【催化剂分析大全】

催化剂分析大全

催化剂是SCR技术的核心。SCR装置的运行成本在很大程度上取决于催化剂的寿命，其使用寿命又取决于催化剂活性的衰减速度。催化剂的失活分为物理失活和化学失活。典型的SCR催化剂化学失活主要是碱金属（如Na、K、Ca等）和重金属（如As、Pt、Pb等）引起的催化剂中毒。碱金属吸附在催化剂的毛细孔表面，金属氧化物（如MgO、KaO等）中和催化剂表面的SO

3

生成硫化物而造成催化剂中毒。砷中毒是废气中的三氧化二砷与催化剂结合引起的。催化剂物理失活主要是指高温烧结、磨损和固体颗粒沉积堵塞而引起催化剂活性破坏。

SCR催化剂类型及其使用温度范围:

SCR催化剂的选取是根据锅炉设计与燃用煤种、SCR反应塔的布置、SCR入口的烟气温度、烟气流速与NOx浓度分布以及设计脱硝效率、允许的氨逃逸量、允

许的SO

2/SO

3

转化率与催化剂使用寿命保证值等因素确定的。

氧化钛基催化剂的基体成分为活性TiO

2,同时添加增强活性的V

2

O

5

金属氧化

物,在需要进一步增加活性时通常还要添加WO

3

。此外,还需添加一些其他组分以

提高抗断裂和抗磨损性能。根据烟气中SO

2的含量,氧化钛基催化剂中V

2

O

5

组分的

含量通常为1%～5%,在燃用高硫煤时,为了控制SO

2向SO

3

的转化率, V

2

O

5

的含量通

常不超过2%。TiO

2具有较高的活性和抗SO

2

的氧化性。V

2

O

5

是重要的活性成分, 催

化剂的V

2O

5

含量较高时其活性也高, 因此脱硝效率较高, 但V

2

O

5

含量较高时SO

2

向

SO

3的转化率也较高。添加WO

3

则有助于抑制SO

2

的转化,可将SO

2

的转化率控制在1%

以下。

燃煤电厂锅炉SCR催化剂的主流结构形式有平板式和蜂窝式2种。平板式催化剂通常采用金属网架或钢板作为基体支撑材料,制作成波纹板或平板结构,以

氧化钛(TiO

2)为基体,加入氧化钒(V

2

O

5

)与氧化钨(WO

3

)活性组分,均匀分布在整个

催化剂表面,将几层波纹板或波纹板与平板相互交错布置在一起。蜂窝式催化剂则是将氧化钛粉(TiO

2

)与其他活性组分以及陶瓷原料以均相方式结合在整个催化剂结构中,按照一定配比混合、搓揉均匀后形成模压原料,采用模压工艺挤压成

型为蜂窝状单元,最后组装成标准规格的催化剂模块。

平板式与蜂窝式催化剂通常是制作成独立的催化剂单元,由若干个催化剂单元组装成标准化模块结构,便于运输、安装与处理。平板式催化剂的板间距与蜂窝式催化剂的孔径主要根据飞灰特性确定。与蜂窝式催化剂相比,平板式催化剂不易发生积灰与腐蚀,常用于高飞灰烟气段布置，但平板式催化剂由多层材料构成,涂在其外层的活性材料在受到机械或热应力作用时容易脱落；此外,其活性表层也容易受到磨损。

SCR系统所出现的磨损和堵塞可以通过反应器的优化设计（设置烟气整流器）加以缓解。为了扰动烟气中的粉尘，保证催化剂表面的洁净，通常在反应器上面安装声波吹灰器。

SCR反应塔中的催化剂在运行一段时间后其反应活性会降低,导致氨逃逸量增大。SCR催化剂活性降低主要是由于重金属元素如氧化砷引起的催化剂中毒、飞灰与硫酸铵盐在催化剂表面的沉积引起的催化剂堵塞、飞灰冲刷引起的催化剂磨蚀等3方面的原因。

