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20 年 月 日A4打印 / 可编辑SCR 脱硝催化剂设计选型和运行措施方案UDC中华人民共和国国家标准P GB5XXXX-20XX有色金属冶炼废气治理技术标准（征求意见稿）Code for design of waste heat utilization in non-ferrous metal industry(draft)20xx-xx-xx 发布20xx-xx-xx实施中华人民共和国住房和城乡建设部联合发布中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中华人民共和国国家标准有色金属冶炼废气治理技术标准（征求意见稿）Code for design of waste heat utilization in non-ferrous metal industryGB5XXXX-20XX主编部门：长沙有色冶金设计研究院有限公司批准部门：住房和城乡建设部实施日期：20xx年xx月xx日X X X X出版社20XX 北京前言本标准是根据中华人民共和国住房和城乡住建部《关于印发2016年工程建设标准规范制订、修订计划的通知》（建标函[2015]274号）要求，由长沙有色冶金设计研究院有限公司会同有关单位共同编制完成。
本标准在编制过程中，标准编制组进行了广泛调查研究，认真总结有色金属冶炼废气治理技术工作经验，参考有关现行国家标准，并在广泛征求意见的基础上，最后经审查定稿。
本标准共分10章和1个附录，主要内容包括：总则、术语、总体要求、工艺设计、主要工艺设备和材料、检测与过程控制、主要辅助工程、劳动安全与职业卫生、施工与验收、运行与维护等。
本标准中以黑色字标志的条文为强制性条文，必须严格执行。
本标准由住房和城乡建设部负责管理和对强制性条文的解释，由中国有色金属工业工程建设标准规范管理处负责日常管理，由长沙有色冶金设计研究院有限公司负责具体技术内容的解释。
本标准在执行过程中，请各单位结合工程实践，认真总结经验，积累资料，如发现需要修改或补充之处，请将意见和建议反馈给长沙有色冶金设计研究院有限公司（地址：湖南省长沙市雨花区木莲东路299号中铝科技大厦，邮政编码：410007），以供今后修订时参考。
SCR脱硝催化剂的选型对策与防止催化剂失活的方式潘利国（内蒙古京科发电有限公司）摘要：本文讨论了火电厂常见的几种烟气工况对催化剂设计的影响及选型对策。
在高钙工况下，CaO会导致催化剂失活速率加快；在高飞灰工况下，应选用孔径大、截距大、烟气通过性好的催化剂型号，减少积灰堵塞的风险；在飞灰硬度较大的工况，选用标准壁厚催化剂可以提高运行安全性；在高温工况下，催化剂烧结失活的速率加快，催化剂用量也会增加；在高硫份工况下，应特别注意硫胺的生成，防止催化剂的中毒和下游设备的堵塞；并针对板式催化剂如何做好防止催化剂中毒进行了阐述。
关键词：SCR脱硝催化剂催化剂设计与选型高钙高飞灰高温1 引言火电厂锅炉燃烧排放的NOX是促使酸雨形成的主要大气污染物之一，而典型的火电厂排放的NOX 由约95%的NO和约5%的NO2组成。
虽然通过热力燃烧控制技术，如采用低NOX燃烧器、烟气再循环、分级燃烧或水蒸汽注入等手段可以在一定程度上降低火电厂锅炉的NOX排放浓度，但是这些技术成本高，脱硝效率低，而且对锅炉会产生负面影响，难以大规模推广使用。
因此，脱硝效率高、NH3逃逸率低、对锅炉适应性好的SCR脱硝技术在我国开始得到应用并呈上升趋势。
在SCR系统中最重要的组成部分就是催化剂，目前市场上主要有蜂窝式、板式、波纹板式三种SCR催化剂，SCR烟气脱硝催化剂的性能将直接关系到整个SCR系统脱硝效果，其采购、更换与维护成本构成了SCR系统总费用的主要部分。
因此，如何科学合理的选择催化剂的型式、型号和催化剂的用量，就成为了SCR脱硝系统的设计关键之一。
图1 脱硝装置布置图SCR烟气脱硝工艺是目前应用最广泛的一种脱硝技术，其原理是采用还原剂（NH3等）在合适的温度范围（310-420℃），在催化剂的作用下将NOx选择性的还原为无害的氮气和水。
图2 SCR烟气脱硝工艺的化学反应式2 不同工况条件对催化剂设计的影响及选型对策2.1 高钙工况一般而言，煤质中或飞灰中的CaO含量较高时，催化剂中毒的风险增大，会导致催化剂失活速度加快。
