江旭昌

天津市博納建材高科技研究所，天津 300400

選擇性催化還原SCR法煙氣脫硝技術(shù)（四）

江旭昌

天津市博納建材高科技研究所，天津 300400

（上接2016年3期）

4.2.2 催化劑使用壽命、失效與再生

在SCR法脫硝系統(tǒng)中，催化劑的使用壽命是十分重要的。它既關(guān)系到脫硝效率，又決定著運(yùn)行和維修成本，所以是企業(yè)最關(guān)注的一個(gè)重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。但無(wú)論質(zhì)量怎樣好的催化劑都不能一勞永逸，都是要失效的，只是時(shí)間長(zhǎng)短有別而已。

4.2.2.1 對(duì)催化劑使用壽命的要求

在SCR法脫硝系統(tǒng)運(yùn)行中，催化劑既要經(jīng)受住含塵煙氣的沖刷磨損，又要能保持較高的活性。易言之，既要求催化劑具有較長(zhǎng)的機(jī)械壽命，又要求具有較長(zhǎng)的化學(xué)壽命。機(jī)械壽命是指催化劑的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度能夠滿足其活性的運(yùn)行時(shí)間，一般由其結(jié)構(gòu)特性（如壁厚、添加材料和形狀等）和煙氣條件所決定。煙氣中粉塵顆粒的沖刷磨損、有害物質(zhì)的腐蝕等都會(huì)降低催化劑的機(jī)械壽命且不可逆轉(zhuǎn)。當(dāng)前一般通常采用迎風(fēng)端硬化、適當(dāng)增大壁厚，一般不應(yīng)小于0.8 mm和轉(zhuǎn)角加強(qiáng)等措施來(lái)提高催化劑的機(jī)械壽命。目前，國(guó)內(nèi)普遍要求保證催化劑的機(jī)械壽命不低于9年。化學(xué)壽命是指在保證SCR法脫硝系統(tǒng)脫硝效率和氨逃逸等性能指標(biāo)條件下催化劑的連續(xù)使用時(shí)間。在日常正常維護(hù)到位，如清灰清潔等正常條件下，系統(tǒng)的脫硝效率保持在80%～90%范圍內(nèi)。催化劑的化學(xué)壽命應(yīng)不小于24 000 h，即相當(dāng)于3年。因?yàn)槟壳斑@種SCR法脫硝系統(tǒng)在水泥工業(yè)窯爐煙氣脫硝中有應(yīng)用的時(shí)間還比較短，催化劑的機(jī)械壽命和化學(xué)壽命到底應(yīng)是多少，現(xiàn)在還沒(méi)有總結(jié)出準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，前面的要求是指在電力工業(yè)的情況下。

4.2.2.2 催化劑的失效

催化劑失效可分為化學(xué)失效和機(jī)械失效兩種，這兩種失效方式有時(shí)是互相影響的。有時(shí)化學(xué)失效嚴(yán)重時(shí)會(huì)使骨架結(jié)構(gòu)過(guò)早破壞，造成某塊催化劑或者某個(gè)催化劑模塊徹底失效；反過(guò)來(lái)，如果某塊催化劑或者某個(gè)催化劑模塊并沒(méi)有化學(xué)時(shí)效而發(fā)生了破裂、折斷、變形等機(jī)械失效，那么這塊催化劑或這個(gè)催化劑模塊也得報(bào)廢換新，發(fā)生了“徹底失效”或稱“永久失效”?？梢?jiàn)，二者既互相依存，又互相影響。

催化劑的化學(xué)失效一般是指其化學(xué)壽命的退化和終結(jié)，即反應(yīng)活性已降低到不能使用的程度?；瘜W(xué)失效又可分為“階段失效”和“永久失效”。催化劑的活性隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)都要逐漸退化，當(dāng)催化劑的反應(yīng)活性還沒(méi)有降低到不能使用的程度時(shí)，將這種退化稱為“催化劑失活”或“催化劑鈍化”亦稱“催化劑劣化”。當(dāng)催化劑發(fā)生較大鈍化，已影響到系統(tǒng)的脫硝效率不能滿足要求時(shí)，可以通過(guò)再生處理，恢復(fù)一定的活性，可以再行使用。催化劑這個(gè)階段的失效即稱“階段失效”。經(jīng)過(guò)幾次再生處理后，催化劑再通過(guò)再生處理也不能恢復(fù)到可以使用的程度時(shí)，稱這時(shí)的催化劑為“徹底失效”，即催化劑的化學(xué)壽命終結(jié)。顯然，這都是以在催化劑機(jī)械壽命尚未終結(jié)為前提條件的，即“皮之不存，毛將焉附”。

