발전소 보일러 시스템에서 배출되는 질소산소화합물은 산성비를 일으키는 주요 대기오염물 중 하나이다. 전형적인 발전소에서 배출되는 질소산소화합물은 약 95% 의 NO 와 약 5% 의 NO2 로 구성되어 있다. 저질소산소화합물 버너, 연기 재순환, 등급 연소 또는 증기 주입과 같은 기술 [1] 은 질소산소화합물 배출 농도를 낮출 수 있지만, 이러한 기술들은 비용이 높고, 탈질효율이 낮고, 보일러에 부정적인 영향을 미치며, [2] 를 대대적으로 보급하기 어렵다.
우리나라의' 화력 발전소 대기오염물 배출 기준' (GB 13223-2003) 이 정식으로 공포됨에 따라 우리나라는 발전소의 질소산소 화합물 배출에 대해 더욱 엄격한 규정을 제정하였다. 이에 따라 품절 효율이 높고, 가격이 상대적으로 저렴하며, 보일러에 적응성이 좋은 SCR (선택적 촉매 A2 분열 복원) 기술이 국내에 적용돼 상승세를 보이고 있다.
촉매는 SCR 시스템에서 가장 중요한 부분입니다. 현재 시중에 나와 있는 SCR 촉매제에는 벌집 촉매, 판자 촉매, 물결판 촉매제 등 세 가지가 있는데, 이 중 벌집 촉매제의 시장 점유율이 약 60%~70%[3] 로 가장 높다. 벌집 촉매의 성능은 SCR 시스템의 재고 부족 효율성에 직접적인 영향을 미치며 구매, 교체 및 유지 보수 비용은 SCR 시스템 운영 비용의 주요 부분입니다.
벌집 촉매제의 활성화에 영향을 미치는 요인이 많은데, 매연 입자가 촉매제에 마모되는 것이 그 불활의 주요 원인 중 하나이다. 우리나라 석탄의 특성과 원가로 인해 발전소는 왕왕 고칼슘 석탄과 저질 석탄을 태운다. 이 석탄 연소로 인한 연기 알갱이는 크고 경도가 높으며 성분이 복잡하여 촉매제의 마모를 더욱 가중시키고 촉매 교체 주기를 단축하며 유지 보수 비용을 증가시킨다.
따라서 벌집 촉매의 내마모성을 연구하는 것은 중요한 이론과 실질적인 의의가 있다. 이 글은 벌집 SCR 촉매의 마모 성능을 연구하여 연마제 농도, 공속 속도 (촉매제 부피계), 접촉시간 및 벌집 촉매제의 구멍 수가 촉매제 마모 성능에 미치는 영향을 체계적으로 검토했다. 석탄 발전소에 각기 다른 연기 조건에 따라 적절한 촉매제를 선택할 수 있는 이론적 근거를 제공한다.
1 시험 재료 및 방법
1..1시험 장치 및 재료
내마모 성능 시뮬레이션 실험 장치는 장쑤 용원 촉매제 유한회사에서 제조합니다. SCR 벌집 촉매제는 장쑤 용원 촉매제 유한회사에서 생산한 세 가지 촉매제를 채택한다. 연마제는 장쑤 Yixing 에서 생산되는 정제 된 타이밍 광산입니다. 끝 경화 함침액은 장쑤 용원 촉매제 유한회사에서 개발했다. 자동 전자 저울의 제조사는 메틀러 톨리도 (상해) 기기 유한회사이다
1.2 테스트 방법
일부 촉매제를 샘플로 사용하여 105e 오븐에서 1h 를 건조시키고 건조판에서 24h 를 식힙니다. 연마제를 함유한 공기는 일정한 유속으로 샘플을 통과한다. 일정 시간 후 테스트 블록과 수집한 연마제의 중량 손실을 측정하여 테스트 블록과 참조 블록의 마모 강도 및 순 중량 손실률을 결정합니다.
마모 강도 = (1-w2/w1xw3/w4)/w5x100.
순 무중력률 = (w1-w2+w4-w3)/w1x100.
