¿Investigación sobre la resistencia al desgaste del catalizador de desnitrificación de panal SCR?
Los óxidos de nitrógeno emitidos por los sistemas de calderas de las centrales eléctricas son uno de los principales contaminantes atmosféricos que provocan la lluvia ácida. Las emisiones de óxido de nitrógeno de una central eléctrica típica están compuestas por aproximadamente un 95 % de NO y aproximadamente un 5 % de NO2. Tecnologías como los quemadores de bajo NOx, la recirculación de gases de combustión, la combustión por etapas o la inyección de vapor [1] pueden reducir las concentraciones de emisiones de NOx. Sin embargo, estas tecnologías son costosas, tienen una baja eficiencia de desnitrificación y tienen un impacto negativo en las calderas, lo que las dificulta. promover a gran escala [2].
Con la promulgación oficial de los "Estándares de emisión de contaminantes atmosféricos para plantas de energía térmica" de mi país (GB13223-2003), mi país ha establecido regulaciones más estrictas sobre la emisión de óxidos de nitrógeno de las plantas de energía. Por lo tanto, en China se ha aplicado y está mostrando una tendencia ascendente la tecnología SCR (reducción selectiva del craqueo catalítico A2) con alta eficiencia de agotamiento, precio relativamente bajo y buena adaptabilidad a las calderas.
El catalizador es la parte más importante del sistema SCR. Actualmente existen tres tipos de catalizadores SCR en el mercado: catalizadores de panal, catalizadores de placa y catalizadores de placa corrugada. Entre ellos, los catalizadores de panal tienen la mayor participación de mercado, alrededor del 60% al 70% [3]. El rendimiento del catalizador de panal afecta directamente la eficiencia de falta de existencias del sistema SCR, y sus costos de compra, reemplazo y mantenimiento son la parte principal de los costos operativos del sistema SCR.
Existen muchos factores que afectan a la actividad de los catalizadores tipo panal. El desgaste de las partículas de hollín sobre el catalizador es uno de los principales motivos de su desactivación. Debido a las características y coste del carbón en nuestro país, las centrales eléctricas suelen quemar carbón con alto contenido de calcio y carbón de baja calidad. Los gases de combustión producidos por la combustión de estos carbones tienen partículas grandes, alta dureza y composición compleja, lo que agrava aún más el desgaste del catalizador, acorta el ciclo de reemplazo del catalizador y aumenta los costos de mantenimiento.
Por lo tanto, el estudio de la resistencia al desgaste de los catalizadores en forma de panal tiene una importancia teórica y práctica importante. Este artículo estudia el rendimiento de desgaste del catalizador SCR de panal y analiza sistemáticamente los efectos de la concentración abrasiva, la velocidad espacial (basada en el volumen del catalizador), el tiempo de contacto y el número de poros del catalizador de panal sobre el rendimiento de desgaste del catalizador. de centrales eléctricas de carbón. Proporciona una base teórica para seleccionar los catalizadores adecuados en diferentes condiciones de los gases de combustión.
1 Materiales y métodos de prueba
1.1 Dispositivo y materiales de prueba
El dispositivo de prueba de simulación de rendimiento antidesgaste es fabricado por Jiangsu Longyuan Catalyst Co., Ltd. el catalizador de panal SCR adopta tres catalizadores producidos por Jiangsu Longyuan Catalyst Co., Ltd.; el abrasivo es mineral estacional refinado producido en Yixing, Jiangsu, el fluido de impregnación de endurecimiento final es desarrollado por el fabricante Jiangsu Longyuan Catalyst; de la balanza electrónica automática es Mettler-Toledo (Shanghai) Instrument Co., Ltd.
1.2 Método de prueba
Tomar una parte del catalizador como muestra, secarla en un horno de 105e Hornear durante 1 hora y enfriar en una placa secadora durante 24 horas. El aire que contiene material abrasivo pasa a través de la muestra a un cierto caudal. Después de un cierto período de tiempo, la intensidad del desgaste y la tasa de pérdida de peso neta del bloque de prueba y del bloque de referencia se determinan midiendo la pérdida de peso del bloque de prueba y el abrasivo recolectado.
Intensidad de desgaste = (1-w2/w 1x w3/w4)/w5x 100.
Tasa de pérdida de peso neta = (w 1-w2+w4-w3)/w 1x 100.
Donde: W1 es el peso del bloque de prueba antes de la prueba, g; W2 es el peso de prueba del bloque de prueba, g; W3 es el peso del bloque de referencia antes de la prueba, g; es el peso del bloque de prueba de referencia después de la prueba, g; W5 es el peso de la arena de cuarzo recolectada, kg.
