SCR脫硝催化劑介紹

1、SCR脫硝催化劑介紹i.催化劑的化學(xué)組成商業(yè)SCR催化劑活性組分為V0,載體為銳鈦礦型的TiO , W8或MoO作助催劑。SCR催化劑成分及比例，根據(jù)煙氣中成分含量以及 3 脫硝性能保證值的不同而不同。表 2-2列出了典型催化劑的成分及 比例。表2-2典型催化劑的成分及比例催化劑成分比例主要原材料性能參數(shù) 蜂窩式催化劑陶制擠壓， 勻，整體均是活性成成型TiO 2板式催化劑78WO成型均金屬作為載體，9表MoO3面涂層為活性成 分05-#,表面涂層為活性活性劑分VO5203)SiO27.(纖維機(jī)械穩(wěn)疋性5OAl31.25CaO1KNaO + O0.221)1活性組分是多元催化劑的主體，是必備的組

2、分，沒(méi)有它就缺乏所 需的催化作用。助催化劑本身沒(méi)有活性或活性很小， 但卻能顯著地改 善催化劑性能。研究發(fā)現(xiàn)WO與 MoO均可提高催化劑的熱穩(wěn)定性，并 33能改善VO與TiO之間的電子作用，提高催化劑的活性、選擇性和 機(jī)225械強(qiáng)度。除此以外，MoO還可以增強(qiáng)催化劑的抗 AsO中毒能力。323 .載體主要起到支撐、分散、穩(wěn)定催化活性物質(zhì)的作用，同時(shí) TiO 2本 身也有微弱的催化能力。選用銳鈦礦型的 TiO作為SCR催化劑的載2體，與其他氧化物(如AIO、ZrO)載體相比，TiO抑制SO氧化的 能22322力強(qiáng)，能很好的分散表面的釩物種和 TiO的半導(dǎo)體本質(zhì)。22 .對(duì) SCR催化劑的要求理想的

3、燃煤煙氣脫硝催化劑需要滿足以下條件：(1) 活性高 為滿足國(guó)家嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，需要達(dá)到80%90%的脫 硝率，即要求催化劑有很高的 SCR活性；(2) 選擇性強(qiáng) 還原劑NH主要是被NO氧化成N和H0,而不是2畑 被O氧化。催化劑的高選擇性有助于提高還原劑的利用率， 降低運(yùn)行 2成本；(3) 機(jī)械性能好 燃煤電廠大多采用高灰布置方式，SCR催化劑需長(zhǎng)期受大氣流和粉塵的沖刷磨損，并且安裝過(guò)程對(duì)催化劑的機(jī)械強(qiáng)度 也有一定的要求；(4) 抗毒性強(qiáng) 煙氣和飛灰中含有較多的毒物，催化劑需要耐毒物的長(zhǎng)期侵蝕，長(zhǎng)久保持理想的活性；(5) 其他SCR催化劑對(duì)SO的氧化率低，良好的化學(xué)、機(jī)械和熱 2穩(wěn)定性，較大的

4、比表面積和良好的孔結(jié)構(gòu)，壓降低、價(jià)格低、壽命長(zhǎng)。 此外，還要求SCR催化劑結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地省、易于拆卸或裝填。3 .催化劑類型電廠煙氣脫硝催化劑的主要類型有蜂窩式、板式和波紋式，結(jié)構(gòu)所示。蜂窩式催化劑表面積大、活性高、體積小，目前占 2-23如圖80 %的市場(chǎng)份額，平板式催化劑比例其次，波紋板最少。據(jù)了波紋式板式蜂窩式催化劑結(jié)構(gòu)圖2-23列出了蜂窩式與板式、波紋式催化劑主要性能對(duì)比。表2-3催化劑的性能比較不同類型SCR表2-3波紋式催化波紋狀纖維作成分表面積介于蜂窩催化劑表面積小、活性比表面積大、式與平板式之間，質(zhì)體積大；生產(chǎn)簡(jiǎn)便，高、所需催化劑體積量輕；生產(chǎn)自動(dòng)化程自動(dòng)化程度高；煙氣??；催化

