鄭彤

摘 要：SCR煙氣脫硝是國(guó)內(nèi)外火電廠普遍采用的煙氣脫硝技術(shù)，催化劑是此技術(shù)的關(guān)鍵組分。本文詳細(xì)介紹了SCR煙氣脫硝法、催化劑的類(lèi)別以及實(shí)際應(yīng)用中催化劑的選用及再生效果評(píng)價(jià)，旨在使讀者更加全面深入地了解SCR煙氣脫硝技術(shù)。

關(guān)鍵詞：SCR；煙氣脫硝；催化劑；火電廠

1 SCR法及催化劑類(lèi)別

SCR法最先由美國(guó)人于20世紀(jì)50年代提出，日本于1972年正式研究開(kāi)發(fā)并于1978年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。SCR法的基本原理是在特定催化劑的催化作用下，還原劑選擇性地將NOx 還原為 N2和水，此方法脫硝率達(dá)90%，是目前應(yīng)用最廣泛的治理NOx的技術(shù)。

催化劑對(duì)于SCR法至關(guān)重要，SCR法要求催化劑具有以下特性：抗中毒能力強(qiáng)、耐磨損性能好、活性高、機(jī)械強(qiáng)度好、最適酶活溫度在操作溫度區(qū)間等。根據(jù)以上特點(diǎn)，SCR催化劑主要分為四種：金屬氧化物催化劑 、貴金屬催化劑、分子篩催化劑和鈣鈦礦型催化劑。下面具體介紹這四種催化劑：①金屬氧化物催化劑，該催化劑的催化能力受晶格中氧原子與金屬原子間共價(jià)鍵強(qiáng)弱影響，其中應(yīng)用最多的是V2O5催化劑，這種催化劑的優(yōu)點(diǎn)是抗中毒能力強(qiáng)、適用于富氧環(huán)境且表面呈酸性，易于結(jié)合堿性的氨；缺點(diǎn)是易結(jié)塊，使反應(yīng)器阻塞。②貴金屬催化劑，該催化劑是指將貴金屬承載于載體上，催化劑活性與貴金屬的含量有關(guān)。這種催化劑的優(yōu)點(diǎn)是抗硫中毒能力強(qiáng)、低溫活性好、抗水蒸氣能力強(qiáng)；缺點(diǎn)是最適酶活溫度范圍窄且催化產(chǎn)物中有N2O。③分子篩催化劑，Cu-ZSM-5是目前發(fā)現(xiàn)的催化活性較高的催化劑，其催化能力受銅離子交換度和分子篩結(jié)構(gòu)的影響，這種催化劑受溫度影響較大，溫度過(guò)高時(shí)，銅離子流失會(huì)導(dǎo)致催化劑失活；該催化劑的優(yōu)點(diǎn)是吸附氧的能力差。④鈣鈦礦型催化劑，該催化劑是由稀土元素和過(guò)渡金屬元素組成的ABO3型氧化物，催化活性受過(guò)渡金屬元素的氧化還原性能的影響。這種催化劑的優(yōu)點(diǎn)是熱穩(wěn)定性好；缺點(diǎn)是催化劑的比表面積小，催化活性低。

2 SCR催化劑在火電廠的應(yīng)用

2.1 SCR的工藝原理及系統(tǒng)組成

SCR主要功能是在合適的催化劑的作用下，以NH3、尿素等為還原劑，選擇性地將NOx 還原為無(wú)毒無(wú)害的產(chǎn)物 N2 和 H2O，其反應(yīng)過(guò)程如下：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O（1）

4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O（2）

當(dāng)反應(yīng)溫度低于400℃時(shí)，反應(yīng)以（1）式為主，這是因?yàn)闊煔庵泻写罅縉O，而還原劑NH3與NO的摩爾比接近1。

SCR煙氣脫硝系統(tǒng)分為三部分：SCR煙氣脫硝反應(yīng)器和輔助系統(tǒng)、氨儲(chǔ)存罐和處理系統(tǒng)、氨注入系統(tǒng)。SCR煙氣脫硝過(guò)程為：向SCR煙氣脫硝系統(tǒng)注入煙氣前，液態(tài)形式儲(chǔ)存在氨罐中的還原劑氨經(jīng)由蒸發(fā)器氣化，稀釋空氣跟氣化的氨混合后，噴入煙氣；這時(shí)反應(yīng)器中存在的還原劑和煙氣在催化劑的作用下就可以將煙氣中的NOx轉(zhuǎn)化為N2和水，這樣就達(dá)到去除 NOx的目的。

