CN103793608A - 一种scr脱硝催化剂选型方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种SCR脱硝催化剂选型方法，其在确保达到工程指标的前提下，减少不必要的损耗和事故率，提高系统运行效率，且降低了脱硝系统的运行成本。其通过分析运行条件及工程要求，获得所需催化剂的相关指标参数，然后在催化剂数据库中定位处和计算出的相关指标参数匹配SCR脱硝催化剂，进而计算出最优的SCR脱硝催化剂用量及反应器内布置方式、系统运行耗氨量、开启/停止喷氨温度，确定压力损失及催化剂寿命。

Description

一种SCR脱硝催化剂选型方法

技术领域

    本发明涉及烟气处理的技术领域，其提供了一种SCR脱硝催化剂选型方法。

背景技术

随着《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）的实施，燃煤电厂开始广泛应用SCR脱硝系统。SCR脱硝系统的主要原理是在SCR脱硝催化剂的作用下，锅炉排放烟气中喷入的NH₃等还原剂，与烟气中的NOx发生反应生成无害的N₂和H₂O。

针对SCR脱硝系统，现有的技术普遍采用经验来选取特定结构的SCR脱硝催化剂作为整个系统的脱硝催化剂，由于仅仅通过经验选取催化剂，使得后续SCR脱硝催化剂的脱硝效率、寿命不能达到最优状态，且脱硝系统的运行成本高。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种SCR脱硝催化剂选型方法，其在确保达到工程指标的前提下，减少不必要的损耗和事故率，提高系统运行效率，且降低了脱硝系统的运行成本。

一种SCR脱硝催化剂选型方法，其特征在于：其通过分析运行条件及工程要求，获得所需催化剂的相关指标参数，然后在催化剂数据库中定位处和计算出的相关指标参数匹配SCR脱硝催化剂，进而计算出最优的SCR脱硝催化剂用量及反应器内布置方式、系统运行耗氨量、开启/停止喷氨温度，确定压力损失及催化剂寿命。

其进一步特征在于：

其具体步骤如下：

a预先测定烟气组分、飞灰成分、工况参数、反应器设计参数，以及掌握整个系统的设计要求；所述烟气组分包括包括CO₂、O₂、N₂、SO₂和H₂O这5种气体组分在烟气中的体积分数；所述飞灰成分指在烟气飞灰中SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、Na₂O、K₂O这7类物质所占的质量分数；所述工况参数包括单元总烟气流量、烟气温度、灰浓度、烟气中NOx含量及烟气压力这5类工况数据，其中灰浓度和烟气中NOx含量数据可依照四种烟气状态类型进行可选输入，并将其余三种状态下换算得到的数值依次也呈列在软件输入界面中；所述烟气状态类型包括湿基、实际氧浓度；湿基、6%氧浓度；干基、实际氧浓度；干基、6%氧浓度这四种烟气状态类型；所述反应器设计参数包括单元编号、单元内反应器数量、初装催化剂层数、单层催化剂模块数、单个模块内催化剂条数这5类设计参数数据；所述整个系统的设计要求包括设计脱硝率、设计SO₂氧化率、设计NH₃逃逸量、设计总压力损失、和催化剂用量的安全系数这五类设计要求；

b将不同孔径规格下SCR脱硝催化剂的各项结构参数输入催化剂数据库；

c根据灰浓度值计算蜂窝孔道节距值，将计算得到的节距值同催化剂数据库中蜂窝结构参数进行对比，并从数据库中选择节距值与计算值最接近的两种蜂窝状催化剂规格，同时标示其分别在数据库中的引用位置；

d根据所确定的数据库中两种蜂窝状催化剂规格引用位置，从催化剂数据库中调出其分别对应的其它结构参数作为计算参数，包括：孔数、孔内边长、内壁厚、外壁厚、比表面积及开孔率；

e根据进口NOx含量、进口灰浓度、烟气中各类组分所占体积分数、飞灰中各类物质所占质量分数、烟气温度、设计脱硝率及设计SO₂氧化率参数，计算催化剂中活性组分V₂O₅应满足的最适质量分数；