5、活性物質(zhì)比度高；活性物質(zhì)比蜂通過(guò)性好，但上下模 特點(diǎn)50其他類型多煙氣流窩式少70 %;塊間易堵塞；實(shí)際活催化劑再生后仍；70%動(dòng)性很敏感；上下模性物質(zhì)比蜂窩式少保持選擇性50%塊之間易堵塞 不銹鋼金屬板玻璃纖維板整體擠壓基材高低中催化劑活 性SO氧化率咼咼低2低中 壓力損失咼抗中毒性咼低低(As)堵塞可能 中中低 性 輕重中 模塊質(zhì)量 中中 耐熱性中也高塵及低塵均適高塵及低塵均適主要用于低塵，適用范圍用用用于高塵4 .催化劑的失活催化劑的失活可分為物理失活和化學(xué)失活。典型的 SCR催化劑化學(xué) 失活主要是堿金屬、堿土金屬和 As等引起的催化劑中毒，物理失活 主要是指高溫?zé)Y(jié)、磨損和堵塞而引起的

6、催化劑活性破壞。(1)催化劑的燒結(jié)以鈦基催化劑為例，長(zhǎng)時(shí)間暴露在 450 C以上的高溫環(huán)境中，可引起催化劑活性表面的燒結(jié)，微晶聚集，導(dǎo)致催化 劑顆粒增大、表面積減小，使催化劑活性降低，如圖2-24所示。圖2-24 催化劑的燒結(jié)在鈦基釩類商用催化劑配方中加入鎢會(huì)最大限度地減少催化劑的燒 結(jié)，不同鎢含量所允許的最高運(yùn)行溫度是不同的， SCR反應(yīng)器在正常 運(yùn)行溫度工作時(shí)，燒結(jié)現(xiàn)象可以忽略。因此，SCR反應(yīng)器的運(yùn)行溫度 必須嚴(yán)格遵守廠家的指導(dǎo)要求。(2) 煙氣中飛灰(煙塵)在所有導(dǎo)致SCR催化劑失活的因素當(dāng)中， 積灰是最復(fù)雜、影響最大的一個(gè)。如果催化劑的微孔被煙塵顆粒堵塞， 則催化劑表面活性位逐漸喪失

7、，導(dǎo)致催化劑失活。有分析得出：催化劑表面沉積的飛灰主要是一些粒徑小于 5卩m的顆粒，與煙氣中的飛 灰相比，硫酸鹽化的顆粒數(shù)目明顯增加，As和Na等元素更容易在小 顆粒上富集，進(jìn)而對(duì)催化劑造成嚴(yán)重毒害。為減少飛灰對(duì)催化劑的影響，可米取以下措施：在SCR工藝中，設(shè)置預(yù)除塵裝置以及在省煤器出口設(shè)置大截面灰斗和除灰格柵； 合 理吹灰，降低飛灰在催化劑表面的沉積；合適的煙氣均布措施； 選擇合適的催化劑類型及性能參數(shù)。 如防止蜂窩狀催化劑堵塞應(yīng)選用 合適的催化劑節(jié)距和蜂窩尺寸； 選擇合適的催化劑量， 增加催化劑 的體積和表面積； 通過(guò)適當(dāng)?shù)闹苽涔に嚕?增加催化劑表面的光滑度， 減緩飛灰在催化劑表面的沉積。

