脱硝（SCR）催化剂介绍

1、 广东国华粤电台山发电有限公司广东国华粤电台山发电有限公司 脱硝脱硝（SCR）催化剂催化剂介绍介绍 燃煤电厂排放的燃煤电厂排放的NOxNOx是造成环境污染的主要原因之一。氨是造成环境污染的主要原因之一。氨法选择性催化还原脱硝法选择性催化还原脱硝(SCR-(SCR-DeNOxDeNOx ) )技术是目前效率最高、技术是目前效率最高、最成熟、应用最广泛的电厂烟气脱硝技术，在国外电厂中得最成熟、应用最广泛的电厂烟气脱硝技术，在国外电厂中得到了广泛应用。到了广泛应用。 SCRSCR催化剂使用的活性物质主要是过渡金属元素（氧化催化剂使用的活性物质主要是过渡金属元素（氧化物），如物），如V2O5V2O5和

2、和WO3WO3、MoO3MoO3等。催化剂一般在等。催化剂一般在320320400400脱硝脱硝效率高、选择性好、抗毒性强、运行可靠。效率高、选择性好、抗毒性强、运行可靠。1.1 SCR催化剂简介催化剂简介 其中的其中的SCRSCR催化剂又是脱硝系统中最重要的部分，其成催化剂又是脱硝系统中最重要的部分，其成分、结构、寿命及相关参数直接影响分、结构、寿命及相关参数直接影响SCRSCR系统的脱硝效率及系统的脱硝效率及运行状况。运行状况。 广东国华粤电台山发电有限公司广东国华粤电台山发电有限公司 1.2 催催 化化 剂剂 型型 式式 蜂窝式催化剂蜂窝式催化剂蜂窝式催化剂国内外应蜂窝式催化剂国内外应用

3、最广泛的火电厂脱硝催化用最广泛的火电厂脱硝催化剂，市场占有率为剂，市场占有率为60%60%左右；左右；蜂窝式活性高，抗中毒抗磨蜂窝式活性高，抗中毒抗磨损性高，可替换性强，建设损性高，可替换性强，建设成本低。成本低。SCRSCR催化剂一般分为蜂窝式、平板式和波纹板式三种。催化剂一般分为蜂窝式、平板式和波纹板式三种。 目前，远达催化目前，远达催化剂制造有限公司的剂制造有限公司的主要产品室蜂窝状主要产品室蜂窝状SCR催化剂。催化剂。 广东国华粤电台山发电有限公司广东国华粤电台山发电有限公司 平板式催化剂平板式催化剂平板式催化剂是将活性材料平板式催化剂是将活性材料“镀镀”在金属骨架上，单位体积的接触表

4、面在金属骨架上，单位体积的接触表面积小，需要的催化剂量大。积小，需要的催化剂量大。板式催化剂活性低于蜂窝式和板式催化剂活性低于蜂窝式和波纹板催化剂，市场占有率为波纹板催化剂，市场占有率为30%30%左左右，抗磨损堵塞性高，表层容易受到右，抗磨损堵塞性高，表层容易受到磨损也建设成本较高。磨损也建设成本较高。1.2 催催 化化 剂剂 型型 式式 广东国华粤电台山发电有限公司广东国华粤电台山发电有限公司 波纹板式催化剂波纹板式催化剂波纹式催化剂为非均质波纹式催化剂为非均质催化剂，以柔软纤维为催化剂，以柔软纤维为载体，涂敷载体，涂敷V2O5V2O5和和WO3WO3等活性物质等活性物质( (溶液溶液浸泡

5、式浸泡式) )，催化剂表面遭，催化剂表面遭到灰分等的破坏磨损后，到灰分等的破坏磨损后，也不能维持原有的催化也不能维持原有的催化性能，催化剂再生不可性能，催化剂再生不可能。其市场占有率为能。其市场占有率为10%10%左右。左右。1.2 催催 化化 剂剂 型型 式式 广东国华粤电台山发电有限公司广东国华粤电台山发电有限公司 孔径（节距）孔径（节距）9.2 mm = 16 cell8.2 mm = 18 cell7.4 mm = 20 cell7.1 mm = 21 cell6.9 mm = 22 cellC CL L燃煤1.3 蜂窝式催化剂规格蜂窝式催化剂规格 广东国华粤电台山发电有限公司广东国华

