專題2  SCR脫硝催化劑設(shè)計(jì)選型及運(yùn)行措施

1  催化劑的種類

SCR 系統(tǒng)中的重要組成部分就是催化劑，其成本是整個(gè)SCR 系統(tǒng)投資的主要部分，因此對(duì)于催化劑的選型對(duì)于整個(gè)SCR系統(tǒng)的正常運(yùn)行至關(guān)重要。

燃煤電廠 SCR運(yùn)用中對(duì)催化劑的要求如下：

(1) 具有較高的NOx選擇性；

(2) 在較低的溫度下和較寬的溫度范圍內(nèi)具有較高的催化活性；

(3) 具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性；

(4) 費(fèi)用較低；

(5) 煙氣壓力損失小。

目前燃煤電廠SCR中常用的催化劑類型包括蜂窩式，板式和波紋板式，各種不同形式的催化劑比較請(qǐng)參見(jiàn)下表。板式催化劑一般是以不銹鋼金屬網(wǎng)格為基材，負(fù)載上含有活性成分的載體壓制成板狀；蜂窩式催化劑是由蜂窩陶瓷基材、金屬載體和分散在蜂窩表面的活性組分組成，或金屬載體負(fù)載活性成分直接擠壓成蜂窩狀的催化劑，本項(xiàng)目采用無(wú)毒催化劑。

不同形式催化劑比較

各公司催化劑的有效成分和制備方法各不相同，但其一般制備方法是：蜂窩狀催化劑都是將催化劑載體制成漿體擠壓成型，經(jīng)干燥焙燒后浸漬上催化劑活性成分，再經(jīng)過(guò)干燥焙燒后制作成催化劑成品；平板型催化劑是在金屬網(wǎng)格上壓制催化劑載體，經(jīng)干燥焙燒后浸漬加入活性成分，再干燥焙燒后成為成品催化劑。在具體電站的應(yīng)用，因其特性、當(dāng)?shù)貙?shí)際情況和對(duì)脫硝效果的要求不同，對(duì)催化劑的大小、成分、工作條件等也進(jìn)行相應(yīng)的具體調(diào)節(jié)，以適應(yīng)電站的要求。

對(duì)催化劑性能影響較大的因素有反應(yīng)溫度、催化劑量、氨的注入量等。由于在 300～400℃這個(gè)溫度區(qū)間催化劑有最佳活性，通常脫硝反應(yīng)設(shè)定在這個(gè)溫度范圍內(nèi)。當(dāng)反應(yīng)溫度不在這個(gè)溫度范圍內(nèi)時(shí)，催化劑的性能將降低，尤其是在高溫區(qū)域使用時(shí)，由于過(guò)熱促使催化劑的表面被燒結(jié)，使催化劑壽命降低。催化劑反應(yīng)溫度的依賴特性是由催化劑的各種活性成分的含有濃度以及比例所決定的。通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇活性金屬的組成，可以制造適合于各種用途且具有最佳特性的催化劑。

催化劑的量是根據(jù)脫硝裝置的設(shè)計(jì)能力和操作要求來(lái)決定的，增加催化劑量可以提高脫硝性能，在實(shí)際應(yīng)用中，催化劑的初期充填量是設(shè)計(jì)要求的最適量和使用期間的損失量之和。煙氣中的 NOx 和 NH3幾乎是 1:1 的反應(yīng)。

2  催化劑規(guī)格的選擇

?  蜂窩式催化劑在不同煙氣含灰量下孔徑的選擇如下：

?  板式催化劑在不同煙氣含灰量下板間距的選擇如下：

對(duì)于本項(xiàng)目而言，含塵量大致為50g/m3，因此可選用16孔蜂窩催化劑。

3  催化劑的互換

目前世界各地生產(chǎn)的催化劑模塊均為1m×2m的截面系列，唯一的區(qū)別在于模塊的高度不同，因此根據(jù)各個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)參數(shù)和性能要求，如果層高尺寸按較高的催化劑模塊進(jìn)行考慮、承載按較重的催化劑模塊考慮，這樣即可實(shí)現(xiàn)不同廠商催化劑模塊的互換。