f对V₂O₅在催化剂中的最适质量分数计算值，以0.05%为间隔，项数据两侧各进行两次取整取值，得到以计算值为中心的4组可选V₂O₅质量分数值；

g根据进口NOx含量、设计脱硝率及设计NH₃逃逸量，计算工程中所应采用的NH₃/NOx运行参数；

h根据烟气中H₂O和O₂的体积分数、烟气中灰浓度和其中各类物质所占质量分数、烟气温度以及从数据库中调用的蜂窝状催化剂开孔率，对步骤c中所确定的两种催化剂结构的相对比活性进行计算；

i由步骤c所选择的两种蜂窝状催化剂结构，加上步骤f所确定的4组V₂O₅质量分数值，彼此互乘，则共得到8组可选催化剂类型,分别予以编号NO.1.1~NO.1.4；NO.2.1~NO.2.4；编号中第一个数字标示蜂窝状催化剂结构；后一个数字标示V₂O₅质量分数；

j根据设计脱硝率、计算得到的NH₃/NOx运行参数、催化剂中V₂O₅质量分数、相对比活性以及从数据库中调用的蜂窝状催化剂比表面积，按照经验及理论公式对步骤i中所确定的8组可选催化剂类型的运行空速比参数分别进行计算；

k根据单元烟气总流量、安全系数取值及空速比参数对8组可选催化剂类型所需的催化剂总量分别进行计算，并按照输入反应器设计参数中的单元内反应器数量和初装催化剂层数，对8组类型各自的单反应器催化剂用量、单层催化剂用量分别进行计算；

l根据输入反应器设计参数中的单元内反应器数量、初装催化剂层数、单层催化剂模块数、单个模块内催化剂条数先计算得到总的催化剂条数，再按照单挑催化剂150mm×150mm的入口截面积计算总的催化剂入口截面积,再根据步骤k中计算得到的8组类型各自的催化剂总量，分别计算得到对应的8组催化剂长度；

m根据单元总烟气流量、单元内反应器数量、单层催化剂模块数、单个模块内催化剂条数计算得到催化剂的表面流速；

n根据单元总烟气流量、单元内反应器数量、单层催化剂模块数、单个模块内催化剂条数以及不同蜂窝状催化剂结构的开孔率；

o计算催化剂层的总压力损失，先通过烟气温度、压力及烟气中各气相组分的体积分数计算得到其在实际状态下的密度，再根据初装催化剂层数及8组可选催化剂类型各自对应的孔道内流速、催化剂长度、蜂窝孔道内边长，计算得到8组可选催化剂在反应器中由催化剂层所造成的总压力损失；

p根据烟气温度和8组可选催化剂中V₂O₅质量分数，分别计算其所对应的SO2氧化率；

q根据烟气温度、烟气中灰浓度以及其中各物质的质量分数计算得到催化剂的使用寿命；

r根据单层催化剂模块数、单个模块内催化剂条数计算确定催化剂模块尺寸以及反应器截面尺寸；

s根据单元总烟气流量、单元内反应器数量、烟气中NOx含量以及NH₃/NOx运行参数计算得到单台反应器的NH₃消耗量；

t根据烟气中的SO₂及H₂O所占体积分数，计算确定系统的停止/开启喷氨温度；

u将计算得到的SCR脱硝催化剂各项参数计算结果用专门的页面予以整理并输出,输出结果包括：

（1）SCR脱硝催化剂选型参数：包含8组可选催化剂类型所对应的孔数、孔内边长、比表面积、开孔率、V₂O₅含量、安全系数、催化剂相对比活性、催化剂层压损、催化剂长度、单层催化剂用量、单反应器催化剂用量、催化剂总用量、催化剂表面流速、催化剂孔道流速、SO₂氧化率；

（2）SCR脱硝反应器结构及运行参数：包括催化剂模块尺寸、反应器截面尺寸、单台反应器的NH₃消耗量、停止/开启喷氨温度、催化剂使用寿命；

v人工选定8组可选催化剂类型中任一SCR脱硝催化剂即可。 

采用本发明的方法后，其通过分析运行条件及工程要求，获得所需催化剂的相关指标参数，然后在催化剂数据库中定位处和计算出的相关指标参数匹配SCR脱硝催化剂，进而计算出最优的SCR脱硝催化剂用量及反应器内布置方式、系统运行耗氨量、开启/停止喷氨温度，确定压力损失及催化剂寿命，经验因素不起决定因素，使得SCR脱硝催化剂选型科学，其在确保达到工程指标的前提下，减少不必要的损耗和事故率，提高系统运行效率，且降低了脱硝系统的运行成本。

 