6、粤电台山发电有限公司 产品产品壁厚壁厚(mm)内径内径(mm)比表面积比表面积(m2/m3)开孔率开孔率（%）体积密度体积密度(kg/m3)16160.88.438380.738018180.87.442678.641020200.76.7247880.338021210.76.449277.144522220.66.353981.43801.3蜂窝催化剂规格蜂窝催化剂规格 广东国华粤电台山发电有限公司广东国华粤电台山发电有限公司 1.4蜂窝催化剂特点蜂窝催化剂特点高开孔率，压降低；高开孔率，压降低；高比表面积和活性高比表面积和活性；体积小；体积小；在同体积下，氨逃逸率和二氧化硫转化率低；在同

7、体积下，氨逃逸率和二氧化硫转化率低；适应高钙、高砷煤质；适应高钙、高砷煤质；适应高灰煤质。适应高灰煤质。 广东国华粤电台山发电有限公司广东国华粤电台山发电有限公司 催化剂壁的截面（传统的催化剂壁的截面（传统的2020孔催化剂）孔催化剂）脱硝脱硝 和和 SO2 氧化氧化SO2 氧化氧化1.1 mm厚厚快速的脱硝反应发生在催化剂表面快速的脱硝反应发生在催化剂表面慢速的慢速的SO2氧化发生在催化剂的整个壁厚内氧化发生在催化剂的整个壁厚内孔径孔径开孔内径开孔内径mmmm壁厚壁厚mmmm开孔率开孔率比表面积比表面积m2/m3m2/m37.47.46.36.31.11.170%70%445445脱硝脱硝

8、和和 SO2 氧化氧化催化剂壁厚与脱硝和催化剂壁厚与脱硝和SO2 SO2 氧化的关系氧化的关系1.4 催化剂特点催化剂特点 广东国华粤电台山发电有限公司广东国华粤电台山发电有限公司 催化剂壁横截面催化剂壁横截面DeNOx and SO2 OxidationDeNOx and SO2 OxidationSO2 Oxidation1.1 mmThick目标：目标： 提高脱硝活性并且降低提高脱硝活性并且降低SO2的氧化率的氧化率节距节距 mm孔径孔径 mm壁厚壁厚 mm开孔率开孔率比表面积比表面积, m2/m37.46.31.170%4457.16.40.777.1%4920.7 mmThick21

9、21孔高开孔率产品孔高开孔率产品1.5 催化剂特点催化剂特点 广东国华粤电台山发电有限公司广东国华粤电台山发电有限公司 催化剂比横截面催化剂比横截面:DeNOx and SO2 OxidationSO2 OxidationDeNOx and SO2 Oxidation0.6 mmThick节距节距 mmmm内径内径 mmmm壁厚壁厚 mmmm开孔率开孔率比表面积比表面积 m2/m3m2/m37.47.46.36.31.11.170%70%4454456.96.96.36.30.60.681%81%539539维持开孔内径不变维持开孔内径不变2222孔高开孔率产品孔高开孔率产品1.5 催化剂特点

10、催化剂特点 广东国华粤电台山发电有限公司广东国华粤电台山发电有限公司 催化剂催化剂的失活的失活燃料燃料碱金属对催化剂的影响碱金属对催化剂的影响CaOCaO对催化剂的影响对催化剂的影响砷对催化剂的影响砷对催化剂的影响运行运行运行温度过低运行温度过低 运行温度过高运行温度过高 广东国华粤电台山发电有限公司广东国华粤电台山发电有限公司 烟气飞灰中存在砷、碱金属、金属氧化物都是催化烟气飞灰中存在砷、碱金属、金属氧化物都是催化剂的毒害物质，沉积在催化剂上就可能与催化剂中的活剂的毒害物质，沉积在催化剂上就可能与催化剂中的活性成分发生化学反应，破坏催化剂的活性。性成分发生化学反应，破坏催化剂的活性。2.1

11、燃燃 料料2.1.1 碱金属对催化剂的影响碱金属对催化剂的影响 碱金属能够与催化剂的活性成分直接发生反应，吸附碱金属能够与催化剂的活性成分直接发生反应，吸附在活性催化剂的毛细孔表面并引起堵塞，造成催化剂活性在活性催化剂的毛细孔表面并引起堵塞，造成催化剂活性的损失，其中的损失，其中NaNa和和K K是最主要的两类。在水溶液的状态下，是最主要的两类。在水溶液的状态下，NaNa和和K K是能流动的，可以非常容易地进入催化剂的毛细孔。是能流动的，可以非常容易地进入催化剂的毛细孔。下图是催化剂碱金属中毒原理：下图是催化剂碱金属中毒原理： 广东国华粤电台山发电有限公司广东国华粤电台山发电有限公司 对于燃煤