由前述可知，催化劑的失效最主要是化學(xué)失效，而化學(xué)失效的最主要原因是“催化劑中毒”。催化劑中毒，實(shí)質(zhì)上就是催化劑表面上的活性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化或減少而使其性能退化或失活，對(duì)系統(tǒng)的脫硝效率產(chǎn)生嚴(yán)重影響，甚至完全失去脫硝催化作用。因此，防止催化劑中毒就成為很重要的問(wèn)題。其次是催化劑孔道的堵塞和表面磨損，同樣會(huì)影響脫硝系統(tǒng)的脫硝效率，而且還會(huì)降低催化劑的使用壽命。如何防止催化劑中毒？怎樣防止催化劑堵塞和磨損？就成為設(shè)計(jì)好、管好和用好SCR法脫硝系統(tǒng)十分關(guān)鍵的問(wèn)題。

4.2.2.2.1 防止催化劑中毒的措施

催化劑中毒是其失效的最主要因素，為防止催化劑中毒，應(yīng)采取以下措施：

（1）在設(shè)計(jì)催化劑體積時(shí)必須留有余地。極細(xì)小的粉塵顆粒會(huì)沉積在催化劑的孔道之中，會(huì)阻止NOx、NH3和O2進(jìn)入催化劑內(nèi)部進(jìn)行反應(yīng)，引起催化劑的失活。極小粉塵顆粒沉積在催化劑孔道中或表面是不可避免的，只有通過(guò)在設(shè)計(jì)催化劑體積時(shí)留有余地的辦法，來(lái)解決因催化劑的孔道堵塞而造成的失活影響?，F(xiàn)在幾乎所有的SCR法脫硝系統(tǒng)，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)都考慮了這種影響因素，或者說(shuō)在設(shè)計(jì)催化劑體積時(shí)都留有一定的富裕量。

（2）露點(diǎn)溫度的合理控制。凝結(jié)在催化劑上的水會(huì)將飛灰中的堿金屬、鈣和鎂等有毒物質(zhì)轉(zhuǎn)移到催化劑上，導(dǎo)致催化劑失活。飛灰硬化并堵塞催化劑后，影響吹掃清灰效果，加劇了催化劑的失活速率。停機(jī)時(shí)，溫度的波動(dòng)也會(huì)引起水蒸氣的凝結(jié)，所以在操作時(shí)保持煙氣溫度在露點(diǎn)以上是非常重要的。在低于露點(diǎn)溫度下運(yùn)行時(shí)，含硫的酸性物質(zhì)會(huì)凝聚在催化劑上，使其失活。由于在露點(diǎn)溫度以下運(yùn)行不會(huì)是長(zhǎng)期的，另外還可限制在這種情況下的啟動(dòng)次數(shù)，所以不會(huì)因硫酸存在而引起催化劑失活。

（3）未完全燃燒煙氣的控制。未完全燃燒的煙氣與催化劑接觸時(shí)，不僅會(huì)嚴(yán)重降低催化劑的活性，而且還會(huì)破壞催化劑內(nèi)部的物理結(jié)構(gòu)。因此，應(yīng)選用性能好的燃燒器，盡量避免回轉(zhuǎn)窯的頻繁起停，以避免或減少不完全燃燒現(xiàn)象。