选择性催化还原（SCR）法烟气脱硝技术摘要：选择性催化还原（SCR）烟气脱硝技术以其高效的特点在国外得到了普遍的应用。
本文概述了SCR法的基本原理、催化剂的分类及成型布置方式、SCR 系统在电站锅炉系统中的布置方式、系统的构成和主要装置设备以及工程应用中常见的问题和解决办法。
分别以飞灰、飞灰与Al2O3混合、堇青石蜂窝陶瓷的Al2O3涂层作为载体，担载CuO、Fe2O3等金属氧化物作为活性成分进行活性测试，在实验室理想气体条件下具有较高的效率。
关键词：选择性催化还原，催化剂，SCR系统，飞灰1. 引言NO和NO2是人类活动中排放到大气环境的大量常见的污染物，通称NOx。
酸雨主要由大气污染物如硫氧化物、氮氧化物及挥发性有机化合物所导致。
因为其对土壤和水生态系统所带来的变化是不可逆的，它的影响极其严重。
NOx对大气环境的污染除了其本身的危害之外，还由于它们参与光化学烟雾的生成而受到人们的特别关注。
固定源氮氧化物排放控制技术主要有两类：燃烧控制和燃烧后控制。
燃烧控制的手段主要包括低过量空气燃烧、烟气再循环、燃料再燃烧、分级燃烧和炉膛喷射等；燃烧后脱硝的措施包括湿法和干法[1]。
而在干法中，选择性催化还原（SCR）法烟气脱硝技术具有高效率的特点，目前最高的脱硝效率能达到95%以上，因此在世界范围内得到了十分广泛的应用。
SCR烟气脱硝系统最早由七十年代晚期在日本的工业锅炉机组和电站机组中得到应用。
到目前为止已经有170多套的SCR装置在日本的电站机组上运行，其总装机容量接近100,000MW。
在欧洲，SCR技术于1985年引入，并得到了广泛的发展。
电站机组的总装机容量超过60，000MW[2]。
在美国，最近五到十年以来，SCR系统得到十分广泛的应用。
为适应更高的排放标准，SCR已经被作为最好的可以利用的技术。
此外在丹麦、意大利、俄罗斯、澳大利亚、韩国、台湾等国家和地区都建立了一些SCR的脱硝装置。
我国福建某电厂也曾引进该装置和技术。
火力发电厂选择性催化还原（SCR）法脱硝技术目前，我国发电装机容量已突破4亿kW，绝大多数为燃煤机组。
以火电厂为主排放的SO2和NOx不断增加。
尽管NOx所带来的危害有目共睹，但目前我国火电厂环保措施主要集中于脱硫处理，而在控制NOx排放方面则刚刚起步，与世界先进国家相比尚有很大差距，主要原因是这项技术发展较晚，需要的投资较大；另一方面，我国目前对NOx排放的要求较低，新建火电厂锅炉燃烧器只需采用低NOx燃烧技术就可以达到国家排放标准，故脱硝技术在整个火电厂环保措施中所占的比重较小。
针对这些问题，我国已着手进行烟气脱硝示范工程，要求已建和新建火电机组要逐渐把脱硝系统列入建设规划，到2010年，从目前的新建火电厂规模考虑，排除采用其他方式脱硝的机组。
专家估测认为，至少有2亿kW的机组容量需要建设脱硝系统，在脱硝项目上会形成可观的市场规模。
脱硝领域正在迅速形成一个总量达到1 100亿元的大市场。
它将是继火电厂脱硫技术后，又一个广阔的极具爆发性增长的市场。
从2004年底的“环保风暴”到2005年初的《京都协议书》正式生效、从国家不断发布扶持政策鼓励电力环保到大手笔的拨款资助，表明国家对电力环保产业化发展的支持力度越来越大，而烟气脱硝产业正是在此背景下进入快速发展时期。
烟气脱硝是继烟气脱硫之后国家控制火电厂污染物排放的又一个重点领域。
2004年7月，我国公布并实施《火电厂大气污染物排放标准》，对火电厂NOx排放要求有了大幅度的提高，并将成为控制火力发电厂大气污染物排放、改善我国空气质量和控制酸雨污染的推动力。
今后，国家将对重点火电企业以发电污染物排放绩效为基础，制定全国统一的火电行业SO2和NOx排放总量控制指标分配方法，并由国家统一分配30万kW以上火电企业的排放总量控制指标。
从“十一五”开始，国家与省级环保部门将对30万kW以上的火电企业的SO2、NOx排放总量控制指标实施共同监控。
目前应用的火电厂锅炉脱硝技术中，选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction简称SCR）法脱硝工艺被证明是应用最多且脱硝效率最高、最为成熟的脱硝技术，是目前世界上先进的火电厂烟气脱硝主流技术之一。
电厂SCR脱硝系统上的催化剂一、背景我国目前氮氧化物的排放来自汽车、锅炉燃烧、工业生产等多方面。