여기서 W 1 은 시험 전 시험 블록의 무게, g; W2 는 시험 블록의 시험 중량, g 입니다. W3 시험 전 기준 블록의 무게, g; W4 는 시험 후 기준 시험 블록의 무게, g; W5 는 수집 된 석영 모래의 무게, kg 입니다.
2 결과 및 토론
2. 1SCR 벌집 촉매 마모 메커니즘
마모된 벌집 촉매제를 비교하면 촉매제의 끝 마모를 관찰할 수 있다. 참고촉매제 블록은 연마제에 노출되지 않아 눈에 띄는 마모 현상이 없다. 시험 블록의 끝이 마모된 후, 끝면은 일반적으로 호형이고, 안쪽으로 움푹 패이며, 각 관통 구멍의 내벽도 호형이다.
이는 파이프와 관통 구멍의 풍속 분포가 유체 역학을 따르기 때문일 수 있습니다. 정체 경계층의 존재로 인해 파이프 벽과 촉매 내벽 근처의 풍속이 작기 때문에, 그 안에 들어 있는 연마제의 운동 에너지는 작고, 파이프 벽 근처의 촉매제는 상대적으로 작다. 파이프와 통공 중부의 바람 르노 계수는 크고 풍속이 높으며 연마제의 운동 에너지가 높아져 촉매제 중부의 마모가 심해져 마모된 촉매제 횡단면이 호형으로 되어 있다.
또한 마모된 촉매제의 내벽이 더 매끄럽고 두께가 줄어든 것은/마그누스 효과 0 으로 인한 것일 수 있습니다 (그림 1 및 2 참조).
그림 1 마그누스 효과 다이어그램
그림 2 그을음 입자에 의한 촉매 벽 마모의 다이어그램
그림 1 및 그림 2 에서 볼 수 있듯이 연기 입자가 연기에 의해 앞으로 이동하면서 동시에 회전하고 있습니다. 정체 경계층의 존재로 인해 촉매제 벽 부근의 풍속은 작고, 관통 구멍의 중간 풍속은 비교적 커서 입자의 회전 각도 벡터가 자체 비행 속도 벡터와 일치하지 않습니다. 베른하르드의 원리에 따르면, 속도가 떨어지면 압력 차가 발생하여 입자의 비행 방향에 수직인 횡력이 생길 수 있습니다.
2.2 촉매 마모 강도에 대한 연마 농도의 영향
연마제 농도와 촉매 마모 강도 사이의 관계는 그림 3a 에 나와 있습니다. 그림 3a 에서 볼 수 있듯이, 연마제 사용량이 증가함에 따라 같은 실험 시간 동안 마모 무중력률이 점차 증가하고 마모 강도가 먼저 증가한 후 감소한다는 것을 알 수 있습니다. 마모 강도는 1kg 실리콘 모래를 소비할 때 촉매제의 중량 손실률로 정의됩니다. 실리콘 모래의 무게 (플라이 애쉬 농도) 가 일정 범위 (이 실험의 경우 32g/m3) 를 초과하면 마모 강도가 떨어집니다.
촉매 마모 강도에 대한 2.3 공속도의 영향
공속과 촉매 마모 강도 사이의 관계는 그림 3b 에 나와 있습니다. 그림 3b 에서 볼 수 있듯이 공속도는 촉매 마모 강도에 큰 영향을 미친다. 같은 실험시간과 잿빛 농도에서 공속도가 증가함에 따라 마모 강도와 마모 무중력률이 급속히 증가하여 내마모성이 떨어진다. 촉매 마모 메커니즘에 따르면, 파이프 벽과 촉매 내벽 근처의 풍속은 작기 때문에, 그 안에 들어 있는 연마제의 운동 에너지는 작고, 파이프 벽 근처의 촉매제는 상대적으로 작다.
파이프와 통공 중부는 풍속이 크고 연마제 운동 에너지가 높아져 촉매제 중부에 대한 마모가 심해져 마모된 촉매제 단면이 호형으로 되어 있다. 따라서 같은 플라이 애쉬 농도의 경우 풍속이 높을수록 연마제의 운동 에너지가 커지고 마모 강도와 마모 무중력률이 빠르게 증가합니다. SCR 탈질공사에서 촉매제의 실제 작동 조건이 설계 요구 사항 (예: 연기량 증가) 에서 벗어나면 촉매제의 마모가 심해지고 내마모성이 낮아져 촉매제의 수명에 영향을 주고 SCR 시스템의 운영 비용을 증가시킬 수 있습니다.