（4）避免CaO等堿性物質(zhì)的毒化。CaO等堿性物質(zhì)會(huì)堵塞催化劑的孔道，飛灰中的CaO與SO3反應(yīng)生成CaSO4并會(huì)吸附在催化劑表面，堵塞催化劑的孔道，減小催化劑的表面積，抑制反應(yīng)物向催化劑表面的擴(kuò)散，從而影響催化劑的活性，降低系統(tǒng)的脫硝效率。為避免或減少催化劑中毒，除在設(shè)計(jì)制造催化劑時(shí)對(duì)化學(xué)成分、總體積、空速、孔徑、表面處理等考慮周詳之外，選用一種性能好的吹灰器，其有效的運(yùn)行，上述問(wèn)題基本上都可以得到較好的解決。

（5）防止鉈中毒。在燒替代燃料水泥窯爐排放煙氣的粉塵中含有一些有害元素，主要有汞Hg即水銀、砷As、鎘Cd和鉈Tl。鉈是一種重金屬，原子量為202.383，比水銀還重，其化合物有毒。在采用SCR法脫硝系統(tǒng)時(shí)，會(huì)使催化劑中毒，其在粉塵中的含量列在表6中。

由表6可以看出，與傳統(tǒng)燃煤火電廠的煙塵相比，鉈Tl的含量較高，火電廠煙塵中一般沒(méi)有鉈中毒問(wèn)題。在測(cè)試表明，采用高塵布置方式的情況下，鉈引起的催化劑中毒只是中等程度。這是因?yàn)樗喔G粉塵中的鉈一般主要富集在細(xì)粉塵中，鉈含量與粉塵細(xì)度的關(guān)系如圖29所示。

表6 水泥窯粉塵中有害元素的含量

圖29 粉塵及粉塵中鉈含量與其粒度的變化關(guān)系

由圖29可以看出，當(dāng)粉塵粒度≤5 μ m時(shí)，鉈的含量最高，約達(dá)37%。在高粉塵情況下，鉈的平均濃度并不高。所以，在高塵布置條件下的催化劑，鉈中毒比在中塵布置方式時(shí)輕微得多。在歐洲已有采用中塵布置方式SCR法脫硝示范線的水泥廠中，催化劑有更嚴(yán)重鉈中毒的報(bào)告。

4.2.2.2.2 防止催化劑積灰和堵塞措施

（1）催化劑的孔道尺寸應(yīng)根據(jù)水泥窯爐煙氣的特點(diǎn)進(jìn)行確定，在確定時(shí)應(yīng)留有一定的富裕量。

（2）選用有效先進(jìn)的吹灰系統(tǒng)，定期吹掃。

（3）準(zhǔn)確設(shè)計(jì)催化劑表面的流量分布，使飛灰沉積最小化。為此應(yīng)采用流體動(dòng)力學(xué)CFD進(jìn)行模擬計(jì)算，或者建立實(shí)物模型實(shí)驗(yàn)來(lái)正確設(shè)計(jì)煙道，確保催化劑入口前的流場(chǎng)均勻，減少死角積灰。

（4）催化劑上部的密封裝置設(shè)計(jì)成屋脊形，避免催化劑模塊間、催化劑模塊與催化塔間的積灰。

（5）氨NH3與三氧化硫SO3在一定低溫下就能反應(yīng)生成粘性的硫酸氫銨NH4HSO4，覆蓋在催化劑表面，通過(guò)吹灰系統(tǒng)的噴吹都不會(huì)處理掉，造成催化劑過(guò)早失效。為此應(yīng)設(shè)計(jì)合適的催化劑體積、嚴(yán)格控制NH3逃逸、降低SO2/SO3的轉(zhuǎn)化率、合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)和混合裝置，使煙氣均布在催化劑表面。在運(yùn)行時(shí)，控制噴氨的溫度，使SCR法脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行溫度在銨鹽形成溫度之上；選擇合適的氨氮適宜當(dāng)量比NSR等，就可避免銨鹽沉積的問(wèn)題。

（6）嚴(yán)格控制二氧化硫SO2與SO3的轉(zhuǎn)化率。

水泥窯爐所排煙氣中的含塵濃度較高，尤其是采用高塵布置方式時(shí)。一般來(lái)說(shuō)，煙氣的含塵濃度越高，催化劑的失活或稱鈍化和劣化的就越快。從這個(gè)規(guī)律看，采用高塵布置方式時(shí)，催化劑的活性降低在很短的時(shí)間t內(nèi)就達(dá)到了低塵布置方式時(shí)的終結(jié)時(shí)間，也就是說(shuō)使用壽命會(huì)大大縮短。