为了使催化剂得到充分合理利用,一般根据设计脱硝效率在SCR反应塔中布置2～4层催化剂。工程设计中通常在反应塔底部或顶部预留1～2层备用层空间,即2+1或3+1方案。采用SCR反应塔预留备用层方案可延长催化剂更换周期,一般节省高达25%的需要更换的催化剂体积用量,但缺点是烟道阻力损失有所增大。

SCR反应塔一般初次安装2～3层催化剂,当催化剂运行2～3a后,其反应活性将降低到新催化剂的80%左右,氨逃逸也相应增大,这时需要在备用层空间添加一层新的催化剂；在运行6～7a后开始更换初次安装的第1层；运行约10a后才开始更换初次安装的第2层催化剂。

更换下来废弃催化剂一般可进行再生处理、回收再利用或作为垃圾堆存填埋。一般对催化剂进行再生处理后得到的催化剂的脱硝效果和使用寿命接近于新催化剂, 再生处理费用约为新催化剂的40%～50%。

不同的催化剂具有不同的适用温度范围。当反应温度低于催化剂的适用温

度范围下限时，在催化剂上会发生副反应，NH

3与SO

3

和H

2

O反应生成（NH

4

）

2

SO

4

或NH

4HSO

4

，减少与NOx的反应，生成物附着在催化剂表面，堵塞催化剂的通道

和微孔，降低催化剂的活性。另外，如果反应温度高于催化剂的适用温度，催化

剂通道和微孔发生变形，导致有效通道和面积减少，从而使催化剂失活；温度越高催化剂失活越快。

还原剂

还原剂NH

3的用量一般根据期望达到的脱硝效率，通过设定NH

3

和NOx的摩

尔比来控制。催化剂的活性不同，达到相同转化率所需要的NH

3

/NOx摩尔比不同。

各种催化剂都有一定的NH

3/NOx摩尔比范围，当摩尔比较小时，NH

3

和NOx的反

应不完全，NOx的转化率低；当摩尔比超过一定范围时，NOx的转化率不再增加，造成还原剂NH

3

的浪费，泄漏量增大，造成二次污染。

NH

3与烟气的混合程度也十分重要，如混合不均，即使输入量大，NH

3

和NOx

也不能充分反应，不仅不能到达有效脱硝的目的，还会增加NOx的泄漏量。当速

度分布均匀，流动方向调整得当时，NOx转化率、液氨泄漏量及催化剂的寿命才能得到保证。采用合理的喷嘴格栅，并为NH

3

和废气提供足够长的混合通道，是

使NH

3

和废气均匀混合的有效措施。

SCR烟气脱硝系统以氨作为还原介质,供氨系统包括氨的储存、蒸发、输送与

喷氨系统。氨的供应有3种方式: 液氨(纯氨NH

3

,也称无水氨或浓缩氨),氨水(氨的水溶液, 通常为25%～32%的氢氧化铵溶液)与尿素( 40%～50%的尿素颗粒溶液) 。

目前,电厂锅炉SCR装置普遍使用的是液氨。液氨属化学危险物质,对液氨的运输与卸载等处理有非常严格的规程与规定。采用氨水虽可以避开适用于液氨的严格规定（氨水可在常压下运输和储存）,但经济性差,需要额外的设备和能量消耗,并需采用特殊的喷嘴将氨水喷入烟气。

喷氨系统

采用液氨作为还原剂时, 在喷入烟气管道前需采用热水或蒸汽对液氨进行蒸发。氨被蒸发为氨气后, 通常从送风机出口抽取一小部分冷空气(约占锅炉燃烧总风量的0.5%～1.0%) 作为稀释风,对其进行稀释混合,形成浓度均匀的氨与空气的混合物(通常将氨体积含量控制在5%以内) , 通过布置在烟道中的网格状氨喷嘴均匀喷入SCR反应塔前的烟气管道。