其中2010年的统计数据表明，火电厂已成为NOX排放的最大污染源，约占排放总量的39.6%。
不同的燃料对NOX排放量的贡献不同，在各种燃料中，燃煤是NOX产生的最大来源，占各种燃料对NOX排放总量的66.9%.《国家环境保护“十一五”科技发展规划》中，电力行业脱硝被列入新型工业化过程中重点解决的环境科技问题，氮氧化物（NOX）的控制技术和对策则被列入区域大气污染物控制重点解决的环境科技问题。
催化剂的生产属于环保产业，在对环保产业的发展上，国家给予了积极鼓励的扶持政策。
在《国家环境保护“十一五”科技发展规划》中，“鼓励企业自主开展和国际科技合作的科技发展计划项目”,《国务院关于落实科学发展观加强环境保护的决定》中指示“积极发展环保产业”，“重点发展具有自主知识产权的重要环保技术装备和基础装备，在立足自主研发的基础上，通过引进消化吸收，努力掌握环保核心技术和关键技术”。
“推动环境科技进步”，“组织对污水深度处理、燃煤电厂脱硫脱硝、洁净煤、汽车尾气净化等重点难点技术的攻关，加强高新技术在环保领域最新范本,供参考！的应用”。
这些政策给环保产业创造了宽松的发展环境并指明了环保产业的发展方向，同时对如何建立催化剂生产线具有一定的指导作用。
对催化剂的需求源自氮氧化物的控制需求。
我国火电厂氮氧化物的排放控制刚刚处于起步阶段，随着国家标准的逐渐变严，越来越多的火电厂将面临着必须脱硝的严峻任务。
氮氧化物对人体健康和环境都有很大的危害。
对人体的直接危害最大的是NO2，它能破坏呼吸系统，引起支气管炎和肺气肿。
对环境的危害主要是能够形成“光化学烟雾”，从而对生态系统造成损害并对人体健康造成间接损害，此外氮氧化物也是造成酸雨污染的主要物质之一，因此必须对氮氧化物的排放进行控制。
氮氧化物（NOx）是在燃烧工艺过程中由于氮的氧化而产生的气体，它不仅刺激人的呼吸系统，损害动植物，破坏臭氧层，而且也是引起温室效应、酸雨和光化学反应的主要物质之一。
火电厂SCR脱硝催化剂技术研究进展1 前言据《中国火电厂氮氧化合物的排放控制技术方案》统计，2009年的排放总量已达到860万吨，比2003年的597.3万吨增加43.9%，占全国排放量的35%~40%，到2010年，我国氮氧化合物排放量已超过1000万吨。
由此可见，火电大气污染排放对生态环境的影响将越来越严重。
我国1991年颁布了《燃煤电厂大气污染物排放标准》(GB13223－1991)，之后历经1996年和2003年两次修订，2011年新颁布的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)要求新建机组从2012年1月1日开始，现有机组从2014年7月1日开始执行100毫克/立方米的氮氧化物污染物排放限值，被称为史上最严环保标准。
2 SCR脱销技术在众多的脱硝技术中，选择性催化还原法(SCR)是脱硝效率最高，最为成熟的脱硝技术。
SCR法脱销是目前国际上电站锅炉烟气脱硝的主流技术，而催化剂是SCR法脱硝系统的技术核心。
自1978年催化剂在日本成功地实现工业化生产以后，其工艺与生产技术一直在不断地进步与完善，逐步形成由触媒化成为代表的蜂窝式和以Babcock-Hitachi为代表的板式的两种主流结构与技术。
我国四川东方锅炉工业锅炉集团有限公司于2006年率先引进德国KWH公司的催化剂生产技术，紧接着国电龙源环保工程公司和国电环境保护研究院联手引进了日本触媒化成燃煤电站蜂窝式催化剂的生产技术，但是引进国外的技术需要花费大量的资金，而催化剂的核心技术依然控制在别人的手中，所以如何研发出具有自主知识产权的脱销技术成为国内解决氮氧化物治理的严重瓶颈。
近几年由于我国的大气污染持续恶化，民间对大气污染的治理呼声日益迫切，我国政府对此高度重视，2009年由国家科技部立项（立项课题“新型高效SCR脱销催化剂”），委托上海瀚昱环保材料有限公司课题组研发，该公司于2012年成功通过项目组验收，成为国内首家拥有自主知识产权并完全掌握生产工艺的国内厂家，至此我国脱硝催化剂依赖国外技术的历史彻底结束。
SCR脱硝催化剂设计选型及运行措施1 催化剂的种类SCR 系统中的重要组成部分就是催化剂,其成本是整个SCR 系统投资的主要部分,因此对于催化剂的选型对于整个SCR系统的正常运行至关重要。