具体实施方式

一种SCR脱硝催化剂选型方法，其通过分析运行条件及工程要求，获得所需催化剂的相关指标参数，然后在催化剂数据库中定位处和计算出的相关指标参数匹配SCR脱硝催化剂，进而计算出最优的SCR脱硝催化剂用量及反应器内布置方式、系统运行耗氨量、开启/停止喷氨温度，确定压力损失及催化剂寿命。

其具体步骤如下：

a预先测定烟气组分、飞灰成分、工况参数、反应器设计参数，以及掌握整个系统的设计要求；烟气组分包括包括CO₂、O₂、N₂、SO₂和H₂O这5种气体组分在烟气中的体积分数；飞灰成分指在烟气飞灰中SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、Na₂O、K₂O这7类物质所占的质量分数；工况参数包括单元总烟气流量、烟气温度、灰浓度、烟气中NOx含量及烟气压力这5类工况数据，其中灰浓度和烟气中NOx含量数据可依照四种烟气状态类型进行可选输入，并将其余三种状态下换算得到的数值依次也呈列在软件输入界面中；烟气状态类型包括湿基、实际氧浓度；湿基、6%氧浓度；干基、实际氧浓度；干基、6%氧浓度这四种烟气状态类型；反应器设计参数包括单元编号、单元内反应器数量、初装催化剂层数、单层催化剂模块数、单个模块内催化剂条数这5类设计参数数据；整个系统的设计要求包括设计脱硝率、设计SO₂氧化率、设计NH₃逃逸量、设计总压力损失、和催化剂用量的安全系数这五类设计要求；

b将不同孔径规格下SCR脱硝催化剂的各项结构参数输入催化剂数据库；

c根据灰浓度值计算蜂窝孔道节距值，将计算得到的节距值同催化剂数据库中蜂窝结构参数进行对比，并从数据库中选择节距值与计算值最接近的两种蜂窝状催化剂规格，同时标示其分别在数据库中的引用位置；

d根据所确定的数据库中两种蜂窝状催化剂规格引用位置，从催化剂数据库中调出其分别对应的其它结构参数作为计算参数，包括：孔数、孔内边长、内壁厚、外壁厚、比表面积及开孔率；

e根据进口NOx含量、进口灰浓度、烟气中各类组分所占体积分数、飞灰中各类物质所占质量分数、烟气温度、设计脱硝率及设计SO₂氧化率参数，计算催化剂中活性组分V₂O₅应满足的最适质量分数；

f对V₂O₅在催化剂中的最适质量分数计算值，以0.05%为间隔，项数据两侧各进行两次取整取值，得到以计算值为中心的4组可选V₂O₅质量分数值；

g根据进口NOx含量、设计脱硝率及设计NH₃逃逸量，计算工程中所应采用的NH₃/NOx运行参数；

h根据烟气中H₂O和O₂的体积分数、烟气中灰浓度和其中各类物质所占质量分数、烟气温度以及从数据库中调用的蜂窝状催化剂开孔率，对步骤c中所确定的两种催化剂结构的相对比活性进行计算；

i由步骤c所选择的两种蜂窝状催化剂结构，加上步骤f所确定的4组V₂O₅质量分数值，彼此互乘，则共得到8组可选催化剂类型,分别予以编号NO.1.1~NO.1.4；NO.2.1~NO.2.4；编号中第一个数字标示蜂窝状催化剂结构；后一个数字标示V₂O₅质量分数；

j根据设计脱硝率、计算得到的NH₃/NOx运行参数、催化剂中V₂O₅质量分数、相对比活性以及从数据库中调用的蜂窝状催化剂比表面积，按照经验及理论公式对步骤i中所确定的8组可选催化剂类型的运行空速比参数分别进行计算；

k根据单元烟气总流量、安全系数取值及空速比参数对8组可选催化剂类型所需的催化剂总量分别进行计算，并按照输入反应器设计参数中的单元内反应器数量和初装催化剂层数，对8组类型各自的单反应器催化剂用量、单层催化剂用量分别进行计算；

l根据输入反应器设计参数中的单元内反应器数量、初装催化剂层数、单层催化剂模块数、单个模块内催化剂条数先计算得到总的催化剂条数，再按照单挑催化剂150mm×150mm的入口截面积计算总的催化剂入口截面积,再根据步骤k中计算得到的8组类型各自的催化剂总量，分别计算得到对应的8组催化剂长度；