2 Resultados y discusión
2.1 Mecanismo de desgaste del catalizador en forma de panal SCR
Al comparar el catalizador en forma de panal desgastado, se puede observar el desgaste final del catalizador. Debido a que el bloque catalizador de referencia no estuvo expuesto a abrasivos, no hubo desgaste perceptible. Una vez desgastado el extremo del bloque de prueba, la cara del extremo generalmente tiene forma de arco y está abollada hacia adentro, y la pared interior de cada orificio pasante también tiene forma de arco.
Esto puede deberse a que la distribución de la velocidad del viento en tuberías y orificios pasantes sigue la dinámica de fluidos. Debido a la existencia de la capa límite de estancamiento, la velocidad del viento cerca de la pared de la tubería y la pared interna del catalizador es pequeña, por lo que la energía cinética del abrasivo contenido en él es pequeña, y el catalizador cerca de la pared de la tubería es relativamente pequeño. El coeficiente de Reynolds del viento y la velocidad del viento en el medio de la tubería y en el orificio pasante son grandes, y la energía cinética del abrasivo es alta, lo que intensifica el desgaste en el medio del catalizador, haciendo que la sección transversal del catalizador desgastado tenga forma de arco. .
Además, la pared interior del catalizador desgastado se vuelve más lisa y el espesor se reduce, lo que puede deberse al efecto Magnus (ver Figuras 1 y 2).
Fig. 1 Diagrama esquemático del efecto Magnus
Fig. 2 Diagrama esquemático del desgaste de las partículas de hollín en la pared del catalizador
Como se puede observar en Figuras 1 y 2, Las partículas de humo son arrastradas por el humo y avanzan y, al mismo tiempo, también giran. Debido a la existencia de la capa límite de estancamiento, la velocidad del viento cerca de la pared del catalizador es pequeña, mientras que la velocidad del viento en el medio del orificio pasante es grande, de modo que el vector del ángulo de rotación de las partículas no coincide con su propio vuelo. vector de velocidad. Según el principio de Bernhard, una diferencia de velocidad da como resultado una diferencia de presión, lo que crea una fuerza lateral perpendicular a la dirección de vuelo de la partícula.
2.2 Efecto de la concentración abrasiva sobre la intensidad del desgaste del catalizador
La relación entre la concentración abrasiva y la intensidad del desgaste del catalizador se muestra en la Figura 3a.
Se puede ver en la Figura 3a que a medida que aumenta la cantidad de abrasivo, la tasa de pérdida de peso por desgaste aumenta gradualmente durante el mismo tiempo de prueba, y la intensidad del desgaste primero aumenta y luego disminuye. La intensidad del desgaste se define como la tasa de pérdida de peso del catalizador cuando se consume 1 kg de arena de sílice. Cuando el peso de la arena de sílice (concentración de cenizas volantes) excede un cierto rango (32 g/m3 en esta prueba), la intensidad del desgaste disminuye.
2.3 Efecto de la velocidad espacial sobre la intensidad del desgaste del catalizador
La relación entre la velocidad espacial y la intensidad del desgaste del catalizador se muestra en la Figura 3b. Puede verse en la Figura 3b que la velocidad espacial tiene una gran influencia en la intensidad del desgaste del catalizador. Bajo el mismo tiempo de prueba y concentración de cenizas volantes, a medida que aumenta la velocidad del aire, la intensidad del desgaste y la tasa de pérdida de peso aumentan rápidamente y la resistencia al desgaste disminuye. Según el mecanismo de desgaste del catalizador, la velocidad del viento cerca de la pared del tubo y la pared interior del catalizador es pequeña, por lo que la energía cinética del abrasivo contenido en él es pequeña y el catalizador cerca de la pared del tubo es relativamente pequeño.
La velocidad del viento en el medio de la tubería y en el orificio pasante es alta, y la energía cinética del abrasivo es alta, lo que intensifica el desgaste en la parte media del catalizador, haciendo que el catalizador desgastado se cruce. sección en forma de arco. Por lo tanto, para la misma concentración de cenizas volantes, cuanto mayor es la velocidad del viento, mayor es la energía cinética del abrasivo y la intensidad del desgaste y la tasa de pérdida de peso aumentan rápidamente. En el proyecto de desnitrificación SCR, si las condiciones de funcionamiento reales del catalizador se desvían de los requisitos de diseño, como aumenta la cantidad de gases de combustión, el desgaste del catalizador aumentará y la resistencia al desgaste disminuirá, lo que inevitablemente afectará la vida útil. del catalizador y aumentar el coste operativo del sistema SCR.