燃煤电厂 SCR运用中对催化剂的要求如下：<1> 具有较高的NOx选择性；<2> 在较低的温度下和较宽的温度范围内具有较高的催化活性；<3> 具有较高的化学稳定性、热稳定性和机械稳定性；<4> 费用较低；<5> 烟气压力损失小。
目前燃煤电厂SCR中常用的催化剂类型包括蜂窝式,板式和波纹板式,各种不同形式的催化剂比较请参见下表。
板式催化剂一般是以不锈钢金属网格为基材,负载上含有活性成分的载体压制成板状；蜂窝式催化剂是由蜂窝陶瓷基材、金属载体和分散在蜂窝表面的活性组分组成,或金属载体负载活性成分直接挤压成蜂窝状的催化剂,本项目采用无毒催化剂。
不同形式催化剂比较项目蜂窝式板式波纹板式结构形式aaaaaaaaaaa 主要生产厂家Cormetech/Agillon催化剂化成/XX龙源/XX远达/XX天璨BHKAgillonTopsoeHitz基材整体挤压成型不锈钢网纤维加工工艺均匀挤出式涂覆式<钢架构支撑>覆涂式<玻璃纤维架构支撑>比表面积 1.5~1.8 1 1.27 同等条件下所 1 1.4 1.2状催化剂都是将催化剂载体制成浆体挤压成型,经干燥焙烧后浸渍上催化剂活性成分,再经过干燥焙烧后制作成催化剂成品；平板型催化剂是在金属网格上压制催化剂载体,经干燥焙烧后浸渍加入活性成分,再干燥焙烧后成为成品催化剂。
在具体电站的应用,因其特性、当地实际情况和对脱硝效果的要求不同,对催化剂的大小、成分、工作条件等也进行相应的具体调节,以适应电站的要求。
对催化剂性能影响较大的因素有反应温度、催化剂量、氨的注入量等。
由于在 300～400℃这个温度区间催化剂有最佳活性,通常脱硝反应设定在这个温度范围内。
scr烟气脱硝技术工艺设计和运行控制要点SCR烟气脱硝技术是目前广泛应用于火电厂、炼油厂等行业中的污染治理技术之一。
在搭建SCR烟气脱硝系统时，必须合理地进行工艺流程设计和运行控制，以保证其高效稳定地运行。
本文将从工艺设计和运行控制两个方面来介绍SCR烟气脱硝技术要点。
一、工艺设计要点1.脱硝反应器的选型与布局在进行脱硝反应器的选型和布局上，需要根据燃煤锅炉的负荷、烟气流量和氨水喷射量进行选择。
一般情况下，建议采用多级反应器，以满足对NOx去除率的要求。
同时，还需要考虑设备的紧凑程度和施工难度，保证对于脱硝催化剂的加入方便，维修保养与更换方便等。
2.脱硝催化剂的设备选择由于SCR烟气脱硝离不开高效的催化剂，因此在进行工艺设计时需要合理地选择脱硝催化剂。
同时，还需要认真考虑催化剂的存储方式和装填方式，确保其具有更好的稳定性和更长的使用寿命。
3.氨水的储存与输送在进行SCR烟气脱硝过程中，需要使用到大量的氨水，因此在工艺设计时需要认真考虑其储存与输送方式。
一般情况下，建议选择成套的储存和输送系统，以保证氨水的安全性和操作的便利性。
二、运行控制要点1.脱硝反应器的温度控制脱硝反应器的温度往往影响到脱硝效果的好坏，因此需要通过控制氨水的喷射量、催化剂的装填量、空气的进口量等方式来控制反应器的温度。
2.氨水的喷射量控制氨水的喷射量不仅与反应器温度有关，而且还与NOx 去除效果息息相关。
因此，在进行SCR烟气脱硝时，需要通过调整进口氨水的浓度和喷射量来控制NOx的去除效率。
3.氨气浓度的监测和控制氨气浓度是SCR烟气脱硝过程的重要指标之一，对氨气浓度进行监测和控制可以有效地降低氨气的排放量。
建议使用可靠的氨气分析仪进行监测，同时对于高浓度的氨气需要采取相应的措施进行处理。
总之，SCR烟气脱硝技术在工业污染治理中具有突出的作用。
在进行工艺设计和运行控制时，需要科学合理地进行规划和操作，以确保系统高效稳定地运行，并达到更好的脱硝效果。
火电厂SCR 烟气脱硝催化剂特性及其应用Characteristics of SCR catalyst and its app licati on in coal -fired power p lants DeNOx system王义兵1,孙叶柱1,陈丰1,林勇1,梁学东2(1华能国际电力股份有限公司,北京 100031;2华能南京金陵发电有限公司,江苏南京 210034)摘要:SCR 工艺是火电厂的主流烟气脱硝技术,催化剂是SCR 脱硝工艺的核心。
通过对不同型式催化剂特性及其应用的对比分析,得出了蜂窝式催化剂综合性能较优的结论,并对不同烟气条件下的催化剂选择提出了建议。