12、锅炉来说，因烟气通过催化剂时温度在对于燃煤锅炉来说，因烟气通过催化剂时温度在300300度度以上，这种危险比较小，因为在煤灰中多数碱金属是不溶的，以上，这种危险比较小，因为在煤灰中多数碱金属是不溶的，但是，在脱硝停运期间要禁止雨水或锅炉内水进入催化剂。但是，在脱硝停运期间要禁止雨水或锅炉内水进入催化剂。2.1.1 碱金属对催化剂的影响碱金属对催化剂的影响 图 1 O Me O Me O H Na+(K+) O Me O Me O Na(K) 新鲜催化剂新鲜催化剂 碱金属中毒碱金属中毒 广东国华粤电台山发电有限公司广东国华粤电台山发电有限公司 2.1.2 CaO对催化剂的影响对催化剂的影响飞灰中

13、游离的飞灰中游离的CaO与与SO3反应反应, ,下图是下图是CaO中毒原理：中毒原理： Step 1 燃煤飞灰中的燃煤飞灰中的CaO颗粒颗粒附着在催化剂的表面附着在催化剂的表面 Rate controlling process for deactivationVery slow concentration changes (104 hours)CaOCaOcatalystsurfaceCaOactive sitesFast reaction time (101 hours) Step 2 烟气中的烟气中的SO3与与CaO反应反应 CaOactive sitesSO3catalystsurfac

14、e劣化的速度劣化的速度取决于取决于CaO沉积的速度沉积的速度 广东国华粤电台山发电有限公司广东国华粤电台山发电有限公司 Step 3CaSO4的形成的形成 Reaction time (101hours) Particle expansion of 14%CaSO4active sitescatalystsurfaceDeactivation: NH3 & NOx cant reach masked active sitesCaSO4inactive sitesStep 4CaSO4堵塞活性毛细孔堵塞活性毛细孔 active sitescatalystsurface2.1.2 CaO对

15、催化剂的影响对催化剂的影响 广东国华粤电台山发电有限公司广东国华粤电台山发电有限公司 2.1.3 砷对催化剂的影响砷对催化剂的影响砷对催化剂活性的毒害机理如下图：砷对催化剂活性的毒害机理如下图： O Me O Me O H As2O3 O Me O Me O As 新鲜催化剂新鲜催化剂 As 中毒中毒 O2 O Me As O O As O O O O O Me O 广东国华粤电台山发电有限公司广东国华粤电台山发电有限公司 砷中毒主要是由烟气中的气态砷中毒主要是由烟气中的气态As2O3引起的。在燃引起的。在燃烧温度高于烧温度高于1400度时，煤中所含的度时，煤中所含的As会氧化生成气态会氧化生

16、成气态As2O3，当烟气在省煤器中冷却下来时，当烟气在省煤器中冷却下来时，As2O3就会与飞就会与飞灰产生反应，生成稳定的化合物，当烟气流过反应器时，灰产生反应，生成稳定的化合物，当烟气流过反应器时，这些砷的化合物便随粉尘在催化剂上凝结，覆盖在活性这些砷的化合物便随粉尘在催化剂上凝结，覆盖在活性成分上或堵塞毛细孔。在采用飞灰循环的液态排渣炉中成分上或堵塞毛细孔。在采用飞灰循环的液态排渣炉中最容易发生砷中毒的现象。这主要是因为飞灰要被送回最容易发生砷中毒的现象。这主要是因为飞灰要被送回炉内回熔，造成吸附在飞灰上的炉内回熔，造成吸附在飞灰上的As2O3也一同返回，造也一同返回，造成了砷的集聚。成了

17、砷的集聚。2.1.3 砷对催化剂的影响砷对催化剂的影响 广东国华粤电台山发电有限公司广东国华粤电台山发电有限公司 解决措施：解决措施：调整燃煤成分调整燃煤成分 As2O3可以与游离氧化钙反应生成砷酸钙，对催化剂无可以与游离氧化钙反应生成砷酸钙，对催化剂无副作用。当燃用砷含量较高的煤和采用液态排渣炉时，可以副作用。当燃用砷含量较高的煤和采用液态排渣炉时，可以在煤中添加石灰石提高钙含量，从而降低砷中毒。在煤中添加石灰石提高钙含量，从而降低砷中毒。2.1.3 砷对催化剂的影响砷对催化剂的影响 广东国华粤电台山发电有限公司广东国华粤电台山发电有限公司 氨气（氨气（NH3）还原氧化氮（）还原氧化氮（NO

