火电厂锅炉烟气SCR脱硝催化剂选型、检验及运行中应注意的问题 一、催化剂选型问题探讨
脱硝反应器一般都是采用高灰布置形式。脱硝反应器采用高灰布置形式，催化剂布置在反应器中。 在高灰布置形式中，催化剂位于省煤器和空预器之间，该区域的温度区间与SCR催化剂的活性温度范围相一致，但是由于催化剂长期处于高粉尘浓度的烟气中，会造成催化剂中毒、磨损、堵塞等问题；过高的温度还可能造成催化剂的烧结，使得催化剂寿命缩短；为了便于烟气中粉尘的通过和减小对催化剂的磨损，需要采用整体式宽通道（如大于7mm）、大壁厚（>0.7mm）的催化剂，气流自上而下（燃煤电厂）垂直通过催化剂层；此外对催化剂的机械性能和SO2氧化率也有严格的要求，使用寿命需要达到24000运行小时数（即三年）以上或16000运行小时数（即两年以上），所以燃煤电厂对SCR脱硝催化剂的要求较高。 世界各国对SCR催化剂进行了大量的研究，日本在70年代成功开发了V2O5/TiO2基催化剂，并开始在电厂得到商业应用，该类型催化剂不仅价格相对较低，而且脱硝效率高、选择性强
、抗中毒能力强、稳定可靠，80年代起，欧洲引进日本技术，该类型催化剂在欧洲得到迅速普及，目前在日本、欧洲、美国、亚洲等国家和地区都有大规模的应用。
虽然V调速轮2O5/TiO2基催化剂也存在一些缺陷和不足（如V2O5对SO2的氧化有催化活性，会将SO2氧化为SO3（反应1-1），与逃逸的NH3、烟气中的水蒸气等反应生成硫酸氢铵（反应1-2），生成的硫酸氢铵的粘性大，会在受热面沉积，造成下游设备和管道的堵塞和腐蚀，所以脱硝过程SO2的转化率需要控制在1%以下； SCR反应温度需控制在300℃以上，以防止硫酸铵盐在催化剂上沉积，造成催化剂微孔堵塞，活性下降），但是由于该类型催化剂反应温度适中，反应温度窗口宽（300～450℃），脱硝率高（大于90%）、运行选择性好、抗中毒能力强、稳定可靠，V2O5/TiO2基催化剂是世界SCR脱硝领域主流的催化剂类型，目前各大SCR脱硝催化剂厂商正在对催化剂进行改进，以降低V2O5/TiO2催化剂的SO2氧化性、减少催化剂的体积、提高催化剂的耐磨损性和机械强度。
由于V2O5/TiO2基催化剂的SCR反应的活性温度范围在300～420℃，与燃煤电厂中省煤器和空预器之间的温度相一致，所以目前的SCR脱硝催化反应器大多采用高灰布置，但是由于催化剂长期处于高粉尘浓度的烟气中，会带来催化剂中毒、磨损、堵塞等问题；过高的温度还可能造成催化剂的烧结，使催化剂寿命缩短；为了便于烟气中粉尘的通过和减小粉尘对催化剂的磨损，采用整体式宽通道（如大于6mm）、大壁厚（>0.7mm）的催化剂，气流自上而下垂直通过催化剂层；此外对催化剂的机械强度和SO2氧化率也有严格的要求，使用寿命需要达到24000运行小时数（即三年）以上，对机械寿命也有很高的要求，所以燃煤电厂对SCR脱硝催化剂的要求较高。
目前商业催化剂大多是V2O5-WO3(MoO3)/TiO2基催化剂，为了增加催化剂的机械强度，在催化剂基体材料中还添加了玻璃纤维和酸性白土等作为结构助剂。由于催化剂布置在省煤器和空预器之间的高灰区域，采用的结构形式多为蜂窝状、板状或波纹板状等成型性整体式SCR催化剂。整体式催化剂的平行通道有利于飞灰的通过，具有开口面积大，压降小，不易堵塞等优点。由于烟气中具有较高的飞灰含量，会造成催化剂的磨损和中毒，所以整体式催化剂除了对活性、选择性有一定要求外，对机械强度、耐磨性和抗中毒性能有一定的要求。
在三种整体式催化剂中，板式催化剂的开口面积最大，最有利于飞灰通过，此外板式催化剂采用金属筛板作为担体，机械强度好，特别适用燃煤高灰SCR脱硝场合；蜂窝状催化剂是以SCR催化剂粉体为基体，与成型助剂等通过混合、捏合、挤压成型、干燥、煅烧等过程得到，由于活性成分在其中均匀分布，即使催化剂表面有磨损，仍可保持较强的活性，所以蜂窝状催化剂在高灰和低灰情况均可应用，另外蜂窝状催化剂开孔率低于板式催化剂，在要求相同的脱硝率需要的蜂窝状催化剂体积较小；而波纹板式催化剂是以波纹状纤维板为担体，在其表面涂有含活性组分的涂层，重量轻是波纹板式催化剂的最大优点，由于活性物质要比蜂窝状催化剂少70%，在粉尘的冲刷下当表面活性物质磨损流失后，催化活性下降较快，使用寿命较短，所以波纹板式催化剂一般不太适合燃煤高灰脱硝，而在灰含量较低时的燃油和燃气脱硝中有较多应用。对于燃煤电厂脱硝的SCR催化剂，在高灰场合大多采用蜂窝状和板状催化剂，波纹板式催化剂也有一定的使用。下表为三种催化剂的各自特点: 三种类型的催化剂的比较
| 蜂窝状催化剂 | 板式催化剂 | 波纹板式催化剂 |
系统 | 陶制均匀，整体充满活性成分 | 以金属为担体，表面涂层为活性成分。 | 波纹状玻璃纤维做担体， 表面涂层为活性成分。 |
