SCR脱硝催化剂的失活和再生技术浅谈

２５　０躺　强　ｉ８　ｉ　ｉ　张　鹱ｉ　Ｉ　

燃煤电厂ＳＣＲ脱硝装置失效催化剂处理方案探讨　

徐芙蓉，周立荣　（浙江融智能源科技有限公司，杭州３１００１２）　

摘要：随着燃煤电厂ｓｃＲ脱硝装置的建设，失效的催化剂的量将急剧增长。本文通过分析燃煤￣ｆ－ＳＣＲ　

脱硝装置使用的催化剂成分和使用过程中失效的原因，初步探讨了失效催化剂的再生和回收利用方案。认　

为应该对失效催化剂进行规范合理处置。　

关键词：ＳＣＲ￣ｇ；催化剂；再生；处置　中图分类号：Ｘ５９２　文献标志码：Ａ　文章编号：１００６—５３７７（２０１０）１卜００２５—０３　

Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ａｂｏｕｔ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｓｃｈｅｍｅ　ｆｏｒ　Ｄｉｓａｂｌｅｄ　ＳＣＲ　Ｃａｔａｌｙｓｔ　

ｉｎ　Ｃｏａｌ—ｆｉｒｅｄ　Ｐｏｗｅｒ　Ｐｌａｎｔ　

ＸＵ　Ｆｕ－ｒｏｎｇ，ＺＨＯＵ　Ｌｉ—ｒｏｎｇ　

１前言　

根据专家预测，我国氮氧化物产生量２０１０年为２４２０￣　

吨，２０２０年为２６６８￣ｆ吨［１Ｉ。燃煤电厂烟气排放是空气中氮氧　

化物的主要来源之・。随着我国对大气污染物排放控制要　

求的进一步提高，氮氧化物的减排将被推至首要位置，燃　煤电厂氮氧化物排放总量控制将会作为今后电力工业环　

保发展的重点。　

目前燃煤电厂减排氮氧化物的主要技术有：低ＮＯ　燃　烧、选择性非催化还原法（ＳＮＣＲ）以及选择性催化还原　

法（ＳＣＲ），其中ＳＣＲ技术由于其脱硝效率高，技术成熟而　

广泛应用于燃煤电厂锅炉烟气脱硝。　

２００８年，我国火力发电装机容量为７．９３亿ｋＷ，据初步　统计，２００９年全国新增火电机组８４１６万ｋＷ，截至２００８年　底，全国已投运的烟气脱硝机组约５０多台共１９５７万ｋｗ，正　

在规划及在建的烟气脱硝机组已超过１亿ｋＷ。其中ＳＣＲ机　

组占９０．５％；全国已投运的炯气脱硝机组占煤电机组容量　的３．４％【２１。　

ＳＣＲ脱硝装置使用大量的催化剂，在２ｘ　１０００ＭＷ机组　脱硝效率６０％～８０％的情况下，１台炉的脱硝装置第一次催　

6 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

6 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

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。1975年在日本Shimoneski电厂建立了第一个SCR系统示范工程，其后SCR技术在日本得到了广泛应用，大约有170套装置，接近100 GW容量的电厂安装了这种设备。在欧洲已有120多台大型装置的成功应用经验，其NOx的脱除率可达到80％～90%。美国政府也将SCR技术作为主要的电厂控制NOx技术。 SCR法是一种燃烧后NOx控制工艺，关键技术包括将氨气喷入火电厂锅炉燃煤产生的烟气中；把含有NH3(气)的烟气通过一个含有专用催化剂的反应器；在催化剂的作用下，NH3(气)同NOx发生反应，将烟气中的NOx转化成H2O和N2等过程，脱硝效率≥90%。目前，利用该项技术的产品在全球占有率高达98%，居世界发达国家烟气脱硝技术首位。

1 / 2

LYWS第三代SCR蜂窝陶瓷脱硝催化剂

曲先生

一、技术背景

氨法选择性催化还原（SCR）烟气脱硝技术具有脱硝效率高、选择性好、运行稳定可靠等优点，被国内外火电广泛采用。火电厂SCR系统大多采用高尘布置，即SCR催化剂位于省煤器和空气预热器之间，由于长期处于高尘烟气下，催化剂极易堵塞、磨损和中毒。飞灰磨损虽然可以促进催化剂表面的更新，使催化剂保持良好活性，但是过度磨损会使催化剂表面活性组分过快流失，降低了活性组分的寿命，并且磨损还会使催化剂局部变薄，造成催化剂的断裂，甚至损害催化剂下游设备。

二、造成催化剂磨损的因素

造成催化剂磨损的主要因素包括催化剂结构、催化剂厚度、表面材料抗屈服强度、飞灰浓度、飞灰硬度以及烟气流速和磨损时间等。在烟气流速、粉尘浓度和硬度等确定的条件下，催化剂的磨损量主要取决于催化剂表面材料的抗屈服强度，若抗屈服强度较小，则在气流和飞灰的作用下催化剂的活性成分更容易流失，对水和蒸汽敏感，并且催化剂会被烟气中的粉尘磨损，阻塞以及受砷、碱金属等物质的毒害，失活较为严重，因此对现有SCR脱硝催化剂进行改进，以提高现有脱硝催化剂抗磨损性能、抗毒性能，以及提高现有脱硝催化剂的机械强度和抗屈服强度已成为迫切需要解决的问题。。

三、催化剂磨损的预防

LYWS第三代SCR蜂窝陶瓷脱硝催化剂是一种低温（在低于焙烧600℃）以内的条件下，制备的含锐钛矿型TiO

2的LYWS第三代SCR蜂窝陶瓷脱硝催化剂，同时在这一温度条件下，LYWS第三代SCR蜂窝陶瓷脱硝催化剂可以获得足够的机械强度，而且原料中的锐钛矿型TiO

2不会发生晶体长大和晶形转变，并可确保生产的LYWS第三代SCR蜂窝陶瓷脱硝催化剂发生效力，LYWS第三代SCR蜂窝陶瓷脱硝催化剂采用机械强度

2 / 2

大、孔隙率高、比表面积大的高强度材料，与建设物中的钢筋所起的作用类似，就好像在水泥中加了钢筋的效果。

LYWS第三代SCR蜂窝陶瓷脱硝催化剂由于采用高强度材料作为LYWS第三代SCR蜂窝陶瓷脱硝催化剂的骨架材料，不仅具有较高的机械强度，而且具有较高的活性组分的比表面积、较宽的活性温度窗口，更好的传热性能和更快速的启动性能，还具有LYWS第三代SCR蜂窝陶瓷脱硝催化剂支撑载体耐湿，即使将脱硝催化剂载体放在水中浸泡三年也不易粉化，不易坍塌，不易破碎，并具有热膨胀系数小，孔隙率高，耐热性能好，活性温度窗口宽，不仅在300-450℃具有较高的活性，而且在低温（≤300℃）和高温（≥450℃）时活性好，高温选择性和热稳定性好、抗硫、抗磨、抗堵塞、抗中毒、抗失活性能好。并可实现催化剂（多次再生）用高压水冲洗，重复使用，再生后的LYWS第三代SCR蜂窝陶瓷脱硝催化剂与新鲜态催化剂性能完全一致，由于LYWS第三代SCR蜂窝陶瓷脱硝催化剂的耐磨损性能得到大幅度提高，尤其应对粉尘硬度较大的电厂烟气，在冶炼等特殊行业中具有针对性应用。无固体废旧LYWS第三代SCR蜂窝陶瓷脱硝催化剂处理、无固体废弃物第三代SCR蜂窝隐瓷脱硝催化剂排放、无环境污染等优点。