关键词:SCR;催化剂特性;应用;建议Ab s trac t:The Se l e c ti ve C a ta l yti c R educ ti o n (SCR )is the m a i n fl ue ga s den itri fi ca ti o n techno l o gy i n the r m a lpow 2e r p l an ts a t p re se n t .The ca ta l ys ts a re the m o st i m po rtan t p a rt i n SCR fl ue ga s D e -NO x sys tem i n co a l -fire d pow e r p l an ts .The cha ra c te risti c s a nd app li ca ti o n o f d i ffe ren t SCR ca ta l ys ts a re com p a red and a na l yzed.The co nc l u s i o n ha s bee n d raw n tha t the ho ne ycom b typ e ca ta l yst is sup e ri o r t o o the rs i n p e rfo r m a nce.Som e sug 2ge sti o n s a re p u t f o r w a rd f o r the ca ta l yst se l e c ti o n unde r d i ffe ren t fl ue ga s co nd iti o n.Ke y wo rd s:Se l ec ti ve C a ta l yti c R educ ti o n;ca ta l ys t cha ra c te risti c;app li ca ti o n;sugge s ti o n中图分类号:X701.7 文献标识码:B 文章编号:1009-4032(2009)04-013-03 面对严峻的大气环境形势,我国曾对1991年制定的《火电厂污染物排放标准》进行了两次修订,并从2004年开始执行450mg/m 3(V daf >20%)的NO x 排放标准,开始征收0.63元/kg 的NO x 排污费。
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V2O5/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。
xxx煤电有限公司2×135MW热电机组烟气脱硝工程SCR烟气脱硝装置催化剂技术协议买方：卖方：设计方：签订地点：签订日期：二〇一二年三月目录第一章技术规范 (3)第二章供货范围 (16)第三章设计要求与设计联络会 (18)第四章技术资料和交付进度 (19)第五章性能验收试验 (20)第六章技术服务 (20)签字页 (23)第一章技术规范1、总则1.1本技术规范用于xxx煤电有限公司2×135MW热电机组烟气脱硝工程催化剂的设计、结构、性能、供货、试验和服务等方面的技术要求。
1.2本技术规范提出的是最低限度的技术要求，并未对一切技术要求作出详细规定，也未充分引述有关标准和规范的条文，卖方应保证提供符合本技术规范和相关的国际国内标准的优质产品及其相应服务。
1.3卖方应执行本技术规范所列标准。
有不一致时，按较高标准执行。
1.4如卖方没有对本技术规范提出书面异议，买方则认为卖方提供的产品完全满足本技术规范的要求。
1.5在合同签定后，买方有权因规范、标准、规程发生变化而提出一些补充要求，具体内容双方共同商定（包含商务问题）。
1.6本技术协议经双方签字以后可作为订货合同的附件，与合同正文同等效力。
1.7如买方有除技术规范以外的其他要求，应以书面形式提出，经供需双方讨论、确认后，载于本技术协议中。
2、设计条件一期2×135MW机组锅炉为东方锅炉厂生产的DG-480/13.7-Ⅱ10型煤粉炉，锅炉型式为超高压自然循环汽包炉，单炉膛，Π型布置，四角切圆燃烧方式，一次中间再热，平衡通风，紧身封闭，固态排渣，受热面采用全悬吊方式，炉架采用全钢结构、双排布置。
锅炉主要设计参数见下表。