2.4 촉매 마모 강도에 대한 마모 시간의 영향
마모 시간과 촉매 마모 강도 사이의 관계는 그림 3c 에 나와 있습니다.
그림 3 촉매 농도, 공속, 마모 시간 및 마모 강도의 관계.
그림 3c 에서 볼 수 있듯이, 촉매제의 순 무중력률은 마모 시간이 증가함에 따라 거의 선형적인 관계이지만, 촉매 마모 강도 곡선은 시스템 작동 후 3 시간 후에 안정화되는 경향이 있습니다. 즉, 테스트가 안정화될 때 마모 강도는 기본적으로 마모 시간과 무관합니다.
2.5 말단 담금질 후 다른 촉매의 내마모성 차이
촉매가 끝날 때의 경화 원리는 그림 4 에 나와 있다. 촉매제 표면에 경화액을 한 층 적신 후 상온보다 높은 연기에서 가열한 후 경화액의 화학성분이 변경되어 연무입자보다 경도가 훨씬 높은 화학물질을 생산한다. 연기 입자가 경화층에 부딪힐 때 경화층은 촉매제가 마모되지 않도록 보호할 수 있다.
도 4 촉매 경화층의 작용 원리
촉매제 끝 경화 처리 후, 비교시험블록과 시험블록에 대한 마모 실험에 따르면, 끝과 벽면에 뚜렷한 마모 현상이 없고, 경화되지 않은 시험대 마모 후면은 일반적으로 호형으로, 안쪽으로 함몰되어 있어 끝 경화 처리가 벌집 촉매의 내마모성을 현저히 높일 수 있다는 것을 보여준다.
한편, 단질용액이 함침된 촉매제가 탈질효율에 미치는 영향을 조사하기 위해 같은 촉매제에서 다른 두 개의 활성 테스트 블록을 선택했는데, 하나는 단질로, 다른 하나는 단질로 하지 않고, 각각 두 가지의 탈질효율을 테스트했다. 결과는 표 1 에 나와 있습니다.
표 1 촉매 경화 전후의 탈질 효율 비교
두 촉매제의 탈질효율은 변하지 않고 있어 촉매제가 단액을 담근 후 촉매제의 활성화가 악영향을 받지 않는다는 것을 보여준다.
실험에서 세 가지 압축 강도가 비슷한 촉매제를 선택했다. 기공의 수가 증가함에 따라 촉매제의 무중력과 벽 두께가 점차 줄어들면서 내마모성이 계속 높아지고 있다. 경화되지 않은 촉매제에 비해 단단경화된 촉매제의 내마모성이 현저히 높아졌으며, 전체 추세는 구멍 수가 증가함에 따라 내마모성이 상대적으로 높아지는 것으로 나타났다.
경화 처리 후 촉매제의 벽 두께가 급격히 감소하여 경화되지 않은 촉매제에 비해 세 가지 규격의 벽 두께가 일치하는 경향이 있다. 이는 촉매제에 대한 말단 경화 처리가 촉매의 내마모성을 크게 높여 촉매의 수명을 높이고 교체 및 유지 보수 비용을 절감할 수 있음을 보여준다.
3 결론
직접 만든 시뮬레이션 실험 장치를 이용하여 SCR 벌집 촉매의 내마모성을 연구했다. 그 결과 촉매제의 마모 강도는 주로 공속과 마모제 농도, 특히 공속도에 영향을 받는 것으로 나타났다. 또한 촉매제 구멍 수가 늘어남에 따라 촉매제의 마모 강도와 내마모성이 동시에 높아진다는 것을 알 수 있다.
위의 결과는 발전소의 실제 작동 조건이 촉매의 내마모성과 수명에 큰 영향을 미칠 수 있음을 보여 주며, 촉매 선택을 설계할 때 발전소의 실제 상황에 따라 촉매제를 합리적으로 선택해야 한다는 것을 보여준다.
이상은 중다 컨설팅 회사에서 수집하고 정리합니다.
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