18、X）的最关键反应）的最关键反应 在反应（在反应（1）和（）和（2）中，每脱除）中，每脱除1摩尔氧化氮（摩尔氧化氮（NOX）需要消耗）需要消耗1摩尔摩尔氨气（氨气（NH3）。反应（）。反应（3）仅在二氧化氮（）仅在二氧化氮（NO2）的数量超过一氧化氮）的数量超过一氧化氮（NO）时才会发生。在传统燃煤锅炉中，氧化氮（）时才会发生。在传统燃煤锅炉中，氧化氮（NOX）中一氧化氮）中一氧化氮（NO）占）占90-95 %，其余为二氧化氮（，其余为二氧化氮（NO2）。在这种情况下按化学方法）。在这种情况下按化学方法计算，氨气和氧化氮的比例（计算，氨气和氧化氮的比例（NH3:NOX）是）是1:1。但是，在实际

19、系统中，。但是，在实际系统中，由于停留时间有限，使得混合不充分，反应不完全，通常要加入稍为过量由于停留时间有限，使得混合不充分，反应不完全，通常要加入稍为过量的氨气才能使一氧化氮（的氨气才能使一氧化氮（NO）达到理想的还原程度。）达到理想的还原程度。2.2 不当的运行导致催化剂的失活不当的运行导致催化剂的失活 广东国华粤电台山发电有限公司广东国华粤电台山发电有限公司 在特定运行条件下，脱硝发生以下后续反应：在特定运行条件下，脱硝发生以下后续反应： 反应（反应（4）为氨氧化反应，但该反应在运行温度低于）为氨氧化反应，但该反应在运行温度低于425C时并不显著。当烟气的温度升高时，更多氨气会被氧时并

20、不显著。当烟气的温度升高时，更多氨气会被氧化，从而使氧化氮（化，从而使氧化氮（NOX）的浓度增加，氨气（）的浓度增加，氨气（NH3）不足，）不足，导致脱硝率降低。导致脱硝率降低。 反应（反应（5）对于使用低硫烟气或天然气的反应不明显。）对于使用低硫烟气或天然气的反应不明显。煤种的硫份含量较高时，燃料中的硫在燃烧时会生成氧化硫煤种的硫份含量较高时，燃料中的硫在燃烧时会生成氧化硫（SOX），如二氧化硫（），如二氧化硫（SO2）和三氧化硫（）和三氧化硫（SO3）。）。2.2.1 运行温度过高运行温度过高同时，温度过同时，温度过高还会引起催高还会引起催化剂的烧结化剂的烧结 广东国华粤电台山发电有限公司

21、广东国华粤电台山发电有限公司 硫氧化物（硫氧化物（SO3）与氮氧化物（）与氮氧化物（NOX）的反应）的反应 ： 烟气中有三氧化硫（烟气中有三氧化硫（SO3）存在时，会导致生成硫酸氨和硫酸氢氨，）存在时，会导致生成硫酸氨和硫酸氢氨，如反应（如反应（6）和（）和（7）所示。一旦生成，这些物质会沉淀在催化剂上和）所示。一旦生成，这些物质会沉淀在催化剂上和其它系统设备上，影响系统的性能。其它系统设备上，影响系统的性能。 （6）和（）和（7）反应发生的温度一般发生在）反应发生的温度一般发生在320以下以下，温度越低反，温度越低反应越激烈，生成的硫酸氨和硫酸氢氨越多。应越激烈，生成的硫酸氨和硫酸氢氨越多。

22、 如果出现少量的硫酸盐，反应是可逆的，可以通过在高温运行系如果出现少量的硫酸盐，反应是可逆的，可以通过在高温运行系统使系统性能恢复。统使系统性能恢复。 硫酸氨盐会对催化剂和锅炉下游设备造成很大影响。硫酸氨盐会对催化剂和锅炉下游设备造成很大影响。2.2.2 运行温度过低运行温度过低 广东国华粤电台山发电有限公司广东国华粤电台山发电有限公司 SCR运行一段时间后，受前述因素影响，催化剂运行一段时间后，受前述因素影响，催化剂活性会逐渐降低。在运行到化学寿命终止时需要在反活性会逐渐降低。在运行到化学寿命终止时需要在反应器内预留的一层上增加一层催化剂，第二次化学寿应器内预留的一层上增加一层催化剂，第二次