煙氣的含塵濃度越高，二氧化硫SO2的含量也會(huì)隨之增高。在SCR法煙氣脫硝中存在副反應(yīng)，即SO2遇O2后生成SO3，SO3與CaO和NH3反應(yīng)生成硫酸鈣CaSO4和硫酸氫銨的酸鹽。反應(yīng)過(guò)程如下：

硫酸鈣CaSO4是一種硫酸鹽，會(huì)吸附在催化劑開(kāi)口和孔道表面，進(jìn)而堵塞催化劑的開(kāi)口和孔道，減小催化劑的表面積。不僅會(huì)抑制反應(yīng)物向催化劑表面的擴(kuò)散，影響催化劑的活性，降低系統(tǒng)的催化脫硝效率，而且會(huì)增大系統(tǒng)的阻力，增大電耗。

硫酸氫銨是一種粘性極強(qiáng)的銨鹽，吸附粉塵后造成催化劑堵塞和中毒，并且腐蝕下一級(jí)設(shè)備。因?yàn)榱蛩釟滗@NH4HSO4的露點(diǎn)溫度為220 ℃，分解溫度為330 ℃，若使NH4HSO4分解，就必須提高煙氣的操作溫度，而且煙氣中SO2含量越高，所需要的操作溫度也必須增高，只有這樣才能避免或減少NH4HSO4造成催化劑堵塞和中毒的幾率。最低可操作溫度tmin與煙氣中二氧化硫SO2濃度如圖30所示的關(guān)系。但當(dāng)催化劑長(zhǎng)時(shí)間暴露在420～450 ℃的較高溫度下，能夠引起催化劑開(kāi)口表面的變形或稱“位移”，進(jìn)而造成催化劑出現(xiàn)“燒結(jié)”或稱“結(jié)疤”現(xiàn)象（見(jiàn)圖17c）。這種現(xiàn)象一旦發(fā)生，就會(huì)導(dǎo)致催化劑顆粒變大，表面積減小，部分活性組分揮發(fā)逸失，使其活性降低，甚至失效。另外，采用再好的吹灰器也難以奏效。

圖30 二氧化硫濃度與最低可操作溫度的關(guān)系

由上述可以看出，CaO等堿性氧化物對(duì)催化劑中毒的影響是很大的。NH3與SO3生成的硫酸氫銨NH4HSO4就更嚴(yán)重。但是，這都是二氧化硫SO2生成三氧化硫SO3后，只有SO3與CaO等堿性氧化物和NH3反應(yīng)才能生成CaSO4等硫酸鹽和硫酸氫銨NH4HSO4。這就是說(shuō)，二氧化硫SO2如果不氧化生成三氧化硫SO2也就不會(huì)有CaSO4等硫酸鹽類存在。煙氣中的SO2是肯定存在的，為此就需采取技術(shù)措施，使SO2盡量少地轉(zhuǎn)化為SO3，稱為“SO2與SO2的轉(zhuǎn)化率”。在火電廠的鍋爐煙氣SCR法脫硝中，要求SO2向SO2的轉(zhuǎn)化率不大于1.0%，即只允許1.0% 的SO2轉(zhuǎn)化為SO2，以此來(lái)避免或減輕催化劑的中毒、堵灰和磨蝕等，延長(zhǎng)其服役壽命。另一方面，為避免或減少硫酸氫銨對(duì)催化劑的影響，應(yīng)盡量減少氨NH3逃逸。