8、(3) 煙塵中堿金屬、堿土金屬、 As 飛灰中含有一定的堿金屬 ( 一般 指K、Na)，其含量一般比Ca、Mg少得多。堿金屬可以直接與催化 劑的活性位反應(yīng)導(dǎo)致活性位喪失，主要是造成催化劑中VOH的氫鍵被替換，催化劑的酸性下降，從而使催化劑失活。堿金屬與活性位 的結(jié)合程度相對(duì)不是很大， 但如果在有冷凝水存在的情況下， 催化劑的 失活性可能會(huì)成倍增加， 因?yàn)檫@時(shí)它們更易于流動(dòng)并滲入到催化劑材 料的內(nèi)部。 對(duì)于蜂窩式催化劑來(lái)說(shuō)， 由于堿金屬離子的移動(dòng)性可以被 整體式載體材料所稀釋，能夠?qū)⑹Щ钏俾式档停褂脡勖簿透L(zhǎng)。SCR脫硝反應(yīng)主要發(fā)生在催化劑的外表面， 因此，催化劑失活的程度 取決于可以到達(dá)催

9、化劑活性位的飛灰上所含有的堿金屬的濃度。 為了 避免催化劑的堿金屬中毒， 催化劑應(yīng)該盡量避免潮濕環(huán)境， 并且應(yīng)使 用蜂窩狀催化劑以減少堿金屬的影響。對(duì)于SCR脫硝系統(tǒng)，如果燃煤中CaO過(guò)高，催化劑活性將被削弱。我國(guó)煤中CaO含量相對(duì)較高，如電廠廣泛使用的神華煤灰分為9%24%,而灰中CaO含量質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13%30%。一般認(rèn)為，CaO的堿 性使催化劑酸性下降， 但并不會(huì)造成催化劑活性的大幅下降。 催化劑 性能下降的主要原因是飛灰中的 CaO與SO反應(yīng)，在催化劑表面形成 一 3層CaSO,并覆蓋住催化劑的活性位，阻止反應(yīng)物擴(kuò)散進(jìn)入催化 劑進(jìn)4行脫硝反應(yīng)。相對(duì)于板式催化劑來(lái)講，蜂窩式催化劑受CaO的

10、 影響較小，抗CaO中毒能力更強(qiáng)。砷是大多數(shù)煤種中都存在的成分，SCR催化劑的砷中毒是由氣態(tài)砷的 化合物不斷積聚, 堵塞進(jìn)入催化劑活性位的通道造成的。 煙氣中氣態(tài) 砷的主要形態(tài)為ASO，主要沉積并堵塞催化劑的中孔，即孔徑 32在 0.1卩m到1卩m之間的孔。無(wú)論是應(yīng)用哪一種爐型，催化劑都會(huì)出 現(xiàn)明顯的砷中毒現(xiàn)象。當(dāng)煙氣中存在大量的CaO時(shí)，AsO會(huì)和Ca6 及煙氣中的O發(fā)生反應(yīng)，生成Ca(AsO) , Ca(AsO)是一種熱穩(wěn)定性 2432432 非常高的化合物，并且不會(huì)導(dǎo)致催化劑失活，所以當(dāng)CaO和AsO同32時(shí)存在時(shí),兩種物質(zhì)對(duì)于催化劑的影響會(huì)被大大削弱,但通常情況 下，燃煤鍋爐排放的As

11、O濃度會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于CaO。通過(guò)改變催化劑的 微孔結(jié) 32構(gòu)和微孔分布可以有效地預(yù)防砷中毒, 這一措施已經(jīng)被許多 催化劑生產(chǎn)商采用。 煙氣中SO 燃燒過(guò)程中將產(chǎn)生SO。在催化劑中增加氧化33釩的比例可以提高催化劑的脫硝活性，但同時(shí)也增加了SO向SO的32轉(zhuǎn)化量，從而增加了煙氣中SO的濃度。溫度對(duì)SO向SO的轉(zhuǎn)化有很 332 大的作用，即使在低氧化釩含量甚至無(wú)氧化釩含量的催化劑中，仍 然有部分SO轉(zhuǎn)化成SO。32溫度較低時(shí)，煙氣中SO與NH反應(yīng)產(chǎn)生 硫酸銨和硫酸氫銨。硫 33酸銨和硫酸氫銨是細(xì)小的黏性顆粒，硫酸銨 為白色固體；硫酸氫銨在160220 C時(shí)為黏性固體，在煙氣溫度過(guò) 低時(shí)，易凝結(jié)吸附在催