2.1.1锅炉主要设计参数项目单位设计参数(BMCR)过热蒸汽流量t/h480过热蒸汽压力MPa13.7过热蒸汽温度℃540再热蒸汽流量t/h391再热蒸汽进出口压力MPa 2.99/2.69再热蒸汽进出口温度℃334/540给水温度℃254空预器出口烟温℃136总燃料消耗量t/h68最低不投油稳燃负荷%45锅炉计算效率%92.322.1.2机组的运行情况统计机组编号单位机组容量MW2×135年利用小时小时5500每台炉BMCR燃煤量（设计煤质）T/H68冷却水采用除盐水，压力：0.3-0.6MPa（暂定）冷却水温度：最高38℃（暂定）压缩空气压力：0.4-0.8MPa(g)辅助蒸汽参数为：0.423～1.061MPa，温度为260℃～360℃。
燃煤电厂灵活调峰宽温差SCR脱硝催化剂以及超低排放技术随着我国烟气污染物治理政策的推进实施，我国NOx排放正逐年减少，但脱硝任务依然艰巨，尤其电站锅炉烟气脱硝仍是重点。
目前大部分电厂都加装了SCR脱硝系统，但对于机组调峰中低负荷运行时烟气温度降低的情况，常规SCR脱硝催化剂无法适用，进而造成的 NOx超标排放等问题，将给企业带来不利影响。
针对低负荷运行时的中低温烟气条件，目前国内外SCR脱硝催化剂研究按照使用的主要活性组分不同可分为：锰基催化剂、铈基催化剂、钒基催化剂锰基催化剂与铈基催化剂虽然具有较高的低温脱硝活性，但其在中低温烟气中会同时发生可逆和不可逆失活。
常规钒基脱硝催化剂活性温度窗口较窄，烟温低于窗口温度时脱硝效率迅速下降，使得出口NOx浓度达不到排放要求，同时容易造成NH3逃逸增加，影响下游设备的运行V2O5是钒基脱硝催化剂的主要活性组分，但在V=O与V-OH 基团上也会发生SO2的氧化反应，生成的SO3易进一步反应生成硫酸氢铵沉积于催化剂表面，长时间低负荷运行甚至会由于硫酸氢铵黏附烟气中的飞灰，造成催化剂的永久失活。
SO2易与部分V2O5反应生成吸附态金属硫酸盐VOSO4，其自身没有脱硝活性，造成催化剂脱硝效率下降，虽然在无SO2 时，VOSO4在加热状态下可以与O2、H2O反应并重新被氧化为 V2O5，但显然这不利于脱硝系统的连续运行。
通过对催化剂理论分析、性能评价和实验表征，分析各组分赋存形态与催化剂性能之间的关系，解释催化剂抗中毒机理，成功开发了高效的宽温差脱硝催化剂。
宽温差SCR脱硝催化剂经理论验证、实验室小试验证、工业生产验证后，进一步在贵州华电桐梓发电有限公司进行中试试验。
中试试验从2016年10月29日开始运行，取得如下实验结果：在250-450℃范围内，脱硝效率大于90%，且出口氨逃逸低于3ppm，SO2氧化率低于1%；自11月7日起宽温差催化剂在280℃运行至今，已连续稳定运行超过1000h，运行期间脱硝效率大于90%，氨逃逸低于3ppm，SO2氧化率低于0.1%。
火电厂SCR法烟气脱硝催化剂的选型与对策汪德志1，史大维1，肖雨亭1(1，江苏龙源催化剂有限公司江苏无锡214151)摘要：本文讨论了国内火电厂常见的几种烟气工况对催化剂设计的影响及选型对策。
在高钙工况下，CaO会导致催化剂失活速率加快，因此需要较大的设计裕量；在高飞灰工况下，应选用孔径大、截距大、烟气通过性好的催化剂型号，减少积灰堵塞的风险；在飞灰硬度较大的工况，选用标准壁厚催化剂可以提高运行安全性；在高温工况下，催化剂烧结失活的速率加快，催化剂用量也会增加；在高硫份工况下，应特别注意硫胺的生成，防止催化剂的中毒和下游设备的堵塞；掺烧生物质燃料的工况下，应着重考虑生物质燃料中的元素对催化剂的失活，增加储备体积。
关键词：SCR脱硝催化剂催化剂设计与选型高钙高飞灰高温1 引言电站锅炉系统排放的氮氧化物是促使酸雨形成的主要大气污染物之一，其所形成的硝酸根离子或亚硝酸根离子，构成了酸雨成分的20～50%，而典型的电站排放的氮氧化物由约95%的NO和约5%的NO2组成。
虽然通过热力燃烧控制技术，如采用低NO X燃烧器、烟气再循环、分级燃烧或水蒸汽注入[1]等手段可以在一定程度上降低电站锅炉的NO X排放浓度，但是这些技术成本高，脱硝效率低，而且对锅炉会产生负面影响，难以大规模推广使用[2]。
2009年国家环保部发布了《2009－2010年全国污染防治工作要点》（环办函（2009）247号），对电站氮氧化物的排放做出了更为严格的规定。
因此，脱硝效率高、NH3逃逸率低、对锅炉适应性好的SCR （Selective Catalytic Reduction）技术在我国开始得到应用并呈上升趋势。
在SCR系统中最重要的组成部分就是催化剂，目前市场上主要有蜂窝式、板式、波纹板式三种SCR催化剂，而蜂窝式催化剂的市场占有率最高，约60～70%[3]。