4.2.2.2.3 防止催化劑磨蝕

催化劑的磨蝕是指催化劑的機(jī)械磨蝕和化學(xué)腐蝕，其結(jié)果都是使催化劑材料的流失，造成活性降低、機(jī)械強(qiáng)度減弱，最終導(dǎo)致催化劑失效。催化劑的磨蝕不僅體現(xiàn)在活性物質(zhì)上，同時(shí)也反映在載體上。催化劑的磨蝕同其他機(jī)件一樣，不管采用什么措施都是不可避免的，是永恒存在的，只是時(shí)間的長(zhǎng)短問(wèn)題。對(duì)于催化劑而言，其磨蝕主要是由于煙氣中的粉塵顆粒撞擊在它的表面上而造成的。磨蝕速度與氣流速度、飛灰特性、撞擊角度和催化劑自身的特性有關(guān)。經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)表明，當(dāng)脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)正確、催化劑材料耐久性適宜和催化劑邊緣已經(jīng)硬化處理后，不會(huì)發(fā)生明顯的磨蝕。催化劑入口處的流型較差和飛灰分布不均勻是大多數(shù)催化劑發(fā)生較大磨蝕的原因，在SCR法脫硝整個(gè)發(fā)展歷程中已經(jīng)得到了很大改進(jìn)。在催化塔進(jìn)口處必須安裝靜態(tài)整流格柵，使流向催化劑的煙氣以直線進(jìn)入催化劑。為解決催化劑磨蝕較快的問(wèn)題，除創(chuàng)造更好的工作外部環(huán)境條件之外，在催化劑自身采用以下兩種技術(shù)措施都會(huì)收到較好的效果：一是在催化劑迎風(fēng)端開(kāi)口的端部和邊緣附近表面采用硬化層處理，如圖31所示；二是在催化劑的所有表面采用特殊的深層處理技術(shù)，如圖32所示。采用這兩種防腐蝕技術(shù)的催化劑，不僅解決了催化劑開(kāi)口迎風(fēng)端磨蝕過(guò)快的問(wèn)題，而且使其余表面抗磨蝕能力也大大增強(qiáng)。這樣，就使整塊催化劑的使用壽命大大延長(zhǎng)。

圖31 迎風(fēng)端面及其邊緣的硬化處理層

4.2.2.3 催化劑失效后的處理

不論設(shè)計(jì)怎樣周全，也不論催化劑自身采用何種防止失效的結(jié)構(gòu)，催化劑的失效都是不可避免的，只是使用時(shí)間長(zhǎng)短有別而已。由前述可知，催化劑的失效有化學(xué)失效和機(jī)械失效兩種，對(duì)每種失效所采用的處理方法不同。

4.2.2.3.1 催化劑階段性化學(xué)失效后的處理

催化劑的化學(xué)失效可分為兩種情況，一種是階段性的化學(xué)失效；另一種是永久性的化學(xué)失效。對(duì)于階段性的化學(xué)失效可以采用再生處理，使其活性得到基本恢復(fù)，還可以繼續(xù)使用。但每次再生后，其活性都不可能得到100%的恢復(fù)，都要比原有活性降低一些。降低的幅度與所采用的再生處理方法有關(guān)。催化劑再生處理方法很多，主要有水洗再生、熱力再生、熱還原再生、酸液處理再生和SO2酸化熱再生等。經(jīng)再生處理后的催化劑，重新加入一些活性物質(zhì)，一般其活性都可恢復(fù)到原有活性的60%～80%，有的甚至可達(dá)90%。

圖32 經(jīng)表面深層處理前后的催化劑表面形貌

催化劑的再生可采用兩種方式進(jìn)行，一種是在線再生方式，即催化劑不拆卸到催化塔之外進(jìn)行。采用在線再生處理費(fèi)用比較便宜，約為新購(gòu)催化劑的30%～50%；另一種是采用離線再生方式，即將催化劑拆除到催化塔之外進(jìn)行再生處理。采用這種再生方式費(fèi)用稍高，約為新購(gòu)催化劑的40%～60%。