12、化劑表面和空氣預(yù)熱器上， 繼而沉積造成催化 劑的堵塞，使催化劑失活。另外，硫酸氫銨具有腐蝕性，會(huì)造成空氣 預(yù)熱器的腐蝕。防止銨鹽沉積采取的措施有：設(shè)計(jì)合理的催化劑配方，降低SO的轉(zhuǎn)化率；減少氨氣的逃逸量。如選擇合適的 NH/NO摩爾比、x23合 適的催化劑體積，以及合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，特別是混合裝置的設(shè)計(jì)，使 催化劑表面煙氣濃度達(dá)到均勻分布； 在低負(fù)荷情況下， 當(dāng)溫度達(dá)不 到要求時(shí)停止噴氨。 銨鹽的沉積只有在鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行， 溫度低于銨 鹽的凝結(jié)溫度時(shí)才有可能發(fā)生。銨鹽沉積引起的催化劑堵塞，可以通過(guò)加熱的方式分解硫酸銨， 恢復(fù)催化劑的部分活性， 但長(zhǎng)期低于允許溫度會(huì)使催化劑活性發(fā)生不 可逆的變化。

13、對(duì)空氣預(yù)熱器進(jìn)行沖洗可以清除銨鹽沉積。(5) 催化劑的磨損 磨損主要是由飛灰對(duì)催化劑表面的沖擊引起的。 催化劑的磨損是氣速、飛灰特性、沖擊角度及催化劑特性的函數(shù)，因 此高的煙氣流速和顆粒物濃度會(huì)加速這種磨損。 除了高溫?zé)煔獾臎_刷， SCR系統(tǒng)中吹灰器的運(yùn)行也會(huì)產(chǎn)生明顯的磨損現(xiàn)象。 另外，對(duì)于蜂窩狀催化劑而言， 出現(xiàn)磨損的孔道在流經(jīng)煙氣時(shí)， 流動(dòng)阻力和壓降都會(huì) 減小，相比之下會(huì)有更多的煙氣流過(guò)， 從而進(jìn)一步加劇這種磨損效果， 而那些表面和邊緣經(jīng)過(guò)處理的催化劑，抗磨損的能力會(huì)高些。 防止催化劑磨損采取的措施有： 合理設(shè)計(jì)催化劑； 選用合適的煙氣速 度；應(yīng)盡可能地除去煙氣中磨損性較強(qiáng)的大顆粒飛灰。 在催化劑設(shè)計(jì) 方面主要采取的措施有：頂端硬化。增加蜂窩式催化劑端部的硬度， 以抵御迎灰面的磨損。對(duì)于平板式催化劑，因其支撐架為金屬網(wǎng)，端 部被磨損后，其金屬基材暴露在迎風(fēng)面，可阻止煙氣的進(jìn)一步磨損， 一般認(rèn)為板式催化劑的抗磨損性能較好。 增厚。增加整體催化劑的 壁厚，提高磨損裕量，以延長(zhǎng)催化劑的機(jī)械壽命。此舉還有利于催化 劑的清洗和再生。使用均質(zhì)催化劑結(jié)構(gòu)因?yàn)樵诟呋蚁?，催化劑的迎灰面以及?nèi)壁都會(huì)發(fā)生一定程度的磨蝕， 表面涂層的催化劑在表面 發(fā)生磨損后，催化劑的活性會(huì)大幅度地降低。 燒結(jié)、磨損和積灰現(xiàn)象都會(huì)引發(fā)催化劑的失活，其中積灰對(duì)于催 化 劑的影響是