4催化劑失效的因素

盡管催化劑具有抗性能退化特性，但隨著時(shí)間的推移，催化劑的性能潛力會(huì)通過(guò)兩種常見(jiàn)模式衰減：可用活性部位數(shù)量減少和活性部位掩蔽。下表給出其它幾種催化劑毒物以及影響性能潛力的幾種機(jī)理。

在實(shí)際燃煤電廠的SCR 系統(tǒng)運(yùn)行中，催化劑的失效直接影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行和脫硝效率，失效縮短了催化劑的壽命，也就加大了電廠因更換催化劑而引起的成本投入。引起催化劑失效的原因主要有熱燒結(jié)、堿金屬中毒、砷中毒、堿土金屬中毒、催化劑的堵塞和腐蝕及催化劑突變失效等。

熱燒結(jié)是因?yàn)檫\(yùn)行溫度不當(dāng)導(dǎo)致催化劑不能在其最適宜的溫度范圍內(nèi)工作，使催化劑表面積減少而失效；堿金屬可在化學(xué)上束縛催化劑活性位導(dǎo)致催化劑失效，飛灰中的自由 CaO 與吸附在催化劑上的 SO3反應(yīng)生成 CaSO4，引起催化劑表面堵塞，阻礙 NOx與催化劑接觸而不能充分反應(yīng)，出現(xiàn)堿土金屬中毒；砷中毒和催化劑堵塞腐蝕是實(shí)際 SCR催化劑應(yīng)用中最常出現(xiàn)的失效因素，燃煤中的砷可以濃縮在催化劑的微孔中物理堵塞催化劑，還可通過(guò) As2O3氣體迅速在催化劑表面與O2和V2O5反應(yīng)生成As2O5而粘結(jié)在催化劑表面，而使催化劑活性喪失；催化劑堵塞一般是由氨鹽的沉積和飛灰沉淀引起的；腐蝕由在催化劑面上的飛灰沖擊引起，是氣體速度、灰特性、沖擊角度和催化劑特性集體影響的結(jié)果。催化劑突變失效雖十分罕見(jiàn)，但它能使催化劑性能突然的永久性失去，一般認(rèn)為其主要原因與灰集結(jié)點(diǎn)燃相關(guān)聯(lián)，爐火強(qiáng)烈的熱量能不可逆轉(zhuǎn)地?fù)p傷任何 SCR 催化劑。

因此，對(duì)催化劑孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化極其重要。需要對(duì)催化劑孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了特別設(shè)計(jì)，減小了擴(kuò)散阻力，從而增強(qiáng)了均相催化劑抵抗砷化物的能力。除了均相催化劑本身固有的特性和特別設(shè)計(jì)的特性外，還采用了基于實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試建立起來(lái)的計(jì)算機(jī)模型。這些模型預(yù)示了為保證各特定應(yīng)用中正確催化劑體積應(yīng)控制的催化劑毒物聚積速度。

除了催化劑的制造和設(shè)計(jì)技術(shù)之外，砷中毒還可以利用系統(tǒng)防范措施加以減緩。其中一項(xiàng)系統(tǒng)防范措施就是使用燃料添加劑。為了防止高濃度氣態(tài)砷化物(As2O3)的出現(xiàn)，可以在燃料中添加石灰。石灰與燃料之間的典型重量比為1:200~1:50(石灰 1:400 ~ 1:100)，具體依機(jī)組類型和氣態(tài)砷化物濃度水平而定。

5防止催化劑堵塞的措施

催化劑的內(nèi)孔孔徑?jīng)Q定了催化劑抗堵灰的特性，根據(jù)鍋爐飛灰的特性，選擇采用節(jié)距較大的防堵灰性能較好的催化劑，同時(shí)在反應(yīng)器入口加設(shè)導(dǎo)流裝置，可有效減輕由于煙氣轉(zhuǎn)彎在局部造成的堵灰情況，結(jié)合合理的吹灰系統(tǒng)設(shè)計(jì)和規(guī)范的吹灰運(yùn)行，可保證在本工程的高灰煙氣條件下催化劑不堵灰。