催化劑的再生能力與其內(nèi)壁厚度或者說(shuō)與其機(jī)械強(qiáng)度有關(guān)。催化劑的內(nèi)壁厚度t是其中一個(gè)比較重要的參數(shù)，不僅與初始投資、催化塔的煙氣阻力、反應(yīng)的停留時(shí)間有關(guān)，而且還與其機(jī)械壽命和再生頻次有關(guān)。催化劑的內(nèi)壁厚度有薄厚之分；t＝0.6 mm～0.7 mm的催化劑稱為“薄壁催化劑”；t＝0.8 mm～2.0 mm的稱為“厚壁催化劑”。一般來(lái)說(shuō)，薄壁催化劑的機(jī)械壽命短，抗磨蝕能力弱，容易破裂，再生頻次也不如厚壁催化劑多。催化劑的內(nèi)壁厚度t與其再生能力或者說(shuō)再生次數(shù)有關(guān)，厚壁催化劑的再生次數(shù)較多，如圖33所示。

因?yàn)榇呋瘎┰偕梢源蠓冉档蜕a(chǎn)成本成本，所以催化劑的再生能力被所有用戶企業(yè)特別重視，因?yàn)橹苯雨P(guān)系到企業(yè)SCR法脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行成本。厚壁催化劑的再生頻次優(yōu)于薄壁催化劑，所以現(xiàn)在很多催化劑的生產(chǎn)廠家，在高塵使用環(huán)境下都采用增大催化劑壁厚來(lái)延長(zhǎng)機(jī)械壽命，以滿足市場(chǎng)的需求。

在這里需特別說(shuō)明蜂窩式催化劑的再生。因?yàn)榉涓C式催化劑的本體內(nèi)外全部是由催化劑材料制成，所以即使其表面遭到粉塵等的破壞磨損卻仍然能維持原有的催化性能，可見(jiàn)蜂窩式催化劑是不需要再生的。

圖33 壁厚對(duì)催化劑壽命的影響

在催化劑再生前，首先對(duì)失活的催化劑應(yīng)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)測(cè)試結(jié)果和企業(yè)實(shí)際情況確定是采用在線再生還是采用離線再生。因?yàn)樵偕泻枚喾椒?，脫硝企業(yè)應(yīng)選擇其中的幾種方法進(jìn)行比較，經(jīng)比較后選定一種最適合本企業(yè)的再生方法。再生后的催化劑應(yīng)進(jìn)行活性測(cè)定，以便積累經(jīng)驗(yàn)。

4.2.2.3.2 催化劑永久失效后的處理

催化劑的“永久失效”或稱“徹底失效”包括兩種情況：一是催化劑的永久性化學(xué)失效，二是催化劑的機(jī)械失效。催化劑的永久性化學(xué)失效也包括兩種情況：一是催化劑經(jīng)過(guò)多次再生后已失去再生的價(jià)值，換句話說(shuō)，就是再通過(guò)再生處理也不能達(dá)到可以使用的程度，這時(shí)的這塊催化劑就只能報(bào)廢換新，即永久失效；另一種是催化劑發(fā)生了高溫?zé)Y(jié)現(xiàn)象，完全失去了活性，失去了再生的條件，即發(fā)生了永久性的化學(xué)失效。催化劑發(fā)生了變形、破裂、折斷等現(xiàn)象，即產(chǎn)生了機(jī)械失效。這種機(jī)械失效一旦發(fā)生，催化劑就不能繼續(xù)使用，必須換新。催化劑發(fā)生這兩種永久性的失效后，都必須報(bào)廢換新。但由于催化劑的主要成分中有五氧化二釩V2O5，是微毒物質(zhì)，人吸入有害；三氧化鉬MoO3也是微毒物質(zhì)，人長(zhǎng)期吸入后有嚴(yán)重危害。因此，催化劑徹底失效后必須妥善處理，即需要進(jìn)行專門的無(wú)害化處理。如蜂窩式催化劑一旦徹底失效后，一般需要先砸碎，再按微毒化學(xué)物質(zhì)處理后填埋，避免二次污染。

4.2.3 催化劑的選擇

在SCR法脫硝系統(tǒng)中，催化劑的選擇特別重要，不僅決定著系統(tǒng)脫硝效率的高低，而且還決定著企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)保效益，所以應(yīng)慎之又慎。