2.4 Efecto del tiempo de desgaste sobre la intensidad del desgaste del catalizador
La relación entre el tiempo de desgaste y la intensidad del desgaste del catalizador se muestra en la Figura 3c.
Figura 3 La relación entre la concentración del catalizador, la velocidad espacial, el tiempo de desgaste y la intensidad del desgaste.
Se puede ver en la Figura 3c que la tasa de pérdida de peso neta del catalizador aumenta con el aumento del tiempo de desgaste y existe una relación casi lineal entre los dos. Sin embargo, la curva de intensidad del desgaste del catalizador tiende. a después de 3 horas de operación del sistema Estable, es decir, cuando la prueba tiende a ser estable, la intensidad del desgaste es básicamente independiente del tiempo de desgaste.
2.5 Diferencias en la resistencia al desgaste de diferentes catalizadores después del enfriamiento final
El principio de endurecimiento del catalizador al final se muestra en la Figura 4. Después de impregnar la superficie del catalizador con una capa de líquido endurecedor y calentarlo en los gases de combustión por encima de la temperatura normal, la composición química del líquido endurecedor cambia, produciendo sustancias químicas con una dureza mucho mayor que la de las partículas de humo. La capa endurecida protege el catalizador del desgaste cuando las partículas de humo lo golpean.
Figura 4 El principio de funcionamiento de la capa endurecida con catalizador
Después de endurecer el extremo del catalizador, la prueba de desgaste del bloque de prueba de comparación y el bloque de prueba muestra que no hay desgaste obvio Fenómeno en el extremo y la superficie de la pared Después de que el bloque de prueba endurecido se desgasta, el extremo generalmente tiene forma de arco y se hunde hacia adentro, lo que indica que el tratamiento de endurecimiento del extremo puede mejorar significativamente la resistencia al desgaste del catalizador en forma de panal.
Al mismo tiempo, para examinar el impacto del catalizador impregnado con la solución de enfriamiento final sobre la eficiencia de desnitrificación, se seleccionaron otros dos bloques de prueba de actividad en el mismo catalizador, uno con enfriamiento final. y el otro sin enfriamiento final. La eficiencia de desnitrificación de los dos se probó por separado. Los resultados se muestran en la Tabla 1.
Tabla 1 Comparación de la eficiencia de desnitrificación antes y después del endurecimiento del catalizador
La eficiencia de desnitrificación de los dos catalizadores permanece sin cambios, lo que indica que la actividad del catalizador no se verá afectada negativamente después del catalizador. se impregna con la solución de enfriamiento final.
En el experimento se seleccionaron tres catalizadores con resistencias a la compresión similares. A medida que aumenta el número de poros, la pérdida de peso y el espesor de la pared del catalizador disminuyen gradualmente y la resistencia al desgaste continúa mejorando. En comparación con el catalizador no endurecido, la resistencia al desgaste del catalizador endurecido en los extremos mejora significativamente y la tendencia general sigue siendo que la resistencia al desgaste aumenta relativamente con el aumento del número de orificios.
Después del tratamiento de endurecimiento, el espesor de la pared del catalizador disminuye drásticamente en comparación con el catalizador sin tratamiento de endurecimiento, el espesor de la pared de las tres especificaciones tiende a ser constante. Esto muestra que el endurecimiento terminal del catalizador puede mejorar en gran medida la resistencia al desgaste del catalizador, extendiendo así la vida útil del catalizador y reduciendo los costos de reemplazo y mantenimiento.
3 Conclusión
La resistencia al desgaste del catalizador de panal SCR se estudió utilizando un dispositivo de prueba de simulación de fabricación propia. Los resultados muestran que la intensidad del desgaste del catalizador se ve afectada principalmente por la velocidad espacial y la concentración del agente de desgaste, especialmente la velocidad espacial. También muestra que a medida que aumenta el número de poros del catalizador, la resistencia al desgaste y la resistencia al desgaste del catalizador aumentan simultáneamente.
Los resultados anteriores muestran que las condiciones operativas reales de la central eléctrica afectarán en gran medida la resistencia al desgaste y la vida útil del catalizador. Al diseñar la selección del catalizador, el catalizador debe seleccionarse razonablemente en función de las condiciones reales. de la central eléctrica.
Lo anterior es recopilado y compilado por Zhongda Consulting Company.
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