用于宽温脱硝工程的催化剂的选型设计方法及催化剂和应用与流程

本发明属于催化剂领域，具体涉及用于宽温脱硝工程的催化剂的选型设计方法及催化剂和应用。

背景技术：

1、

2、燃煤电厂是nox的主要排放源之一。满足标准的最佳技术途径是氨气选择性催化还原(nh3-scr)。燃煤电厂烟气脱硝中普遍使用的是传统商业v2o5/wo3-tio2催化剂，其最佳活性温度区间为300-420℃。机组在深度调峰低负荷运行时，烟温低于常规脱硝催化剂运行温度的300-420℃，只有250-300℃，造成nox超标、氨逃逸量高、运行成本增加、运行安全隐患等重大问题。通过提升常规催化剂活性组分v2o5含量，以及调配活性助剂，能实现催化剂在较宽温度范围内脱硝。

3、随着催化剂中的v2o5含量的提高，催化剂的脱硝性能和so2氧化率均有所增加。当v2o5含量小于1.2％时，脱硝效率随着v2o5的增加显著提高，而so2氧化率提高不显著；当v2o5含量大于1.2％时，so2氧化率呈指数型增长，而脱硝效率几乎不增加。在工程设计时，通常采用提高催化剂体积量或者提高v2o5含量的方式提高脱硝系统整体的脱硝效率，并且为保证催化剂和空预器安全运行，催化剂v2o5含量控制在1.2％以下，最后计算出催化剂装填体积量，但并没有从催化剂选型的设计上针对该问题进行解决。

技术实现思路

1、本发明的第一个目的在于提供一种用于宽温脱硝工程的催化剂的选型设计方法，该选型设计方法能够选出可实现nox排放达到超低排放标准、nh3逃逸小、so2氧化率低的宽温脱硝催化剂；

2、本发明的第二个目的在于提供根据前述选型设计方法获得的宽温脱硝催化剂。

3、本发明的第三个目的在于提供前述选型设计方法及前述宽温脱硝催化剂在宽温脱硝工程的应用。

4、为实现本发明的第一个目的，采用以下的技术方案：

5、一种用于宽温脱硝工程的催化剂的选型设计方法，包括以下步骤：

6、(1)获取电厂深度调峰负荷范围内最低负荷和最高负荷下的烟气流量q、温度t，以及nox、so2、so3、o2、h2o的浓度；

7、(2)根据其机组原有n层催化剂的参数，n≥2，包括自上至下n层催化剂的体积量v首～v末，以及自上至下n层催化剂的几何比表面积s首～s末，并根据v×s计算各层催化剂的表面积，然后根据av＝q/(n层催化剂的表面积之和)计算催化剂的面速度；

8、(3)根据首层催化剂的入口nox浓度c1以及末层催化剂的出口nox浓度c2，计算整个脱硝工程的设计效率η设计＝(c1-c2)/c1；

9、(4)根据步骤(3)中的c1、η设计及符合排放标准的末层催化剂的出口nh3浓度c3，计算整个脱硝工程的设计氨氮摩尔比mr设计＝η设计+c3/c1；

10、(5)根据公式k＝0.5×av×ln(mr/(mr-η)/(1-η))，计算在催化剂运行24000h后，最低和最高负荷条件下，催化剂所需的活性kl24000和kh24000；

11、(6)根据表达式(x)v2o5-(y)moo3/tio2，选择宽温脱硝催化剂；其中，tio2为催化剂载体，moo3占催化剂的百分含量为y％，v2o5占催化剂的百分含量为x％；x＝0.5-3，比如0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8和2.9；y＝0.1-8，比如0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7和7.5；

12、(7)对步骤(6)中宽温脱硝催化剂(x)v2o5-(y)moo3/tio2进行活性值k测试，测试其在不同x值、不同y值和不同运行温度下的活性值k；

13、(8)根据步骤(5)所得活性kh24000和kl24000，按照衰减系数k24000/k0＝b，b＝0.65-0.85，不同数值代表催化剂在不同煤质烟气的衰减系数，比如0.66、0.67、0.68、0.69、0.70、0.71、0.72、0.73、0.74、0.75、0.76、0.77、0.78、0.79、0.80、0.81、0.82、0.83和0.84，获得步骤(6)中宽温脱硝催化剂在最低运行温度和最高运行温度下的初装活性kl0和kh0；

