負(fù)荷的降低，煙煤鍋爐NOx排放降低的量比貧煤鍋

5、爐大；鍋爐運(yùn)行工況和運(yùn)行參數(shù)對(duì)NOx排放濃度有較大影響，及時(shí)地調(diào)整鍋爐燃燒工況和運(yùn)行參數(shù)，NOx排放濃度可降低10～20％。 3、研究了浸漬法制備的V2O5-WO3-MoO3/TiO2顆粒狀催化劑在固定床反應(yīng)器上的活性。釩是催化劑中的主要活性成分，釩的含量增加，SCR反應(yīng)的脫硝效率增加；當(dāng)釩的含量增加到1％時(shí)，催化劑具有較高的活性，且溫度窗口拓寬到了200～300℃之間；隨著釩的含量進(jìn)一步增加，催化劑的活性降低，活性溫度窗口范圍

6、減小。鎢在催化劑中主要起促進(jìn)作用，增強(qiáng)催化劑在高溫區(qū)域的活性；但當(dāng)鎢的含量超過7％時(shí)，WO3搶占釩在載體表面的位置，造成V2O5活性中心數(shù)目下降，催化劑活性下降。鉬的存在改善了催化劑在高溫區(qū)域的活性，增強(qiáng)了催化劑的表面酸性和NH3的吸附性，反應(yīng)的選擇性增加；當(dāng)鉬的含量達(dá)到7％以上時(shí)，鉬的含量進(jìn)一步增加，催化劑的性能改善不大。以釩、鎢、鉬的含量分別為1％、5％和5％的催化劑活性最好，該配方的顆粒狀催化劑的脫硝效率達(dá)到95％以上。

7、4、通過實(shí)驗(yàn)對(duì)催化劑活性成分、添加劑成分及含量對(duì)催化劑成型性能和活性的影響進(jìn)行了研究，利用擠出成型法，制備了蜂窩狀催化劑。研究結(jié)果表明：添加劑加入到催化劑中，對(duì)成型性能和活性產(chǎn)生了不利的影響；添加劑成分和含量改變，催化劑的活性和最佳焙燒溫度也改變，同時(shí)活性和最佳焙燒溫度的關(guān)系也改變；通過調(diào)整各種添加劑成分及其含量，改變催化劑的成型工藝，對(duì)各物料的成型性能進(jìn)行了研究，最終獲得了成型性能好、活性高的蜂窩狀成型催化劑。 5、分析了催化

8、劑樣品的表征及其影響因素。催化劑的孔結(jié)構(gòu)特性受活性成分、載體本身、添加劑成分、成型過程和制作工藝影響較大?；旌戏ㄖ频玫念w粒催化劑的孔體積和比表面積都比浸漬法制得的顆粒催化劑的孔體積和比表面積??；合適的添加劑有利于改善催化劑的孔結(jié)構(gòu)；成型過程中的擠壓作用導(dǎo)致催化劑的孔體積和比表面積減??；隨著焙燒溫度的升高，成型催化劑的比表面積下降，活性降低；在所有成型催化劑中，經(jīng)350℃焙燒后的催化劑的比表面積最大，催化劑的活性最高。分析掃描電鏡結(jié)果得到

9、：在成型性能好、活性高、經(jīng)350℃焙燒后的催化劑表面，添加劑和活性成分、TiO2載體結(jié)合良好，形成了形狀規(guī)則的顆粒，顆粒表面孔上又分布著許多類似蜂窩的細(xì)小微孔結(jié)構(gòu)。催化劑孔結(jié)構(gòu)特性的差異最終導(dǎo)致了催化劑脫硝活性的差異，而且這種孔結(jié)構(gòu)上的差異和催化劑的脫硝活性具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 6、研究了成型催化劑在中型燃燒實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的催化活性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，催化劑的活性受各種因素影響較大：脫硝效率隨氨氮比的增加而增加，氨氮比大于0．85時(shí)，脫硝

10、效率達(dá)到90％以上，增大氨氮比會(huì)使脫硝效率提高，但當(dāng)氨氮比大于1．1時(shí)，脫硝效率增長趨勢平緩，在SCR催化劑還原反應(yīng)中，維持氨氮比為1；在NO濃度為250～830ppm的實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，NO初始濃度對(duì)脫硝效率的影響不明顯；空速增大時(shí)，脫硝效率降低，在中型燃燒實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，反應(yīng)空速為2000/h左右；反應(yīng)溫度對(duì)脫硝效率有較大影響，在100～200℃低溫下，催化劑的活性很低，脫硝效率不到70％，隨溫度升高，脫硝效率急劇升高，溫度升至315℃時(shí)，脫硝