由于采用了大節(jié)距的催化劑，催化劑內(nèi)煙氣較低，同時(shí)合理的設(shè)計(jì)及運(yùn)行保證催化劑內(nèi)不堵灰，煙氣通過(guò)催化劑的壓力損失是比較小的。我方擬采用的催化劑為20孔，孔徑7.4 毫米的產(chǎn)品。該產(chǎn)品在全世界范圍內(nèi)應(yīng)用很廣泛，本身的抗堵灰特性就很好。表面還加裝了金屬篩網(wǎng)，防止細(xì)灰墜落搭橋形成大灰，從而可以防止催化劑堵塞。

另外在SCR 系統(tǒng)中安裝了聲波吹灰器，以除去可能擋住或堵塞活性催化劑表面和煙氣通道的微粒。通過(guò)保持催化劑煙氣通道無(wú)微粒的存在，吹灰器有助于保持SCR 反應(yīng)器中煙氣壓降在一定范圍之內(nèi)。

通常情況下，每次吹掃工作是在催化劑層或催化劑層的局部進(jìn)行的。所有催化劑層的吹掃需要花費(fèi)30分鐘到2小時(shí)，但是通常不是很頻繁。

6失效催化劑的再生和處理

失效催化劑的處理方式主要有三種：再生、清洗回用及填埋。對(duì)于結(jié)構(gòu)保持完整、仍有較高活性的催化劑，一般由催化劑廠家采用專用設(shè)備進(jìn)行清洗，經(jīng)檢驗(yàn)合格后可繼續(xù)使用；已經(jīng)殘破但仍有較高活性的的催化劑可以由催化劑原料提供商回收，經(jīng)粉碎提煉出催化劑制造所需原料，再提供給催化劑廠家制造新催化劑；對(duì)于沒(méi)有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的舊催化劑，一般采用破碎后填埋的方法來(lái)處理。

首先，要取樣化驗(yàn)催化劑活性降低的原因，目的是確定清洗催化劑的時(shí)間和再生過(guò)程中需要添加的藥品。其次，清洗催化劑上的粉塵（方法是在水槽中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)清洗，專利技術(shù)），再用高壓水槍進(jìn)一步清洗。再次，在水中充入空氣，使其產(chǎn)生漩渦或氣泡對(duì)蜂巢內(nèi)部進(jìn)行深入清洗。同時(shí)在水中添加化學(xué)藥劑，隨氣泡能更好的附在孔內(nèi)。

催化劑的再生過(guò)程包括浸泡洗滌、超聲波處理、恢復(fù)活性和烘干。催化劑失效后是否采用再生處理，要根據(jù)催化劑失活的具體情況進(jìn)行分析。如果催化劑失活是因?yàn)楦邷責(zé)Y(jié)導(dǎo)致的，催化劑就無(wú)法進(jìn)行再生；如果是因?yàn)锳s中毒造成的，再生處理需要的成本比較高。對(duì)于具體的項(xiàng)目，就是要根據(jù)催化劑樣品的分析，對(duì)再生的可行性以及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析，以確定是否采用再生的方法來(lái)處理失效的催化劑。

如果不采用再生處理，可以采用填埋，只需要填埋在鋪膜的坑內(nèi)即可。如果在鍋爐的運(yùn)行過(guò)程中，煙氣中有大量的As等有毒物質(zhì)在催化劑上積聚，那么在失效催化劑的儲(chǔ)運(yùn)和最后的處理中，就要根據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)定按照危險(xiǎn)物質(zhì)進(jìn)行操作。

我方催化劑合作伙伴能夠?qū)Ψ涓C式的催化劑能進(jìn)行再生，一般再生時(shí)間是2-3個(gè)星期，也可在電廠進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)清洗。催化劑的再生可以分為在線和離線兩種再生技術(shù)。

催化劑再生的步驟：

1)                   首先在實(shí)驗(yàn)室對(duì)失活的催化劑進(jìn)行測(cè)試。

2)                   然后對(duì)同類失活的催化劑進(jìn)行再生；

3)                   對(duì)再生后的催化劑進(jìn)行活性測(cè)試

4)                   通過(guò)比較找出最好的再生方法

5)                   然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況選擇是現(xiàn)場(chǎng)再生還是離線再生。

再生后的催化劑催化性能可以恢復(fù)到最初性能的60-80%。催化劑再生的成本一般是新催

在線再生

離線再生

化劑的30-50%（在線方法）或者40-60%（離線方法）。

廢棄催化劑的處置

失活的催化劑若不想再利用，則按照固體廢棄物相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處置。

7催化劑的運(yùn)行

7.1 啟動(dòng)，冷啟動(dòng)

