為什么SCR脫硝催化劑下層比上層磨損還嚴(yán)重？

燃煤電廠SCR技術(shù)尾氣脫硝工藝一般采用高塵布置，即高溫?zé)煔鈴腻仩t出來(lái)后，直接進(jìn)入SCR反應(yīng)器進(jìn)行脫硝處理，再經(jīng)靜電除塵、脫硫塔脫硫后排放。煤燃燒后產(chǎn)生的大量固體顆粒物隨著高速流動(dòng)的氣流進(jìn)入SCR反應(yīng)器后對(duì)催化劑進(jìn)行長(zhǎng)期的沖蝕，造成催化劑磨損及壽命減少。

高溫?zé)煔鈹y帶大量顆粒物進(jìn)入SCR反應(yīng)器與催化劑發(fā)生碰撞，在“馬格努斯效應(yīng)”下將使催化劑壁厚逐漸減小而造成磨損，甚至導(dǎo)致催化劑的坍塌，如圖1所示。催化劑磨損與流場(chǎng)分、煙氣特性、飛灰特性等因素有關(guān)。

1.流場(chǎng)分布

SCR催化劑在應(yīng)用中受到嚴(yán)重磨損，主要原因是脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致進(jìn)入催化劑上端的煙氣流場(chǎng)分布不均，部分催化劑單元受到高濃度飛灰的長(zhǎng)時(shí)間沖蝕。爐SCR脫硝系統(tǒng)反應(yīng)器內(nèi)，橫梁兩側(cè)下方的催化劑磨損程度明顯較其它部分催化劑嚴(yán)重，且橫梁前后兩側(cè)催化劑的磨損特點(diǎn)不一樣；冷態(tài)試驗(yàn)與豎直模擬結(jié)果表明，當(dāng)氣流撞擊橫梁后，在催化劑入口分成兩股不同方向的氣流。

其中，橫梁前側(cè)氣流高速向下，對(duì)該處的催化劑進(jìn)行縱向沖刷，最終導(dǎo)致其呈針狀結(jié)構(gòu)；橫梁后側(cè)的氣流受渦流影響，對(duì)該處的催化劑進(jìn)行斜向的沖刷，最終導(dǎo)致其被掏空。

2.煙氣特性

煙氣的流速對(duì)催化劑的磨損有很大的影響。煙氣流速越高，相同質(zhì)量飛灰攜帶的動(dòng)能就越大，在與催化劑壁面撞擊時(shí)，加劇了催化劑的磨損。設(shè)計(jì)時(shí)，蜂窩催化劑與平板催化劑的迎風(fēng)流速應(yīng)為4．4～4．6m／s和5．2～5．3m／s，且氣體在催化劑通道內(nèi)的流速應(yīng)控制在6～7m／s以內(nèi)。

但是由于邊界效應(yīng)的存在，反應(yīng)器中的氣流壁面流速要低于中心流速，因此導(dǎo)致反應(yīng)器中部的催化劑磨損程度要高于邊緣催化劑。這一問(wèn)題同樣可歸結(jié)于流場(chǎng)分布的不均，通過(guò)改善導(dǎo)流板的分布可將催化劑的磨損程度降低。隨著脫硝系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，煙氣中的飛灰逐漸在催化劑表面沉積，導(dǎo)致孔道阻塞，減少了氣流通過(guò)的截面積，使得未被覆蓋的孔道內(nèi)氣體流速增加而加速催化劑的磨損。

3.飛灰特性

飛灰自身的特性對(duì)催化劑的磨損也有很大影響。飛灰中的Si02／Al203比值越大，說(shuō)明飛灰的硬度越大，對(duì)催化劑的磨損也就越嚴(yán)重；而不規(guī)則多邊形飛灰顆粒對(duì)催化劑的磨損也要強(qiáng)于球形飛灰顆粒。與此同時(shí)，飛灰顆粒的大小對(duì)催化劑磨損性能影響同樣大，顆粒徑越大的飛灰對(duì)催化劑的磨損越嚴(yán)重。

4.催化劑堆積

不僅流場(chǎng)分布、煙氣特性、飛灰特性能影響催化劑的磨損程度，催化劑在反應(yīng)器中的堆積情況也能影響其受磨損狀態(tài)。下層催化劑的磨損程度要比上層催化劑更嚴(yán)重，且下層催化劑比表面積的下降程度和活性惰化速度都要高于上層。

催化劑多層安裝時(shí)，下層催化劑要比上層催化劑磨損嚴(yán)重，同時(shí)上層催化劑的尾部也發(fā)生了輕微的磨損。一方面是由于與下層催化劑接觸的氣體流速要高于上層催化劑所接觸的氣體流速；另一方面是由于催化劑兩層之間可能形成渦流，加速了催化劑的磨損。

SCR催化劑一般分為蜂窩催化劑、平板催化劑、波紋板催化劑，其中蜂窩與平板催化劑在工業(yè)中應(yīng)用較多。相比于V205一WO3／TiO2擠出式蜂窩催化劑，平板催化劑采用金屬基體作為催化劑的載體。抗磨損性能較于優(yōu)異。為此，當(dāng)SCR入口的飛灰濃度小于30g／m³時(shí)，可優(yōu)先考慮蜂窩催化劑；當(dāng)飛灰濃度大于40g／m³時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮平板催化劑；而波紋板催化劑由于自身的結(jié)構(gòu)特性，一般僅適用于飛灰濃度不大于10g／m³的低塵煙氣。

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