特点 | 比表面积大、活性高、催化体积小；催化活性物质比其他类型多50~70%；催化再生仍保持选择性。 | 比表面积小，催化剂体积大； 生产简便，自动化程度高； 烟气通过性好，不易堵塞； 实际活性物质比蜂窝式少50%。 | 比表面积介于蜂窝式与板式之间，重量轻； 生产自动化程度高； 活性物质比蜂窝式少70%； 烟气流动性很敏感。 |
适用范围 | 高尘及低尘均适用 | 主要用于高尘 | 主要用于低尘，在高尘有一定应用业绩 |
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二、催化剂选型比较：
锅炉设计煤种烟尘浓度为：45g/Nm3。为保证在目前煤种情况下，脱硝装置能够正常的运行，在催化剂进行设计选型时，烟尘浓度满足设计煤种进行设计并选型。推荐用蜂窝式催化剂。
在工程设计过程中，考虑到炉后框架的设置，投标方的反应器设计尺寸为：10m×12m。
接合反应器的尺寸及催化剂模块尺寸（催化剂模块尺寸为~1906×966），现考虑催化剂模块的布置方案为5×12。
根据烟尘浓度及灰份情况以及炉后框架尺寸，催化剂选型方案建议考虑为蜂窝式或板式。
三、催化剂方案布置比较
单向离合器轴承脱硝催化剂方案一般为2+1方案
1、 炉后框架的影响
根据目前催化剂供应商所提供的资料，当采用单层布置时， 在达到催化剂模板最高高度的情况下，反应器尺寸很难适应炉后框架的布置。如果采用单层催化剂，炉后框架及柱网需要做适当的调整。
2、 反应器及催化剂积灰的影响
对于正常的反应器，为了保证反应器的积灰最少，同时保证催化剂不受烟气中的灰分的磨损，其反应器内烟气流速范围一般为4~6m/s，如果采用单层布置，反应器流速相对较低，会在一些死角及弯道处产生大量的积灰，催化剂内微孔内堆积倾向性加强，从而造成催化剂堵塞，除低催化剂的活性。
3、 吹灰效果的影响
当采用单层催化剂时，每个催化剂模块将会按会各个供应商所能生产的极限高度进行生产，催化剂模块高度尺寸较高。由于灰分含量较高，为保证吹灰效果，吹灰器采用声波吹灰器吹灰方式。
4、 催化剂经济运行的影响
当催化剂化学寿命到达极限时，需重新加装或更换新的催化剂层。当采用单层催化剂布置时，由于单层催化剂所需用量较大，在重新加装或更换催化剂时，其一次性更换量较大，不利于经济运行。
5、 催化剂阻力
相对于两层催化剂布置，单层催化剂的系统阻力较少。
四、验收催化剂标准简要表格如下：
序号 | 检测项目参数 | 依据标准 |
1 | 单元外观 | 《催化剂单元外观检验作业指导书》 |
1.1 | 外形尺寸 | 小孔尺寸 | 《催化剂单元尺寸及变形检测作业指导书》 |
小孔数量 |
节距 |
外径 |
内壁厚度 |
外壁厚度 |
几何表面积 |
开孔率 |
2 | 体积密度 | |
3 | 变形 | |
| fto导电玻璃 4 | 强度 | 横向压缩强度 | 《催化剂单元强度检测作业指导书》 |
轴向压缩强度 |
抗弯曲强度 |
磨损率 复合树脂补牙 | 《催化剂单元磨损强度检测作业指导书》 |
5 | 比表面积 | 《比表面积检测作业指导书》 |
6 | 总的小孔容积 | 《孔容孔径检测作业指导书》 |
7 | 化学成分 教室管理系统 | 《XRF化学成分分析作业指导书》 |
8 | 使用性能祛痘灵 | 《催化剂使用性能（活性、脱硝效率、二氧化硫的转化率、压降）检测作业指导书》 |
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五、采取防止催化剂中毒的有效措施
以下为影响催化剂活性的各种因素以及措施：
1) 烟气成份影响
烟气成份中NOX、O2、SO2+SO3和H2O对催化剂活性的影响如下。
a) NOX
如NOx浓度在锅炉允许的正常范围内，催化剂活性与NOx浓度无关。当NOx浓度或流量上升时，则必须调整NH3含量以使脱硝率恒定，这样会使NH3逃逸量增多，当NOx浓度降低时则会发生相反的情况。
NOx不会减小催化剂活性。
b) O2
氧气对催化剂具有相当重要的意义，氧浓度越高，催化剂活性越大。
c) SO2、SO3
在正常浓度范围内，这些物质不会影响催化剂的活性。
但是SO2会影响最低运行温度，因为它会与喷入的氨生成硫酸氢氨。
d) H2O，水
在正常浓度范围内，水对催化剂的影响极小。但是，催化剂不能曝露在冷凝水中，催化剂上的水冷凝物可能会在灰尘颗粒中生成上述硫酸氢氨和碳碳冷凝物，所以，尽量减少生成冷凝水。
2) 催化剂减活
运行时，脱硝催化剂活性根据进入催化剂床的物质和运行温度按一定的速度慢慢减少。
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