m根据单元总烟气流量、单元内反应器数量、单层催化剂模块数、单个模块内催化剂条数计算得到催化剂的表面流速；

n根据单元总烟气流量、单元内反应器数量、单层催化剂模块数、单个模块内催化剂条数以及不同蜂窝状催化剂结构的开孔率；

o计算催化剂层的总压力损失，先通过烟气温度、压力及烟气中各气相组分的体积分数计算得到其在实际状态下的密度，再根据初装催化剂层数及8组可选催化剂类型各自对应的孔道内流速、催化剂长度、蜂窝孔道内边长，计算得到8组可选催化剂在反应器中由催化剂层所造成的总压力损失；

p根据烟气温度和8组可选催化剂中V₂O₅质量分数，分别计算其所对应的SO2氧化率；

q根据烟气温度、烟气中灰浓度以及其中各物质的质量分数计算得到催化剂的使用寿命；

r根据单层催化剂模块数、单个模块内催化剂条数计算确定催化剂模块尺寸以及反应器截面尺寸；

s根据单元总烟气流量、单元内反应器数量、烟气中NOx含量以及NH₃/NOx运行参数计算得到单台反应器的NH₃消耗量；

t根据烟气中的SO₂及H₂O所占体积分数，计算确定系统的停止/开启喷氨温度；

u将计算得到的SCR脱硝催化剂各项参数计算结果用专门的页面予以整理并输出,输出结果包括：

（1）SCR脱硝催化剂选型参数：包含8组可选催化剂类型所对应的孔数、孔内边长、比表面积、开孔率、V₂O₅含量、安全系数、催化剂相对比活性、催化剂层压损、催化剂长度、单层催化剂用量、单反应器催化剂用量、催化剂总用量、催化剂表面流速、催化剂孔道流速、SO₂氧化率；

（2）SCR脱硝反应器结构及运行参数：包括催化剂模块尺寸、反应器截面尺寸、单台反应器的NH₃消耗量、停止/开启喷氨温度、催化剂使用寿命；

v人工选定8组可选催化剂类型中任一SCR脱硝催化剂即可。

Claims (2)

1.一种SCR脱硝催化剂选型方法，其特征在于：其通过分析运行条件及工程要求，获得所需催化剂的相关指标参数，然后在催化剂数据库中定位处和计算出的相关指标参数匹配SCR脱硝催化剂，进而计算出最优的SCR脱硝催化剂用量及反应器内布置方式、系统运行耗氨量、开启/停止喷氨温度，确定压力损失及催化剂寿命。

2.根据权利要求1所述的一种SCR脱硝催化剂选型方法，其特征在于：其具体步骤如下：

a预先测定烟气组分、飞灰成分、工况参数、反应器设计参数，以及掌握整个系统的设计要求；所述烟气组分包括包括CO₂、O₂、N₂、SO₂和H₂O这5种气体组分在烟气中的体积分数；所述飞灰成分指在烟气飞灰中SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、Na₂O、K₂O这7类物质所占的质量分数；所述工况参数包括单元总烟气流量、烟气温度、灰浓度、烟气中NOx含量及烟气压力这5类工况数据，其中灰浓度和烟气中NOx含量数据可依照四种烟气状态类型进行可选输入，并将其余三种状态下换算得到的数值依次也呈列在软件输入界面中；所述烟气状态类型包括湿基、实际氧浓度；湿基、6%氧浓度；干基、实际氧浓度；干基、6%氧浓度这四种烟气状态类型；所述反应器设计参数包括单元编号、单元内反应器数量、初装催化剂层数、单层催化剂模块数、单个模块内催化剂条数这5类设计参数数据；所述整个系统的设计要求包括设计脱硝率、设计SO₂氧化率、设计NH₃逃逸量、设计总压力损失、和催化剂用量的安全系数这五类设计要求；

b将不同孔径规格下SCR脱硝催化剂的各项结构参数输入催化剂数据库；

c根据灰浓度值计算蜂窝孔道节距值，将计算得到的节距值同催化剂数据库中蜂窝结构参数进行对比，并从数据库中选择节距值与计算值最接近的两种蜂窝状催化剂规格，同时标示其分别在数据库中的引用位置；

d根据所确定的数据库中两种蜂窝状催化剂规格引用位置，从催化剂数据库中调出其分别对应的其它结构参数作为计算参数，包括：孔数、孔内边长、内壁厚、外壁厚、比表面积及开孔率；