在脫硝反應(yīng)器冷啟動(dòng)時(shí)，脫硝裝置應(yīng)該先預(yù)熱。催化劑應(yīng)被預(yù)熱至煙氣水露點(diǎn)溫度以上，以避免啟動(dòng)時(shí)催化劑內(nèi)部出現(xiàn)凝結(jié)水。

7.2 熱啟動(dòng)

在反應(yīng)器停運(yùn)后，如果反應(yīng)器的溫度仍然在煙氣水露點(diǎn)以上，則無(wú)需預(yù)熱催化劑就可進(jìn)行重新啟動(dòng)。否則，按照冷啟動(dòng)的步驟進(jìn)行啟動(dòng)。

7.3 氨氣噴注系統(tǒng)的啟動(dòng)

當(dāng)催化劑出口的煙氣溫度高于硫酸氫氨露點(diǎn)溫度10℃時(shí)，啟動(dòng)氨氣注入系統(tǒng)。

7.4 正常操作

7.4.1 吹灰系統(tǒng)

為了清理催化劑，反應(yīng)器應(yīng)配置吹灰系統(tǒng)。清灰裝置可以阻止灰塵的積累，以確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

7.4.2 催化劑運(yùn)行溫度

蜂窩狀催化劑具有良好的抗熱應(yīng)力性能，并且能承受鍋爐正常的溫度變化，例如鍋爐啟動(dòng)，負(fù)荷變化，以及停爐。催化劑運(yùn)行溫度范圍為320℃～420℃。在高溫的情況下，將出現(xiàn)催化劑的燒結(jié)現(xiàn)象。當(dāng)溫度大于450℃時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致催化劑的損壞，從而降低脫硝效率。

7.4.3 運(yùn)行溫度的限制

為了避免由于硫酸氫氨聚集引起的催化劑暫時(shí)失活，連續(xù)運(yùn)行時(shí)入口處溫度應(yīng)高于硫酸氫氨的露點(diǎn)溫度時(shí)。硫酸氫氨將首先冷凝在催化劑的空隙里，冷凝過(guò)程是可逆的，當(dāng)運(yùn)行溫度高于硫酸氫氨露點(diǎn)溫度以上時(shí)，硫酸氫氨可蒸發(fā)，催化劑將恢復(fù)活性。硫酸氫氨的沉積物會(huì)產(chǎn)生粘性，吸附飛灰。當(dāng)在露點(diǎn)以下運(yùn)行時(shí)，應(yīng)增加吹灰的頻率。

運(yùn)行溫度長(zhǎng)時(shí)間低于硫酸氫氨露點(diǎn)溫度時(shí)將導(dǎo)致催化劑活性的明顯降低。在這種情況下，即使將溫度升至露點(diǎn)以上也不可能使催化劑恢復(fù)活性。在低于露點(diǎn)溫度的條件下連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間必須控制在300 小時(shí)以內(nèi)，同時(shí)催化劑的運(yùn)行溫度必須在300℃以上。

7.5 負(fù)荷變化

選擇的催化劑可以適應(yīng)煙氣溫度的變化，以及鍋爐正常的負(fù)荷變化。催化劑可以承受每分鐘100℃的溫度變化率。

7.6 停機(jī)

在鍋爐停爐時(shí)需要對(duì)SCR 裝置進(jìn)行停機(jī)操作。在這種情況下應(yīng)停止噴氨，脫硝裝置應(yīng)停止運(yùn)行。

7.6.1 長(zhǎng)期停機(jī)

當(dāng)反應(yīng)器入口煙氣溫度不能維持在320℃時(shí)要停止噴氨。

停機(jī)前，反應(yīng)器應(yīng)充分通風(fēng)，以避免停機(jī)后催化劑上停留有煙氣。通風(fēng)時(shí)間為5分鐘即可。

7.6.2 短期停機(jī)

短期停機(jī)時(shí)，由于煙氣溫度不會(huì)降至露點(diǎn)以下，所以不需要對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行通風(fēng)。當(dāng)催化劑出口煙氣溫度大于硫酸氫氨的露點(diǎn)溫度至少10℃時(shí)，可以啟動(dòng)氨氣噴射裝置。