23、化学寿命到达时，更换第一层催化剂。命到达时，更换第一层催化剂。 广东国华粤电台山发电有限公司广东国华粤电台山发电有限公司 失效催化剂的处理一般有垃圾掩埋或者是再生循环利用。失效催化剂的处理一般有垃圾掩埋或者是再生循环利用。取决于失效催化剂的寿命与使用情况，同时综合考虑处理方取决于失效催化剂的寿命与使用情况，同时综合考虑处理方式的经济成本。式的经济成本。 （1）、首先在实验室对失活的催化剂进行测试。）、首先在实验室对失活的催化剂进行测试。（2）、然后对同类失活的催化剂进行再生；）、然后对同类失活的催化剂进行再生；（3）、对再生后的催化剂进行活性测试）、对再生后的催化剂进行活性测试（4）、机械除尘

24、）、机械除尘清洗清洗活化活化干燥干燥失效催化剂再生的处理方法如下：失效催化剂再生的处理方法如下： 广东国华粤电台山发电有限公司广东国华粤电台山发电有限公司 再生前再生前再生后再生后 再生后的催化剂催化性能再生后的催化剂催化性能可以恢复到最初性能的可以恢复到最初性能的60-80%。 催化剂再生的成本一般是催化剂再生的成本一般是新催化剂的新催化剂的30-50%（在线方（在线方法）或者法）或者40-60%（离线方（离线方法）。法）。 广东国华粤电台山发电有限公司广东国华粤电台山发电有限公司 飞灰的沉积导致催化剂堵塞。解决该问题需要良好的飞灰的沉积导致催化剂堵塞。解决该问题需要良好的SCR系统设计，同

25、时根据经验与工况条件的分析选择合适的催系统设计，同时根据经验与工况条件的分析选择合适的催化剂。化剂。 飞灰中的大颗粒灰（俗称爆米花灰），一般由于燃料特飞灰中的大颗粒灰（俗称爆米花灰），一般由于燃料特性和锅炉燃烧情况造成，颗粒直径大，需要在进入性和锅炉燃烧情况造成，颗粒直径大，需要在进入SCR反应器反应器前收集掉。预防该问题就需要合理设计前收集掉。预防该问题就需要合理设计SCR入口烟道结构，以入口烟道结构，以改善烟气流速，同时还需合理设计省煤器出口灰斗及改善烟气流速，同时还需合理设计省煤器出口灰斗及SCR入口入口烟道灰斗，在催化剂模块顶部安装钢丝网捕捉大粒径灰分。烟道灰斗，在催化剂模块顶部安装钢

26、丝网捕捉大粒径灰分。 广东国华粤电台山发电有限公司广东国华粤电台山发电有限公司 解决小颗粒灰的沉积问题，从解决小颗粒灰的沉积问题，从SCR系统设计而言，首系统设计而言，首先反应器装置采取垂直流设置；同时根据实际运行经验设先反应器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；通过对计合适的烟气流速；通过对SCR系统进行物理模拟实验，系统进行物理模拟实验，指导烟道内部结构设计（诸如导流板，整流层的合理设指导烟道内部结构设计（诸如导流板，整流层的合理设计），来获得催化剂表面烟气流量与飞灰的均衡分布。在计），来获得催化剂表面烟气流量与飞灰的均衡分布。在催化剂选型上，选择合适的孔距与开孔尺

27、寸，将飞灰沉积催化剂选型上，选择合适的孔距与开孔尺寸，将飞灰沉积的问题最小化。安装清灰装置，根据运行情况选择合理的的问题最小化。安装清灰装置，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。吹灰频率，也是防止该问题的有效途径。 广东国华粤电台山发电有限公司广东国华粤电台山发电有限公司 6.1 催化剂磨损情况分析催化剂磨损情况分析大颗粒灰大颗粒灰是催化剂磨损的主要原因之一。是催化剂磨损的主要原因之一。入口烟气流场分布效应入口烟气流场分布效应也导致催化剂的磨损。也导致催化剂的磨损。当当孔内流速孔内流速远高于设计值时，催化剂孔壁也有可能出现远高于设计值时，催化剂孔壁也有可能出现磨损。磨损。催化剂材料的硬度催化剂材料的硬度也影响催化剂孔壁的磨损。也影响催