2.2 在火電廠的實(shí)際應(yīng)用

SCR煙氣脫硝催化劑在實(shí)際應(yīng)用中受到以下因素影響時(shí)會(huì)導(dǎo)致催化劑活性降低：①燒結(jié)，催化劑長(zhǎng)時(shí)間處于450℃以上溫度時(shí)會(huì)出現(xiàn)燒結(jié)現(xiàn)象，表現(xiàn)為活性降低、表面積減小。當(dāng)加入WO3時(shí)可以減少催化劑燒結(jié)。②堿金屬中毒，堿金屬離子如鉀、鈉離子吸附在催化劑表明的酸性位時(shí)會(huì)降低催化劑的活性，因此考慮到堿金屬對(duì)催化劑活性的影響，在設(shè)計(jì)催化劑時(shí)應(yīng)增加設(shè)計(jì)余量。③砷中毒，主要指的是三氧化二砷可以進(jìn)入催化劑內(nèi)部使催化劑發(fā)生毛細(xì)凝結(jié)或者與催化劑的活性部位發(fā)生反應(yīng)導(dǎo)致催化活性降低，這種現(xiàn)象在液態(tài)排渣鍋爐中尤為嚴(yán)重。因此，催化劑準(zhǔn)備過(guò)程中要控制催化劑孔分布來(lái)減少形成毛細(xì)凝結(jié)或者在催化劑中加入三氧化鉬來(lái)減少砷中毒，其原理是三氧化鉬可以跟三氧化二砷發(fā)生反應(yīng)，間接降低三氧化二砷進(jìn)入催化劑內(nèi)部的幾率。④游離的氧化鈣和三氧化硫發(fā)生反應(yīng)形成硫酸鈣，硫酸鈣可以吸附于催化劑表面，減小了催化劑的表面積，實(shí)際生產(chǎn)中通過(guò)采用適當(dāng)節(jié)距法和控制催化劑內(nèi)部孔徑分布法來(lái)減少硫酸鈣對(duì)催化劑的影響。⑤催化劑堵塞，指的是銨鹽或飛灰中的小顆粒沉積到催化劑上，使得催化劑鈍化。實(shí)際生產(chǎn)中可以調(diào)節(jié)氣流，選擇合理的催化劑間距和單元空間來(lái)避免催化劑堵塞，還需要將反應(yīng)器中溫度控制在銨鹽沉積溫度之上來(lái)避免銨鹽沉積，必要時(shí)需安裝吹灰器來(lái)保證催化劑通道通暢。

2.3 再生效果評(píng)價(jià)

SCR再生技術(shù)指的是用物理化學(xué)方法將活性降低或者已經(jīng)失活的催化劑恢復(fù)活性，基本流程為清洗、活性恢復(fù)、干燥。評(píng)價(jià)再生效果主要看三方面結(jié)果：活性檢測(cè)、中毒物質(zhì)含量、SEM對(duì)比分析。①活性檢測(cè)，通常情況下是在Bench反應(yīng)器或者微型反應(yīng)器中模擬火電廠的煙氣條件來(lái)對(duì)催化劑進(jìn)行活性檢測(cè)。②中毒物質(zhì)含量的檢測(cè)主要是借助EDS能譜法來(lái)檢測(cè)催化劑再生前后中毒物質(zhì)的含量差異。③SEM對(duì)比分析，指的是借助SEM電鏡來(lái)觀察催化劑再生前后表面堵塞的清除情況。

3 結(jié)論

SCR煙氣脫硝技術(shù)對(duì)于人類(lèi)社會(huì)大有裨益，我們要致力于提高SCR脫硝效率，減少氮氧化合物的排放。同時(shí)SCR催化劑的研究也要齊頭并進(jìn)，應(yīng)致力于改進(jìn)催化劑的組成形式、制備更高活性的催化劑、延長(zhǎng)催化劑的使用壽命。

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