脱硝催化剂选择、失效原因及预防措施探讨交流
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北极星大气网讯： 摘要：以某660MW火力发电供热机组选择性催化还原（SCR）反应器为研究对象，分析了催化剂的反应机理及失活原因，并提出了故障预防措施从设计、生产、运营三个方面。 积极采取措施可为预防、控制和应对催化剂失效提供参考。
1、某项目反硝化方案
某工程脱硝装置采用选择性催化还原（SCR）脱硝技术。 每台机组配置两台脱硝反应器，布置在省煤器后、空气预热器前（炉后）的空间。 脱硝装置入口布置在垂直长烟道内，氨喷淋格栅布置在入口垂直烟道内，催化剂放置在反应器箱内。 该工艺具有NOx脱除效率高、二次污染低的特点。
采用蜂窝触媒，2层运行，1层备用。 每个反应器每层布置的模块数量为10X8，共2层。 每个炉内共布置320个催化剂模块，催化剂模块放置在反应器内的支撑梁上。 每个模块的横截面约为。
脱硝催化剂寿命：从第一次喷氨到更换或安装新催化剂之前，保证运行小时数作为化学寿命（NOx去除率不低于85%，氨逃逸率不高于2.5ppm） ）。 24,000 小时。 脱硝设备年利用小时数按6500小时计算，运行小时数按8000小时计算。
在BMCR工况和设计煤种下，SCR装置可接受的进口烟气粉尘最大值为46.82g/Nm3，可接受的进口NOx最大值为330mg/Nm3（标准状态，干基） ，6% O2）。 反硝化系统停止喷氨的最低烟温为310℃。
为了保证催化剂的脱硝效果，脱硝反应器上安装了声波吹灰器。 每个反应器配备第二层吹灰器，备用层吹灰器不提供。
脱硝反应器是脱硝装置的主体。 采用废气自上而下流动的气体纵流式。 它由精馏层和使反硝化反应进行的催化剂层组成。
SCR反应器由两个壳体组成，宽17.48米，深11.91米，高16.05米。 内部布局包括导流板、整流栅、桁架、催化剂（2层运行、1层备用）、催化剂支撑梁、加强筋、升降导轨、吹灰器等装置。 催化剂单元垂直布置，烟气自上而下流动。 SCR反应器区域允许烟气流速范围为4.5m/s～5.5m/s。
催化剂模块之间以及催化剂模块与反应器壳体之间的间隙设有密封装置，防止烟气短路，提高脱硝效率。
2、SCR脱硝原理及特点
选择性催化还原（-tion，SCR）是指利用还原剂（NH3）在催化剂的作用下与烟气中的NOx“选择性”反应，生成无毒、无污染的N2和H2O。 在SCR脱硝过程中，主要化学反应如下：
(1)4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
(2) 6NO+4NH3→5N2+6H2O
(3) 6NO2+8NH3→7N2+12H2O
(4)2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O
反应式(1)是主要的化学反应。 当温度低于800℃时，反应速度很慢，需要添加催化剂。 脱硝催化剂是SCR烟气脱硝工艺的核心技术，其成本通常占脱硝装置总投资的30%~50%。 商业SCR催化剂的活性组分为V2O5，载体为锐钛矿型TiO2、WO3或MoO3作为促进剂。
SCR催化剂成分和比例根据烟气中的成分含量和保证的脱硝性能值而变化。 典型的催化剂组分和比例列于表中。
活性组分是多元催化剂的主体，是必需的组分。 没有它，它就缺乏所需的催化作用。 助催化剂本身没有活性或活性很小，但可以显着提高催化剂性能。 研究发现WO3和MoO3都能提高催化剂的热稳定性，防止烧结降低比表面积，改善V2O5和TiO2之间的电子相互作用，提高催化剂的活性、选择性和机械强度。 此外，WO3可以抑制氧化速率，MoO3还可以增强催化剂的抗As2O3中毒能力。
载体主要起负载、分散和稳定催化活性物质的作用。 同时，TiO2本身也具有较弱的催化能力。 选择锐钛矿型TiO2作为SCR催化剂的载体。 与其他氧化物（如Al2O3、ZrO2）载体相比，TiO2具有很强的抑制SO2氧化的能力，并且能够很好地分散表面的钒物种以及TiO2的半导体性质。
3、影响催化剂失效的因素
脱硝催化剂在运行过程中，由于烧结、磨损、堵塞、中毒等原因，催化剂活性会逐渐降低，从而导致催化剂出口NOx浓度升高和氨逃逸。 当出口值不能满足性能保证值时，需要添加或更换催化剂。 脱硝催化剂抵抗活性下降的能力对于延长催化剂的使用寿命、降低脱硝催化剂的运行成本具有重要意义。