7.6.3 停機(jī)

反應(yīng)器里的溫度應(yīng)保持在露點(diǎn)溫度以上。當(dāng)濕度過(guò)高時(shí)，可用干空氣吹掃。

8   技術(shù)專家簡(jiǎn)介: 從事大氣污染控制等方面的設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、工程總承包等方面工作二十多年。擁有國(guó)家專利二十項(xiàng).主持大中型環(huán)保工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)20余項(xiàng)，主持大型環(huán)保工程總承包2項(xiàng)，涉及工程投資近3億元，是（電改袋）施工的主要負(fù)責(zé)人之一，有豐富的施工組織和管理經(jīng)驗(yàn)，也是”863“.國(guó)內(nèi)第一臺(tái)電除塵器改袋式除塵器1600000立方/小時(shí)煙氣量全套設(shè)計(jì)方案參與。星火熱電廠75噸/小時(shí)鍋爐袋式除塵，脫硫設(shè)計(jì)方案主要負(fù)責(zé)人...2005年11月設(shè)計(jì)日本帝人三原事務(wù)所世界第一臺(tái)以煤、舊輪胎及少量料制品為混合燃料65T/H高溫高壓環(huán)流化床鍋爐(煤、木屑、舊輪胎混合燃料)袋式除塵器，240T/H電袋復(fù)合除塵器及脫硫通過(guò)日本專家審核,。出口粉塵濃度≤20 mg/ Nm3 。山西左權(quán)鑫興冶煉廠硅冶煉電爐煙氣凈化除塵，山西安泰焦化廠4000M2至6000M2的大型阻火防爆型脈沖除塵器在焦?fàn)t除塵.重慶太極集團(tuán)制藥廠20t/h-75t/h燃煤鍋爐袋式除塵及脫硫系統(tǒng). 濟(jì)南鋼鐵股份有限公司第一燒結(jié)廠660000 m3/h電袋復(fù)合除塵器主設(shè)計(jì)，山東江泉集團(tuán)臨沂燁華焦化廠6000M2大型阻火防爆型脈沖除塵器整體設(shè)計(jì)，河南省汝州巨龍實(shí)業(yè)有限公司75t/h燃煤鍋爐煙氣電袋復(fù)合除塵及脫硫系統(tǒng)工程,河南中孚實(shí)業(yè)股份有限公司12.5萬(wàn)噸電解煙氣凈化系統(tǒng),廣西北海高嶺科技15平方，25平方電除塵器，黑龍江雙鴨山水泥廠100平方和50平方電除塵器，江蘇射陽(yáng)熱電有限公司88平方電除塵器,郴州熱電130t/h機(jī)組脫硝SCR工程,張掖熱電2×75t/h機(jī)組脫硝SCR工程,華銀熱電2×75t/h機(jī)組脫硝SNCR工程, 畢節(jié)熱電廠2×130t/h機(jī)組脫硝SNCR,紹興玻璃制品廠脫硝SCR,山東優(yōu)嘉能源熱力有限公司1×40t/h煤粉鍋爐煙氣超低排放工程SNCR+SCR組合脫硝工藝等。。。。。。

10   專業(yè)團(tuán)隊(duì)提供國(guó)內(nèi)外各行業(yè)除塵(靜電除塵器,布袋除塵器,電袋復(fù)合除塵器,電除塵改袋除塵器, 電除塵改電袋復(fù)合除塵器). 脫硫(石灰石/石膏濕法煙氣脫硫技術(shù); 循環(huán)半干法脫硫技術(shù)). 脫硝;SCR煙氣脫硝, SNCR煙氣脫硝.投標(biāo)前咨詢、資料準(zhǔn)備、設(shè)備選型、技術(shù)標(biāo)書(shū)制作、協(xié)助商務(wù)技術(shù)談判以及中標(biāo)后工程管理咨詢、工程圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、設(shè)備監(jiān)造、調(diào)試及運(yùn)行的服務(wù)。同時(shí)，為客戶提供全套的設(shè)備設(shè)計(jì)圖紙，使得客戶能根據(jù)自己的需要生產(chǎn)其急需的設(shè)備，從而節(jié)約了大量的設(shè)備投入資金和運(yùn)輸費(fèi)用。