双层滤料床高温烟气除尘脱硝一体化研究

摘要

氮氧化物（NOX）和粉尘是电厂排放的主要污染物，排放到大气中的NOX和烟尘会导致酸雨、光化学烟雾和雾霾天气等一系列环境问题，对人类健康产生极大的危害。选择性催化还原（SCR）是去除NOX最成熟、最有效的技术，具有脱硝效率高，选择性好以及对烟气含硫量要求低等优势。双层滤料颗粒床过滤器不仅能够在高温下运行，而且耐腐蚀，能够对各种烟气进行除尘；另外其除尘效率高、容尘量大，在高温除尘、弱粘性粉尘捕集、易爆易燃粉尘捕集以及造价等方面有独特优势。本课题提出将V2O5-WO3/TiO2负载于高孔密度的蜂窝陶瓷上，制备蜂窝陶瓷催化器，将制备好的蜂窝陶瓷催化反应器放置在双层滤料颗粒床层下端以实现烟气除尘脱硝一体化。主要研究内容和结果如下： （1）在自制的除尘脱硝一体化试验台上进行高孔密度蜂窝陶瓷催化剂脱硝实验，采用正交试验方案。研究反应温度、NO浓度、烟气流速、催化剂高度四个因素对蜂窝陶瓷催化剂脱硝效率的影响。结果表明：脱硝效率随催化剂高度、反应温度和烟气流速增加先增加后减小，随着NO浓度增加而增加。四个因素对催化剂脱硝效果影响从大到小依次是：C（烟气流速）>A（催化剂高度）>D（NO浓度）>B（反应温度），得到的最佳反应方案为A3B2C2D3。综合考虑脱硝效果和经济性，最终确定最佳方案为A2B2C2D3。在最佳方案条件下，催化剂脱硝效率稳定在96.7%左右。烟气速度从0.15m/s增加到0.8m/s，脱硝效率先增加后减小，烟气流速为0.3m/s达到最大值。 （2）研究温度对双层滤料床过滤特性和压降的影响。结果表明：随着温度的升高，上层滤料的过滤效率不断提高，从300℃的79.63%升高到450℃的81.35%；下层滤料除尘率均超过94.5%，并且随温度升高，下层滤料的除尘效率不断增大，通过对下层滤料颗粒分级过滤效率进行分析可知，每个温度下分级过滤效率都呈现“V”形，且不同温度下“V”字型的凹点处位置不尽相同；双层滤料颗粒床的除尘效率随着温度升高不断增大，四个温度下的除尘器出口粉尘浓度均小于20mg/m3。对比于单层颗粒床除尘效果，双层滤料颗粒床能够有效拦截粗细不同的粉尘。过滤温度升高，双层滤料床除尘器的总压降增大。 (3)除尘脱硝一体化的必要性与可行性，研究SO2浓度、粉尘浓度对催化剂脱硝效率的影响，分析实验数据得出：SO2从200ppm增加到1000ppm，蜂窝陶瓷催化剂脱硝效率下降不到3%；烟气中粉尘浓度增加，催化剂脱硝效率下降；进一步研究发现粉尘会沉积在催化剂表面，严重堵塞催化剂孔道，说明烟气预除尘的必要性。除尘脱硝一体化实验表明，烟气预除尘后，催化剂脱硝效率与未添加粉尘时的效率持平，证明除尘脱硝一体化的可行性。

目录

声明

1. 绪论

1.1 论文研究背景及意义

1.2 国内外研究进展与现状

1.2.1 NOX的形成机理以及控制技术

1.2.2 烟气除尘技术

1.2.3低温催化剂过滤研究

1.2.4中温催化过滤研究

1.3 双层滤料颗粒床除尘脱硝一体化的提出

1.4 本文的研究内容

2.1 实验准备

2.1.1 实验材料

2.1.2 实验仪器

2.2 实验系统

2.2.1 实验装置

2.2.2配气系统

2.2.3配尘系统

2.2.4取样系统

2.2.5水蒸气发生系统

2.2.6测量系统

3. 脱硝实验

3.1 SCR脱硝原理

3.2 实验方案及步骤

3.2.1 实验方案

3.2.2 实验步骤

3.3实验结果与分析

3.3.1 正交实验极差分析

3.3.2 催化剂高度对脱硝效率的影响

3.3.3 温度对脱硝效率的影响

3.3.4烟气流速对脱硝效率的影响

3.3.5 NO浓度对脱硝效率的影响

3.3.6 催化剂脱硝效率随时间的变化

3.3.7 不同气速下的脱硝效率

3.4 本章小结

4. 除尘实验

4.1 双层滤料颗粒床除尘机理

4.2 实验方案及步骤

4.3 结果与讨论

4.3.1 温度对过滤速度变化的影响

4.3.2 温度对上层滤料过滤效率的影响

4.3.3 温度对下层滤料过滤效率的的影响

4.3.4 温度对稳流层过滤效率的影响

4.3.5 温度对双层滤料过滤效率的影响

4.3.6温度对颗粒床总压降的影响

4.4本章小结

5.1 一体化的必要性

5.2 实验方案和步骤

5.3结果与讨论

5.3.1 SO2浓度对脱硝效率的影响

5.3.2粉尘浓度对脱硝效率的影响

5.3.3粉尘对催化剂脱硝效率和压降的影响

5.3.4除尘脱硝一体化

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 本文主要研究结论

6.2 进一步研究方向

参考文献

研究成果

致谢