催化剂失活可分为物理失活和化学失活。 SCR催化剂典型的物理失活主要是指高温烧结、磨损、堵塞等造成催化剂活性的破坏。 化学失活主要是指碱金属、碱土金属、As等引起的催化剂中毒。
4、影响因素详细分析
1、催化剂的烧结以钛基催化剂为例，长期暴露在450℃以上的高温下，会导致催化剂活性表面出现微晶聚集，导致催化剂颗粒增大，表面积减小。降低，催化剂活性降低，如图所示。
如果在启动阶段催化剂表面堆积有大量残碳或残油，在适当的氧浓度和温度条件下，会导致催化剂着火。 由于短时间内放出大量热量，会引起催化剂的烧结，引起催化剂着火。 完全失活。
2、催化剂磨损 磨损主要是由于飞灰对催化剂表面的侵蚀造成的。
在长期运行过程中，飞灰对催化剂的侵蚀会导致催化剂表面活性物质的损失，导致催化剂活性下降； 会导致催化剂变薄，机械强度下降； 当烟气流过磨损的通道时，磨损的通道就会流动。 阻力和压降减少，允许更多烟气流过，进一步加剧这种磨损效应，这种磨损效应通常从顶部开始。
除了飞灰的侵蚀外，如果SCR系统中的吹灰方法不当、吹灰脉冲过大，长期使用后也可能造成催化剂磨损。
根据文献研究发现，飞灰与单位质量催化剂磨损之间存在如下关系：
催化剂的磨损强度是空气流速、飞灰特性、冲击角度和催化剂特性的函数。 磨损率与飞灰的速度呈三次方关系。 当转速增加时，磨损率会急剧增加，因此高烟气流量和颗粒物浓度会加速这种磨损。 磨损率与材料的硬度成反比。
3、堵塞包括催化剂孔堵塞、催化剂表面覆盖和微孔堵塞。
3.1 毛孔堵塞
催化剂的孔堵塞主要是由于大颗粒的粉煤灰或沉积的粉煤灰的吸附、架桥而造成的孔堵塞。 由于孔隙的堵塞，烟气中的活性物质无法进一步进入催化剂孔隙的内表面，导致活性下降。 同时，局部烟气流速过快，停留时间不足，导致压降上升，磨损加剧。
3.2 微孔堵塞
催化剂微孔堵塞主要分为粉煤灰细颗粒堵塞和硫酸氢铵（ABS）堵塞。
飞灰细颗粒堵塞是指催化剂在正常运行过程中，飞灰中的细颗粒会通过催化剂表面慢慢渗透到微孔中，导致催化剂微孔被堵塞。
运行中更需要考虑的是硫酸氢铵（ABS）的堵塞。 低负荷运行时，特别是温度低于最低注氨温度时，注入的氨会与SO3反应生成硫酸氢铵。 如果硫酸氢铵长时间残留在催化剂内部，硫酸氢铵呈弱碱性，会与催化剂中的活性成分V2O5发生酸碱反应，导致活性下降。 硫酸氢铵的另一个作用是它是一种高粘度物质。 催化剂表面的硫酸氢铵会加速粉尘在催化剂表面形成硬化结构覆盖催化剂表面，导致催化剂活性下降。
3.3 表面堵塞
催化剂表面覆盖是由于CaSO4等胶凝物质在催化剂表面形成坚硬致密的物质，阻碍了NOx、NH3、O2到达催化剂活性表面发生作用，导致催化剂钝化，降低了实际催化活性。催化剂外表面，导致活性下降。
目前催化剂运行中，催化剂高CaO中毒是催化剂外表面覆盖导致活性下降的主要原因。
4.化学中毒
烟气中的成分，特别是粉尘中的碱金属（K、Na）、碱土金属（CaO、MgO等）和P2O5以及烟气中的As2O3蒸气，会降低催化剂活性。
4.1 碱金属中毒
粉尘中的K、Na等碱金属会与活性位点V2O5发生酸碱中和反应，导致催化剂活性位点丢失，活性下降。
在正常操作条件下，催化剂保持干燥，因此固固反应速率缓慢，碱金属中毒不明显。 这类催化剂的失活速度主要取决于催化剂表面碱金属的表面浓度，而碱金属的表面浓度主要取决于飞灰在催化剂表面的沉积速度、停留时间和沉积量。
当催化剂表面产生液态水时，需要考虑催化剂的碱金属中毒。 因为碱金属会溶解在水中，加速其扩散到催化剂中，并与活性位点发生反应，导致催化剂活性位点迅速丧失。 在存在液态水形成的情况下，催化剂的碱金属失活效果要大得多。
4.2 碱土金属中毒
碱土金属中毒主要发生在飞灰上的游离CaO与催化剂表面吸附的SO3反应生成CaSO4时。 CaSO4会造成催化剂表面被遮蔽、表面堵塞，导致活性下降。 在高CaO煤燃烧烟气条件下，必须考虑CaO中毒。
4.3 As2O3中毒
如煤燃烧后生成As2O3。 As2O3扩散到催化剂中并与催化剂中的V2O5反应生成不活泼的化合物。 它会聚集、沉积并堵塞催化剂的介孔，即直径在0.1μm至1μm之间的孔隙，因此会引起快速失活。