14、(9)根据步骤(7)所得活性值k，选择满足在步骤(8)中最低运行温度和最高运行温度下，活性值分别高于kl0和kh0、且x值最小的宽温脱硝催化剂。

15、本领域技术人员理解，步骤(1)中的参数可根据机组的脱硝系统设计书、超低排放改造技术协议书和低氮燃烧改造技术协议书等获得。而电厂深度调峰负荷范围可根据电厂深度调峰的技术需求获得。

16、本发明中，步骤(1)中，so2、so3、nox的浓度是分别按照6％o2折算后的浓度，即so2的浓度为so2/6％o2，so3的浓度为so3/6％o2，nox的浓度为nox/6％o2。h2o是指水汽。

17、本领域技术人员理解，大气中实际氧含量是21％，燃煤电厂浓度一般按照6％o2折算。比如nox/6％o2＝(nox实际浓度)×(21-6)/(21-o2实际浓度)。

18、本领域技术人员理解，脱硝效率的计算公式η设计＝(c1-c2)/c1中，脱硝效率的单位为％。

19、本领域技术人员理解，步骤(7)中，对催化剂活性值k的测试，其实是先对催化剂的脱硝效率η进行测试，然后根据脱硝效率和面速度以及公式k＝-av×ln(1-η)计算得到活性值。这是本领域获得活性值k的公知方法。

20、本领域技术人员理解，活性组分v2o5的前体物偏钒酸铵价格昂贵，步骤(9)中，在满足步骤(8)中最低运行温度和最高运行温度下，活性值分别高于kl0和kh0的基础上，选择x值最小的宽温脱硝催化剂可以在满足所需活性的基础上，降低so2氧化率，控制成本至最低，从而在满足催化剂活性的基础上，减少硫酸氢铵的生成并保证其经济性；若在满足催化剂活性的基础上，选择x值较大的宽温脱硝催化剂，可能其活性和脱硝效果会略有提高，但是经济成本上升，经济性差；同时，v2o5含量(x值)越大，催化剂对so2氧化能力越强，增加了催化剂失效的风险；综合考虑，不如选择x值最小的宽温脱硝催化剂好。本发明中，moo3对催化剂选型的影响不大，即y的值对催化剂选型的影响不大，moo3主要对催化剂的抗中毒性有帮助，对催化剂运行温度窗口影响较小。

21、本领域技术人员理解，催化剂的化学寿命是24000h，三年；即24000h后也要满足超低排放的要求。因此步骤(5)中计算了催化剂运行24000h后，最低和最高负荷条件下，催化剂所需的活性kl24000和kh24000。

22、本领域技术人员理解，衰减系数b是衰减后的活性值与原活性值的比值，而衰减速率是衰减掉的活性值差值与原数值的比值。b越小，代表衰减后的活性值越小，衰减速率越大。

23、本发明的用于宽温脱硝工程的催化剂选型设计方法，该选型设计方法能够选出可实现nox排放达到超低排放标准、nh3逃逸小、so2氧化率低的宽温脱硝催化剂。

24、在一种实施方式中，步骤(7)中，运行温度范围为200-400℃，优选250-380℃，比如250℃、260℃、270℃、280℃、290℃、300℃、310℃、320℃、330℃、340℃、350℃、360℃、370℃、380℃。

25、在一种实施方式中，步骤(7)中，测试宽温脱硝催化剂分别在x＝0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4和1.5时，y＝3.5，运行温度分别为250℃、260℃、270℃、280℃、290℃、300℃、310℃、320℃、330℃、340℃、350℃、360℃、370℃和380℃下的活性值k。

26、在一种实施方式中，步骤(3)中，c2符合排放标准。

27、在一种实施方式中，步骤(8)中，b＝0.65-0.76，不同数值代表催化剂在不同煤质烟气的衰减系数，比如0.66、0.67、0.68、0.69、0.70、0.71、0.72、0.73、0.74和0.75。

28、为实现本发明的第二个目的，提供根据前述的催化剂选型设计方法获得的宽温脱硝催化剂。

29、为实现本发明的第三个目的，提供前述的催化剂选型设计方法及前述的宽温脱硝催化剂在宽温脱硝工程的应用

30、本发明的有益效果在于：

31、本发明的用于宽温脱硝工程的催化剂的选型设计方法，能够选出可实现nox排放达到超低排放标准、nh3逃逸小、so2氧化率低的宽温脱硝催化剂；方法简单易操作，选出的宽温脱硝催化剂可应用于宽温脱硝工程，实现nox排放达到超低排放标准、nh3逃逸小、so2氧化率低的目的。