e根据进口NOx含量、进口灰浓度、烟气中各类组分所占体积分数、飞灰中各类物质所占质量分数、烟气温度、设计脱硝率及设计SO₂氧化率参数，计算催化剂中活性组分V₂O₅应满足的最适质量分数；

f对V₂O₅在催化剂中的最适质量分数计算值，以0.05%为间隔，项数据两侧各进行两次取整取值，得到以计算值为中心的4组可选V₂O₅质量分数值；

g根据进口NOx含量、设计脱硝率及设计NH₃逃逸量，计算工程中所应采用的NH₃/NOx运行参数；

h根据烟气中H₂O和O₂的体积分数、烟气中灰浓度和其中各类物质所占质量分数、烟气温度以及从数据库中调用的蜂窝状催化剂开孔率，对步骤c中所确定的两种催化剂结构的相对比活性进行计算；

i由步骤c所选择的两种蜂窝状催化剂结构，加上步骤f所确定的4组V₂O₅质量分数值，彼此互乘，则共得到8组可选催化剂类型；分别予以编号NO.1.1~NO.1.4；NO.2.1~NO.2.4；编号中第一个数字标示蜂窝状催化剂结构；后一个数字标示V₂O₅质量分数；

j根据设计脱硝率、计算得到的NH₃/NOx运行参数、催化剂中V₂O₅质量分数、相对比活性以及从数据库中调用的蜂窝状催化剂比表面积，按照经验及理论公式对步骤i中所确定的8组可选催化剂类型的运行空速比参数分别进行计算；

k根据单元烟气总流量、安全系数取值及空速比参数对8组可选催化剂类型所需的催化剂总量分别进行计算，并按照输入反应器设计参数中的单元内反应器数量和初装催化剂层数，对8组类型各自的单反应器催化剂用量、单层催化剂用量分别进行计算；

l根据输入反应器设计参数中的单元内反应器数量、初装催化剂层数、单层催化剂模块数、单个模块内催化剂条数先计算得到总的催化剂条数，再按照单挑催化剂150mm×150mm的入口截面积计算总的催化剂入口截面积；再根据步骤k中计算得到的8组类型各自的催化剂总量，分别计算得到对应的8组催化剂长度；

m根据单元总烟气流量、单元内反应器数量、单层催化剂模块数、单个模块内催化剂条数计算得到催化剂的表面流速；

n根据单元总烟气流量、单元内反应器数量、单层催化剂模块数、单个模块内催化剂条数以及不同蜂窝状催化剂结构的开孔率；

o计算催化剂层的总压力损失，先通过烟气温度、压力及烟气中各气相组分的体积分数计算得到其在实际状态下的密度，再根据初装催化剂层数及8组可选催化剂类型各自对应的孔道内流速、催化剂长度、蜂窝孔道内边长，计算得到8组可选催化剂在反应器中由催化剂层所造成的总压力损失；

p根据烟气温度和8组可选催化剂中V₂O₅质量分数，分别计算其所对应的SO2氧化率；

q根据烟气温度、烟气中灰浓度以及其中各物质的质量分数计算得到催化剂的使用寿命；

r根据单层催化剂模块数、单个模块内催化剂条数计算确定催化剂模块尺寸以及反应器截面尺寸；

s根据单元总烟气流量、单元内反应器数量、烟气中NOx含量以及NH₃/NOx运行参数计算得到单台反应器的NH₃消耗量；

t根据烟气中的SO₂及H₂O所占体积分数，计算确定系统的停止/开启喷氨温度；

u将计算得到的SCR脱硝催化剂各项参数计算结果用专门的页面予以整理并输出，输出结果包括：

（1）SCR脱硝催化剂选型参数：包含8组可选催化剂类型所对应的孔数、孔内边长、比表面积、开孔率、V₂O₅含量、安全系数、催化剂相对比活性、催化剂层压损、催化剂长度、单层催化剂用量、单反应器催化剂用量、催化剂总用量、催化剂表面流速、催化剂孔道流速、SO₂氧化率；

（2）SCR脱硝反应器结构及运行参数：包括催化剂模块尺寸、反应器截面尺寸、单台反应器的NH₃消耗量、停止/开启喷氨温度、催化剂使用寿命；

v人工选定8组可选催化剂类型中任一SCR脱硝催化剂即可。