SCR烟气脱硝催化剂的性能将直接关系到整个SCR系统脱硝效果，其采购、更换与维护成本构成了SCR系统总费用的主要部分。
目前，国内的脱硝催化剂一般采取方案竞标的形式采购，因此，如何在众多竞标方案中，科学合理的选择催化剂的型式、型号和催化剂的用量，就成为了SCR脱硝系统的设计关键之一。
2 不同工况条件对催化剂设计的影响及选型对策2.1高钙工况一般而言，煤质中或飞灰中的CaO含量较高时，催化剂中毒的风险增大，会导致催化剂失活速度加快。
在这种情况下进行催化剂设计时，为保证催化剂在整个化学寿命期内都具有较高的活性和较高的脱硝效率，必须预留充足的设计裕量和较多的储备体积。
2.1.1 CaO毒害催化剂的机理（1）CaO堵塞催化剂微孔，减少了有效反应接触面积，导致催化剂比表面积减小，失活速度加快，从而降低了催化剂活性。
图1 CaO堵塞催化剂微孔机理图1 为CaO导致催化剂微孔堵塞的机理过程：富含CaO的飞灰颗粒沉积在催化剂的微孔中，并进而通过气膜扩散和烟气中的SO3反应生成CaSO4，而生成的CaSO4会发生体积膨胀，一般要比原来的飞灰颗粒体积增大约14%。
体积膨胀后的CaSO4则会堵塞催化剂的微孔，导致NOx、NH3和催化剂颗粒的有效接触面积减少，从而造成催化剂失活[4]。
当飞灰中CaO含量较高或烟气中SO3的浓度较高时，会生产大量的CaSO4，这些CaSO4覆盖在催化剂颗粒表面，彼此粘连，进而在催化剂颗粒之间形成架桥，引起催化剂表面的屏蔽。
电站锅炉排放出的烟气温度一般都超过300℃，已经发生架桥粘连的催化剂颗粒在此高温环境中运行不长的时间，就会发生大面积烧结，导致催化剂比表面积急剧减小，脱硝活性下降[5]。
催化剂烧结的形成过程如图2所示。
催化剂烧结是较严重的催化剂失活现象，因烧结而失效的催化剂目前也没有有效的再生手段恢复其初始活性。
图2 CaO导致催化剂烧结机理（2）CaO是碱金属氧化物，会与催化剂的Lewis 酸性活性位点发生不可逆反应，导致活性位点的减少，从而使NOx和NH3的反应活性位点减少，催化剂活性下降。
反应过程如图 3 所示。
这种毒害作用，在锅炉启动和停炉阶段，或在烟气温度低于水的露点温度时更为严重。
图3 CaO与催化剂Lewis酸性活性位点的反应2.1.2 CaO对催化剂设计的影响图4是不同CaO含量对催化剂设计体积和活性评估的影响曲线。
如图中曲线a所示，当煤质或飞灰中的CaO含量小于5%时，其对催化剂的设计影响不大，催化剂的设计用量主要取决于SCR系统入口NO X浓度、烟气流量、要求的脱硝效率等参数。
当CaO含量超过5%以后，其对催化剂的设计影响开始变得显著，在同样的工况条件下，催化剂用量受CaO含量影响很大。
随着CaO含量的增加，催化剂用量呈线性递增，特别是当CaO含量在30%左右时，催化剂用量比低钙工况下的用量增加25%左右。
国内神华煤，国外PRB煤的CaO含量一般均在25%以上，燃用此类煤种的脱硝工程催化剂用量据报道都比较大[6]。
这是因为，燃用高钙煤种时，催化剂失活往往要比低钙工况下严重，特别是在新鲜催化剂初始运行的6000~8000小时内，失活速率很快。
图中曲线b所示为高钙工况下催化剂的失活情况。
当CaO含量小于5%时，其对催化剂的失活影响不大，但是当CaO含量超过5%以后，失活速率随CaO含量线性递增，这与催化剂用量递增的趋势是对应的。
在这种工况下进行催化剂设计时，不能过高估计催化剂的活性与老化速度，同时为了保证24000小时的化学寿命，又必须留有充足的设计裕量，最终导致催化剂设计体积数较大。
在高钙工况下进行催化剂选型时，必须综合考虑工况条件，不能盲目追求用量最少的设计方案。
如果无视高钙对催化剂运行的影响，无原则的降低设计裕量，高估催化剂活性，虽然可以降低催化剂设计用量，但是由此也会带来较高的运行风险。
a-催化剂体积变化b-催化剂失活图4 CaO对催化剂设计影响2.2高飞灰工况目前市场主流的催化剂有三种型式，即蜂窝式、平板式和波纹板式，由于波纹板式催化剂市场占有率相对较低，而我国使用波纹板催化剂实际运行的脱硝工程项目不多，本文重点讨论蜂窝式和平板式催化剂。
一般而言，当烟气中飞灰浓度在50~60 g/Nm3，甚至更高时，此时平板式催化剂由于其烟气通道截面较蜂窝式大，高飞灰工况下烟气和飞灰的通过性好等优点，选用平板式催化剂不易积灰堵塞，运行安全性较高。
