孙灏

【摘 要】 在SCR烟气脱硝系统中，脱硝催化剂的反应活性对脱硝系统的设计和运行均具有重要的意义。本文介绍了目前国内主要使用的烟气脱硝催化剂的成分、类别及型式，对导致脱硝催化剂活性失活原因进行了分析，提出了防止催化剂失活的技术措施。

【关键词】 火电厂 烟气脱硝 SCR 催化剂 活性

1 烟气脱硝催化剂介绍

目前国内火电厂烟气脱硝主要采用选择性催化还原法（SCR）脱硝工艺。SCR脱硝装置用催化剂主要采用V2O5—WO3/TiO2型金属氧化物催化剂。在催化剂主要成分中V2O5为活性组分，WO3为助剂，TiO2为载体。载体的性能对催化剂活性有重要影响，目前脱硝催化剂均采用纳米级TiO2作为载体组分。这是因为纳米TiO2具有较大的比表面积，可有效降低催化剂的装填体积；其次烟气中的SO2和O2对催化剂中的TiO2只有微弱的可逆硫化作用，化学性质稳定；另外TiO2所具有的独特的电子云结构以及TiO2与V2O5直接良好的电子作用，可使催化剂具有良好的催化还原活性。

SCR脱硝催化剂型式可分为三种：板式、蜂窝式和波纹板式。板式催化剂以不锈钢金属板压成的金属网为基材，将TiO2、V2O5、WO3等组分的混合物黏附在不锈钢网上，经过压制、锻烧后，将催化剂板组装成催化剂模块。蜂窝式催化剂一般为均质催化剂。将TiO2、V2O5、WO3等组分的混合物料通过成型模具挤出，制成截面为150mm×150mm长度不等的催化剂坯料，再经过压制、锻烧后支持催化剂元件，然后组装成为截面约为2m×1m的标准模块。波纹板式催化剂的制造一般现用玻璃纤维加强过的TiO2制成为基材，将WO3、V2O5等活性成份浸渍到催化剂基材的表面，以达到提高催化剂活性、降低SO2氧化率的目的。目前蜂窝式催化剂占据了约70%份额市场。

2 催化剂失活原因分析

2.1 催化剂中毒

所谓催化剂中毒，指的是由于燃料中各种化学成分与催化剂本身发生了或物理或化学的反应，造成催化剂失去活性，无法再促使氮氧化物与氨的反应，是催化剂劣化的一个重要成因。其中一旦发生化中毒，催化剂将很难恢复原有脱硝性能，甚至有时会导致完全失活。

根据多年SCR运行经验及追踪项目运行状况后，总结得出造成催化剂中毒大致分为以下几种机理。第一种为碱金属中毒，包括钠、钾等碱金属，直接与催化剂活性区域反应，从而使之成为惰性的。第二种为重金属中毒，如砷等，扩散进入催化剂，并在活性和非活性区域固化。第三种为碱土金属中毒，如钙等，和催化剂表面吸收的SO3 反应生成硫酸盐，引起催化剂表面被覆盖。

2.2 催化剂堵塞

催化剂堵塞主要有两个原因造成，飞灰的沉积与氨盐的沉积。烟气中飞灰会沉积在催化剂表面，如不及时去除将会导致催化剂单元孔堵塞，然后将会逐步扩展至整个单元以至于整个模块。而氨盐的沉积主要会堵塞催化剂内部微孔，微孔堵塞阻碍NOx、NH3、O2到达催化剂活性表面，从而引起催化剂钝化。

2.3 催化剂烧结

长时间暴露于450℃以上的高温环境中可引起催化剂活性位置（表面）烧结，导致催化剂颗粒增大，比表面积减小，一部分活性组分挥发损失，因而使催化剂活性降低。锅炉启动过程中粘附在催化剂表面的油污也会造成催化剂的烧结。

3 催化剂失活的防止措施

要很好地防止催化剂中毒，在脱硝装置及脱硝催化剂设计选型阶段，脱硝设计单位应联合催化剂厂商，依靠多年积累的脱硝系统运行经验和数据，充分了解导致各项致毒机理与对催化剂影响的程度，根据设计工况合理选择催化剂的体积与配方。特别重要的是，要选择合理的催化剂孔数、间距及活性物质比例。

其次用户在脱硝装置运行使用过程中，应严格按照SCR操作运行手册进行系统操作，避免催化剂与液体产生接触或在不恰当的温度区间运行等错误导致的催化剂中毒。催化剂的中毒情况，受到燃料里各种致毒物的数量和浓度的影响，需要用户根据脱硝装置供应商所推荐的频率和方法进行燃料和灰分的分析，并将分析报告保留一定长的时间（至少一年）提供给脱硝装置供应商或催化剂厂商，为将来试验分析用。

飞灰中的大颗粒灰，其颗粒直径大，会堵塞住催化剂表面的毛细孔，减少反应面积。为防止催化剂堵塞，需要在进入SCR反应器前将其收集掉。设计单位应合理设计SCR入口烟道结构，改善烟气流速及流场，减少烟气中的烟尘沉降。如果原有锅炉无省煤器灰斗应设置SCR反应器入口灰斗，如省煤器灰斗无法正常使用应对省煤器出口灰斗进行改造。

当灰分含量过大时，小颗粒灰的未及时清理所造成的沉积问题，同样可能会堵塞住催化剂表面的毛细管结构。要解决这个问题，主要从三方面来考虑。首先从SCR系统设计而言，应将SCR装置采取垂直流设置；同时根据实际运行经验设计合适的烟气流速；最重要的是通过SCR正确的烟道内部结构设计和规划，计算机动态模拟实验和冷态模拟实验，来获得催化剂表面烟气流量与飞灰的均衡分布。其次要综合考虑实际的工况与灰量，根据实际运行累积数据与实验室验证结果选择合适的间距与开孔尺寸，将飞灰沉积的问题最小化。最后，安装吹灰装置，根据运行情况选择合理的吹灰频率，也是防止该问题的有效途径。

氨盐沉积的问题可以通过合理的设计和运行SCR系统来解决。设计合适的催化剂体积，避免NH3的逃逸，同时运用合理的催化剂配方，降低SO2到SO3转化率。通过合理的系统的设计，特别是混合装置的设计，使催化剂表面烟气浓度达到均布。而在运行过程中，注意停止喷氨的温度，使SCR运行温度在氨盐形成之上，同时选择合适的氨氮摩尔比，就能避免氨盐沉积的问题。

脱硝催化剂能够长期承受的温度不得高于420℃，短期承受的，超过该限值，而因此我司规定SCR反应器入口温度在，进行，已充分利用催化剂的活性。

脱硝催化剂的运行温度区间在300至420℃之间，在这个温度范围内烟气脱硝系统可正常喷氨运行。温度低于300℃时催化剂的活性下降，同时容易产生硫酸氢氨黏结烟气中灰尘堵塞催化剂以及空预器，因此烟气温度低于300℃时脱硝系统应停止喷氨退出运行。温度高于450℃会导致催化剂烧结损坏，因此烟气温度高于450℃时超温保护应投入整台应机组应停运。

参考文献：

[1]中华人民共和国电力行业标准 火电厂烟气脱硝（SCR）装置运行技术规范.

[2]孙克勤.火电厂烟气脱硝技术及工程应用.endprint