SCR脱硝催化剂应用注意事项

根据催化剂的特点及我国燃煤特性,指出了脱硝催化剂在使用中应注意催化剂堵塞、活性降低等问题,通过机理分析导致催化剂性能降低的主要原因有碱性金属影响、碱土金属影响、砷中毒、硫及硫铵影响、烧结等因素。介绍了催化剂在工业应用中的注意事项及相应的解决方案。

我国火电厂用煤受我国煤炭资源和燃料供应政策的制约,燃煤的品质通常较差,燃煤的灰分、硫分等有害杂质含量普遍较高。因此在使用 SCR催化剂时燃料中的碱金属、碱土金属、砷,以及燃烧后产生的水蒸气、飞灰、硫及硫铵等都对催化剂的使用造成影响,这些成分通过扩散进入催化剂的活性点,占据着催化剂活性点位,催化剂将逐渐被钝化,催化剂的活性随着运行时间的推移而降低,NOx还原效率下降,氨耗量增加,氨逃逸量增加,SCR系统运行成本将因有害元素的影响而上升。

1 碱金属的影响

碱金属与催化剂表面接触,会使催化剂活性降低 。碱金属在催化剂上沉积导致催化剂表面酸性大大降低,相同摩尔浓度的 K 与 Na 相比,K 中和效果更强。K 优先配位到或者上的 OH 根上,K20与反应生成,K 干扰了氨活性中间物种 NH4+的形成,从而导致催化剂的钝化。避免催化剂表面水蒸气的凝结,可降低因碱金属在催化剂表面积聚对催化剂活性的影响。

2 碱土金属的影响

碱土金属使催化剂中毒主要是飞灰中游离的CaO与催化剂表面吸附的反应生成而产生的,引起催化剂表面结垢,会将催化剂表面遮蔽,从而阻止了反应物向催化剂内扩散。通过适当增加吹灰频率,可降低飞灰在催化剂上的沉积量,降低 CaO 在催化剂表面的沉积量是减缓催化剂中毒的有效手段

3 砷的影响

砷(As)来源于煤,在烟气中以挥发性的形式存在分散到催化剂中并固化在活性、非活性区域,同时也会吸附在飞灰颗粒上(以氧化物的形式)。在砷中毒的过程中将使反应气体在催化剂内的扩散受到限制,且通道遭到破坏。催化剂发生 As中毒,特别是在液态排渣炉和飞灰再循环的过程中,会导致循环过程中砷的富集。以氧化物为形式的砷为例,它的中毒影响归结于它的碱性。导致 OH 根被 As-OH(分布于表面的砷酸盐)所取代。催化剂砷中毒后,氨不易吸附到中毒的催化剂活性点上,从而导致催化剂活性的降低。

在使用过程中可使催化剂表面对砷不具有活性,通过对催化剂表面的酸性控制,达到吸附保护的目的,使得催化剂表面不吸附氧化砷;另一种方法是改进活性位,通过高温煅烧获得稳定的催化剂表面,主要采用钒和钼的混合氧化物形式,使As吸附的位置不影响SCR的活性位。

4 水蒸气的影响

对于大多数运行中的烟气 SCR脱硝装置中,都应避免水蒸气的凝结。凝结在催化剂上的水会将飞灰中的有毒物(碱金属,钙,镁)转移到催化剂上,从而导致催化剂失活。另外会使飞灰硬化并阻塞催化剂,使吹灰装置的性能下降。燃油锅炉中毒的危险较大,主要是由于水溶性碱金属含量较高。如果锅炉燃用生物质燃料,中毒现象会变得严重,这是因为这些燃料中水溶性的K含量较高。

5 飞灰的影响

飞灰是造成催化剂堵塞的一个主要原因,飞灰小颗粒沉积在催化剂孔隙中,阻碍 NOx、 和到达催化剂表面,从而引起催化剂失活。同时飞灰还容易造成催化剂的磨损。降低催化剂堵塞和磨损的措施主要有:

1)利用 CFD 计算机数值模拟和物理模型试验,优化流场设计,来调节 SCR反应器内的气流分布,避免出现烟气流动低速区或死角。

2)在各层催化剂上方安装吹灰器,对催化剂进行定期吹扫。

3)选用合适的催化剂内的烟气速度,在保证较小烟气阻力和低磨蚀的情况下,又能有效地利用烟气的流动避免堵灰。

4)对催化剂采用顶端硬化技术,改善催化剂磨损。

6 硫及硫铵盐的影响

硫及硫铵盐是造成催化剂堵塞的另一个主要原因。是 SCR催化剂主要活性成分,但也同时促进了氧化成。而系统喷出的在 250℃以下很容易与形成硫铵盐,硫铵盐不仅会堵塞催化剂孔道及微孔,而且会造成下游换热设备的粘污。

7 烧结现象

当温度上升至 450℃时,会发生催化剂的烧结现象,从而导致催化剂失活。因而我们在设计 SCR反应时合理的选择反应的温度区间,通常反应的最佳温度在 360℃。

8 小结

(1)目前工程中应用最多的 SCR催化剂主要成份为、 、、等氧化物组成。

(2)在 SCR的应用过程中,由于碱性金属影响、碱土金属影响、砷中毒、硫及硫铵影响、烧结等因素都会造成催化剂钝化,需要采取相应的措施加以预防。

(3)催化剂研究方向应符合国内工程需要,着重在设计并制备高活性的催化剂上,改进催化剂的组成,提高活性,降低成本,提高催化剂寿命。

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