4.2.3.1 國(guó)產(chǎn)與進(jìn)口催化劑主要性能的比較

當(dāng)前國(guó)外使用的催化劑，基本上都是選用CERAM公司在奧地利生產(chǎn)的。催化劑都是由貴重金屬制成的，價(jià)格本身就很貴重，如果進(jìn)口，顯然就會(huì)更貴。國(guó)內(nèi)研發(fā)的過(guò)渡金屬?gòu)?fù)合氧化物催化劑已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，價(jià)格比進(jìn)口的便宜很多，同時(shí)其性能甚至比國(guó)外進(jìn)口的還要好，見(jiàn)表7。

4.2.3.2 在選擇催化劑時(shí)應(yīng)考慮的因素

（1）應(yīng)摸清煙氣的性質(zhì)。不同的預(yù)分解窯水泥生產(chǎn)線排出的煙氣性質(zhì)不同，如溫度、水分、含塵濃度、阻力等及其波動(dòng)情況，根據(jù)這些具體情況有針對(duì)性地來(lái)選用催化劑，特別是煙氣的溫度，一般都會(huì)取得良好效果。

（2）低溫時(shí)在較寬溫度范圍內(nèi)具有較高的活性?；钚允谴呋瘎┑淖钪饕獏?shù)，活性較高的催化劑才能與煙氣中的氮氧化物NOx進(jìn)行反應(yīng)。水泥窯爐排放的煙氣溫度都是有波動(dòng)的，催化劑對(duì)溫度波動(dòng)的適應(yīng)能力要強(qiáng)，這樣才能保證系統(tǒng)的脫銷效率。

表7 國(guó)產(chǎn)與進(jìn)口商用催化劑性能的比較

（3）選擇性要高、負(fù)反應(yīng)要少。由前述可知，在水泥窯爐煙氣SCR法脫硝中應(yīng)盡量避免煙氣粉塵中的SO2轉(zhuǎn)化為SO3等的副反應(yīng)產(chǎn)生，進(jìn)而避免或減少硫酸鈣CaSO4、硫酸鎂Mg2SO4和硫酸氫銨NH4HSO4等易使催化劑中毒、堵塞孔道和結(jié)疤的物質(zhì)產(chǎn)生，這樣可大大延長(zhǎng)其使用壽命。在熱電廠使用的SCR法脫硝系統(tǒng)，要求SO2轉(zhuǎn)化成SO3的轉(zhuǎn)化率不大于1.0%，氨逃逸濃度控制在5 mg/Nm3以下。這樣，就可保證催化劑的選擇性。

（4）具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。選用對(duì)二氧化硫SO2、鹵族酸HCl、HF、堿金屬Na2O、K2O和重金屬As等具有良好化學(xué)穩(wěn)定性的催化劑，以避免或減少其中毒或失效的風(fēng)險(xiǎn)。

（5）流通孔道阻力小。為節(jié)能，應(yīng)選用流通孔道阻力小的催化劑。一般來(lái)說(shuō)，流通孔道橫截面尺寸越小的催化劑其阻力越大。由前述可知，流通孔道截面尺寸即開(kāi)口密度與所處理煙氣的含塵濃度有關(guān)。在一定含塵濃度煙氣的條件下，應(yīng)選用流通孔道截面尺寸較大的催化劑，即阻力較小的催化劑。

（6）防堵灰能力強(qiáng)。不同的催化劑，其抗堵灰能力是不盡相同的。在相同條件下，應(yīng)選用防堵灰能力較強(qiáng)的催化劑。

（7）使用壽命長(zhǎng)成本又較低。使用壽命長(zhǎng)成本又較低，這是一個(gè)問(wèn)題的兩個(gè)方面。一般來(lái)說(shuō)，如果使用壽命長(zhǎng)，顯然成本就會(huì)相應(yīng)的較低。這不僅是催化劑的選擇原則，對(duì)任何產(chǎn)品都是購(gòu)買者最為關(guān)注的內(nèi)容。對(duì)催化劑而言，涉及的具體細(xì)節(jié)內(nèi)容同樣很多，諸如載體的結(jié)構(gòu)、內(nèi)壁厚度、開(kāi)口尺寸、開(kāi)口處防磨蝕措施等，對(duì)其使用壽命都有影響。很明顯，對(duì)同一催化劑使用壽命越長(zhǎng)，則成本相對(duì)就較低。