但是，当飞灰浓度小于50 g/Nm3时，由于板式催化剂几何比表面积比蜂窝式小，同样的工程条件下，板式催化剂用量要比蜂窝式多约20~40%。
本文中针对高飞灰工况下蜂窝式催化剂的设计选型及运行展开讨论。
(1) 孔数和截距的选择蜂窝式催化剂的设计特点决定，孔数较多的催化剂，其截距较小、壁厚较薄，具有较大的几何比表面积，因此，所需的催化剂工程用量也较少。
通常，当蜂窝式催化剂的孔数每增加一级，如从18×18孔向上增加为19×19孔时，对于同一工程项目，催化剂的设计用量可以减少在5%以上，由此可以节约催化剂采购成本5%以上。
但是，孔径变小后，烟气通过性差，在高飞灰条件下，极易发生飞灰的架桥堵灰，催化剂一旦发生飞灰架桥，就会发生“累积”效应，即当催化剂部分孔道发生堵塞时，相对的使其他未堵塞的孔道通过的飞灰量急剧增大，再运行不长的时间，整个催化剂都会发生严重堵塞。
催化剂堵塞是一种不可逆的严重运行事故，严重的需要将催化剂退出反应器进行清理。
由于我国的脱硝系统一般都不设烟气旁路，退出催化剂就必须停炉，这样会给电厂带来较大的安全隐患和经济风险。
另外，堵塞催化剂的清理和再生目前只有国外少数公司掌握相关技术，而且再生清洗时会不可避免的带来一定的物理损坏，一般约为30%左右，而且再生费用较高。
因此，在高飞灰工况下，需特别主要催化剂的孔径选择。
表 1 是主要催化剂型号及其适用的飞灰浓度范围。
表1 催化剂常见型号及适用飞灰浓度(2)催化剂壁厚的选择催化剂壁厚的选择与飞灰的浓度及飞灰的硬度有关。
研究表明，当飞灰中SiO 2与Al 2O 3的含量比在2:1左右时，此时飞灰硬度较大，飞灰对催化剂的冲击磨损较严重。
研究表明，催化剂内壁的磨失减薄是造成催化剂磨损强度下降的主要原因，内壁磨失量占催化剂总磨失量的60%左右，而常规的端部硬化措施，只能保证催化剂端部不被磨损，但是催化剂内壁的磨损仍然不容忽视。
另外，在高飞灰的运行条件下，催化剂采用端部硬化，但催化剂内部通道还存在由于磨损而造成的断裂风险，当硬化部位以后的内壁发生断裂后，就会发生催化剂顶端的塌陷并进而造成严重堵塞。
图5所示为烟气流经蜂窝式催化剂孔道的情况。
根据雷诺数计算，催化剂内部烟气从湍流层向层流层转变，而飞灰颗粒并不遵循层流气体流动模式，飞灰颗粒在整个催化剂通道长度内倾向于弹性碰撞催化剂内壁，造成催化剂内壁的均匀磨损。
采用端部硬化后，烟气和飞灰颗粒保持同样流动模式，随着颗粒碰撞，在顶端硬化部位之下的催化剂薄厚减薄，在此部位薄壁型催化剂开始断裂，导致催化剂机械性能丧失，而机械破损将导致堵塞率增加，压降上升。
一般而言，内壁厚越小，机械破损的风险越高，此类风险并不因端部硬化而缓解。
图5. 催化剂内壁随运行时间磨损变化情况图6是某催化剂在高飞灰工况下运行一段时间后在硬化部位以下出现空穴及断裂的工程实图，该图也印证了上述实验理论的正确性。
图6 某催化剂端部断裂实图（3）不同生产工艺催化剂的选择在高飞灰的工况下，催化剂的端部和内壁磨损都会较严重，对于采用浸渍或表面涂覆工艺生产的催化剂，活性组分仅分布在表面一层，当表面发生磨损后，活性组分丧失较多，活性下降会很快。
因此，应尽可能选用活性组分内外完全均一的催化剂，此类催化剂一般都采用国际上领先的“Impregnation”工艺来加入活性组分。
高飞灰工况在慎重进行催化剂选型的同时，还应通过优化SCR流场设计，合理调节烟气速度的分布均匀性，选用合适的吹灰方式等手段来保证运行安全。
2.3 高温工况SCR催化剂适用的温度一般为320~420℃，但是即便在此温度范围内的高温段，仍然需要较多的催化剂用量才能达到基本的脱硝性能。
如图7曲线a所示，烟气温度在350℃以下时，催化剂的设计用量几乎不因温度发生变化，催化剂用量主要取决于SCR系统入口NO X浓度、烟气流量、要求的脱硝效率等参数。
当烟气温度超过350℃时，随着温度的增加，催化剂设计用量随温度的变化呈线性递增，特别是温度超过400℃时，体积比350℃时增加了近15%。
这是因为高温是导致催化剂烧结的最大因素，而烧结必然会致使催化剂的比表面积减少，从而使脱硝活性下降。
而且，高温会引起活性组分-贵金属氧化物形成多聚态晶体，多聚晶体的比表面积较小，从而与烟气的接触面积就小，催化活性相对较低。
如图中曲线b所示，随着温度的增加，催化剂的失活速度明显加快。
