SCR催化剂在火电厂的应用

郑彤

摘 要：SCR烟气脱硝是国内外火电厂普遍采用的烟气脱硝技术，催化剂是此技术的关键组分。本文详细介绍了SCR烟气脱硝法、催化剂的类别以及实际应用中催化剂的选用及再生效果评价，旨在使读者更加全面深入地了解SCR烟气脱硝技术。

关键词：SCR；烟气脱硝；催化剂；火电厂

1 SCR法及催化剂类别

SCR法最先由美国人于20世纪50年代提出，日本于1972年正式研究开发并于1978年实现工业化。SCR法的基本原理是在特定催化剂的催化作用下，还原剂选择性地将NOx 还原为 N2和水，此方法脱硝率达90%，是目前应用最广泛的治理NOx的技术。

催化剂对于SCR法至关重要，SCR法要求催化剂具有以下特性：抗中毒能力强、耐磨损性能好、活性高、机械强度好、最适酶活温度在操作温度区间等。根据以上特点，SCR催化剂主要分为四种：金属氧化物催化剂 、贵金属催化剂、分子筛催化剂和钙钛矿型催化剂。下面具体介绍这四种催化剂：①金属氧化物催化剂，该催化剂的催化能力受晶格中氧原子与金属原子间共价键强弱影响，其中应用最多的是V2O5催化剂，这种催化剂的优点是抗中毒能力强、适用于富氧环境且表面呈酸性，易于结合碱性的氨；缺点是易结块，使反应器阻塞。②贵金属催化剂，该催化剂是指将贵金属承载于载体上，催化剂活性与贵金属的含量有关。这种催化剂的优点是抗硫中毒能力强、低温活性好、抗水蒸气能力强；缺点是最适酶活温度范围窄且催化产物中有N2O。③分子筛催化剂，Cu-ZSM-5是目前发现的催化活性较高的催化剂，其催化能力受铜离子交换度和分子筛结构的影响，这种催化剂受温度影响较大，温度过高时，铜离子流失会导致催化剂失活；该催化剂的优点是吸附氧的能力差。④钙钛矿型催化剂，该催化剂是由稀土元素和过渡金属元素组成的ABO3型氧化物，催化活性受过渡金属元素的氧化还原性能的影响。这种催化剂的优点是热稳定性好；缺点是催化剂的比表面积小，催化活性低。

2 SCR催化剂在火电厂的应用

2.1 SCR的工艺原理及系统组成

SCR主要功能是在合适的催化剂的作用下，以NH3、尿素等为还原剂，选择性地将NOx 还原为无毒无害的产物 N2 和 H2O，其反应过程如下：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O（1）

4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O（2）

當反应温度低于400℃时，反应以（1）式为主，这是因为烟气中含有大量NO，而还原剂NH3与NO的摩尔比接近1。

SCR烟气脱硝系统分为三部分：SCR烟气脱硝反应器和辅助系统、氨储存罐和处理系统、氨注入系统。SCR烟气脱硝过程为：向SCR烟气脱硝系统注入烟气前，液态形式储存在氨罐中的还原剂氨经由蒸发器气化，稀释空气跟气化的氨混合后，喷入烟气；这时反应器中存在的还原剂和烟气在催化剂的作用下就可以将烟气中的NOx转化为N2和水，这样就达到去除 NOx的目的。

2.2 在火电厂的实际应用

SCR烟气脱硝催化剂在实际应用中受到以下因素影响时会导致催化剂活性降低：①烧结，催化剂长时间处于450℃以上温度时会出现烧结现象，表现为活性降低、表面积减小。当加入WO3时可以减少催化剂烧结。②碱金属中毒，碱金属离子如钾、钠离子吸附在催化剂表明的酸性位时会降低催化剂的活性，因此考虑到碱金属对催化剂活性的影响，在设计催化剂时应增加设计余量。③砷中毒，主要指的是三氧化二砷可以进入催化剂内部使催化剂发生毛细凝结或者与催化剂的活性部位发生反应导致催化活性降低，这种现象在液态排渣锅炉中尤为严重。因此，催化剂准备过程中要控制催化剂孔分布来减少形成毛细凝结或者在催化剂中加入三氧化钼来减少砷中毒，其原理是三氧化钼可以跟三氧化二砷发生反应，间接降低三氧化二砷进入催化剂内部的几率。④游离的氧化钙和三氧化硫发生反应形成硫酸钙，硫酸钙可以吸附于催化剂表面，减小了催化剂的表面积，实际生产中通过采用适当节距法和控制催化剂内部孔径分布法来减少硫酸钙对催化剂的影响。⑤催化剂堵塞，指的是铵盐或飞灰中的小颗粒沉积到催化剂上，使得催化剂钝化。实际生产中可以调节气流，选择合理的催化剂间距和单元空间来避免催化剂堵塞，还需要将反应器中温度控制在铵盐沉积温度之上来避免铵盐沉积，必要时需安装吹灰器来保证催化剂通道通畅。

2.3 再生效果评价

SCR再生技术指的是用物理化学方法将活性降低或者已经失活的催化剂恢复活性，基本流程为清洗、活性恢复、干燥。评价再生效果主要看三方面结果：活性检测、中毒物质含量、SEM对比分析。①活性检测，通常情况下是在Bench反应器或者微型反应器中模拟火电厂的烟气条件来对催化剂进行活性检测。②中毒物质含量的检测主要是借助EDS能谱法来检测催化剂再生前后中毒物质的含量差异。③SEM对比分析，指的是借助SEM电镜来观察催化剂再生前后表面堵塞的清除情况。

3 结论

SCR烟气脱硝技术对于人类社会大有裨益，我们要致力于提高SCR脱硝效率，减少氮氧化合物的排放。同时SCR催化剂的研究也要齐头并进，应致力于改进催化剂的组成形式、制备更高活性的催化剂、延长催化剂的使用寿命。

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