5 SCR法脫硝效率的影響因素及與SNCR法的比較

5.1 SCR法脫硝效率的主要影響因素

對(duì)SCR法脫硝系統(tǒng)脫硝效率的影響因素細(xì)說(shuō)起來(lái)很多，諸如催化劑的性能好壞、催化塔是否合理、吹灰系統(tǒng)是否完善、混合裝置的分布效果、煙氣溫度的控制、氨的用量或者說(shuō)氨氮適宜當(dāng)量比NSR的確定、空速選擇等等。但在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)必須控制好其中最主要的影響因素是上述的最后三項(xiàng)。

5.1.1 煙氣溫度的控制

煙氣溫度是脫硝系統(tǒng)中一個(gè)特別重要的參數(shù)，不管采用什么脫硝方法都是必須進(jìn)行合理選定和控制，因?yàn)閷?duì)脫硝效率的影響非常大。不同的脫硝技術(shù)對(duì)煙氣溫度的要求不同，對(duì)SCR法脫硝系統(tǒng)，煙氣溫度必須與所用催化劑要求的溫度相一致，否則便達(dá)不到預(yù)期的脫硝效果。因此，必須使煙氣溫度處于所選催化劑的反應(yīng)溫度窗口之內(nèi)，需要嚴(yán)格進(jìn)行控制。試驗(yàn)表明，在相同噴氨量的條件下，排放煙氣中的NOx濃度隨煙氣溫度的提高而降低，即脫硝效率隨煙氣溫度的升高而提高。

5.1.2 脫硝系統(tǒng)運(yùn)行空速的合理控制

5.1.3 氨氮適宜當(dāng)量比NSR的控制

在采用還原法對(duì)煙氣進(jìn)行脫硝時(shí)，氨氮適宜當(dāng)量比NSR的合理控制特別重要。在理論上，一摩爾的氨，即1mol NH3就應(yīng)能脫除一摩爾的氮氧化物NOx 。但由于多種因素影響，總有一部分少量氨要逃逸，所以實(shí)際的氨氮適宜當(dāng)量比總需要大于1，一般應(yīng)控制NSR = 1.05～1.10之間，其脫硝效率就可達(dá)到80%～90%之間，甚至更高一些。氨供量不足，肯定使脫硝效率降低。反之，如果氨量過(guò)大，不但會(huì)增大運(yùn)行成本，而且還會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染，這在操作時(shí)是必須嚴(yán)格控制的。

5.2 SCR與SNCR兩種脫硝方法的比較

在水泥窯爐煙氣脫硝中，SCR和SNCR兩種脫硝方法都有應(yīng)用，但SCR法大大少于SNCR法，在國(guó)內(nèi)就更明顯。到目前為止，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有一條水泥生產(chǎn)線采用SCR法脫硝工程的應(yīng)用實(shí)例。可是，在電力行業(yè)等卻廣泛應(yīng)用。這主要是由于這兩種脫硝方法的脫硝效率和所要求NOx排放的限值標(biāo)準(zhǔn)不同所決定的。從現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外的脫硝技術(shù)發(fā)展情況看，這兩種脫硝技術(shù)在水泥窯爐的煙氣脫硝中都可以應(yīng)用。這兩種脫硝方法各有特點(diǎn)，現(xiàn)進(jìn)行比較。

總的來(lái)說(shuō)，SNCR法脫硝系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是不需催化劑，因此系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單、建設(shè)和改造投資低、運(yùn)行和維護(hù)成本小、工藝布置簡(jiǎn)單和占地面積小等。脫硝效率雖然不如SCR法高，但能滿足當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)的限值要求。為簡(jiǎn)單明了，現(xiàn)歸納在下表8中。

表8 水泥窯爐煙氣脫硝SCR法與SNCR法的比較

（未完待續(xù)）

TQ172.622.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1008-0473(2016)04-0016-07 DOI編碼：10.16008/j.cnki.1008-0473.2016.04.005