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烟气脱硝催化剂的性能检测与评价

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第43卷中国电力环境保护（火电厂综合治理专栏）

烟气脱硝催化剂的性能检测与评价陈进生，商雪松，赵金平，张福旺，徐亚，李建荣（中国科学院城市环境研究所，福建厦门361021）

摘要：脱硝催化剂性能的定期检测与评价是烟气脱硝系统运行管理中的一项重要的工作。以厦门某电厂SCR脱硝催化剂为研究对象，对其表观活性、微观性能和表面沉积物进行全面、系统的测试与表征，研究发现：运行了25144h后的催化剂活性（K/K

0）为0.72；孔径小于3.5nm孔道基本消失，

比表面积下降的

幅度为13.5%～17.7%；VOx物种存在一定程度的流失；催化剂的晶体粒子也有抱团现象；运行催化剂表面沉积的Ca2+、Na+、K+

、P的质量浓度分别是新鲜催化剂的4.5～5.0、115～140、4.6～5.7和7.4～7.9倍，

同时存在

砷的累积。研究方法与实验结果可为我国今后全面开展脱硝催化剂性能检测与评价提供借鉴，对烟气脱硝系统的运行优化、再生工艺选择、延长催化剂的寿命、降低SCR系统的生产运行成本等方面均有较大意义。

关键词：选择性催化还原法；催化剂；性能；检测；表征；评价中图分类号：X51文献标志码：A文章编号：1004-9649（2010）11-0064-06

收稿日期：2010-06-06；修回日期：2010-07-30

作者简介：陈进生（1970—），男，福建泉州人，博士，研究员，高级工程师，从事环境污染治理与环境化学分析研究。

E-mail：jschen@iue.ac.cn

中国电力ELECTRICPOWER第43卷第11期

2010年11月Vol．43，No．11

Nov.2010

0引言我国绝大部分燃煤电站锅炉配有低氮燃烧技术，但仅能达到中等的脱硝水平，满足不了日益严格的NOx排放要求。因此，作为一种高效的烟气脱硝技术—选择性催化还原法（Selectivecatalyticreduction，SCR）工艺［1］开始引入我国，据中国环保产业协会的不完全统计，截至2008年底，我国已投运的烟气脱硝机组容量约1962万kW，占煤电机组容量的3.4%［2-4］。选择性催化还原法（SCR）脱硝工艺是烟气中的NOx与喷入烟道的NH3，在催化剂的作用下生成无害的N2和H2O［5-7］。催化剂是SCR工艺的核心，催化剂的活性是指催化NH3与NOx化学反应的综合能力。催化剂在运行过程中存在活性下降的问题，造成催化剂失活的原因主要有2方面［8］：（1）烟气中许多化合物都是潜在的催化剂化学性毒害物质，如砷、磷、碱金属、碱土金属及金属氧化物等；（2）烟气中烟尘的冲刷以及温度波动也会造成催化剂的物理性损伤。催化剂性能直接影响到烟气NOx是否达标排放，关系到NH3的逃逸率是否超标，是否会在下游空预器等设备上产生积盐。催化剂性能指标对催化剂寿命管理与更换计划具有较强的指导意义，也是脱硝系统运行优化与调整的依据。因此，脱硝催化剂性能的定期检测与评价是一项重要的工作。我国燃煤烟气脱硝工程刚刚起步，大部分烟气脱硝电厂尚未充分意识到催化剂性能检测与评价的重要性，同时也缺乏相应的检测与评价方法。本文以厦门某电厂SCR脱硝系统的运行催化剂为研究对象，对其表观活性、微观性能和表面沉积物进行系统的测试，客观地评价催化剂的性能状况及其影响因素。

1催化剂性能检测实验1.1脱硝催化剂样品采集厦门某电厂的装机容量为4×300MW，锅炉排放烟气采用SCR脱硝工艺，选用蜂窝式整体块状的V2O5（WO3）/TiO2催化剂，初始的催化剂层为2层，脱

硝效率初期设计为60%，并留有提高的余地。其中，

1台脱硝装置在投运25144h后，利用检修机会，取其A侧反应器上层和下层催化剂各1块以及同批次新鲜的、未使用的备用催化剂1块，共计3块进行性能检测与评价。

1.2催化剂表观活性检测方法SCR催化剂表观活性检测模拟实验装置流程如图1所示。模拟实验装置［2，9］包括以下4部分：模拟配气瓶组、气体混合加热器、模拟反应器以及烟气分析系统。其中，模拟反应器为圆柱形的不锈钢管式电加热炉，尺寸为50mm×50mm×800mm。模拟烟气中O2、NO、SO2的质量浓度和过量空气系数等指标采用德国MRU公司生产的VarioPlus型烟气分析仪在线测量。烟气中SO3采用碱液吸收，通过离子色

64陈进生等：烟气脱硝催化剂的性能检测与评价第11期

环境保护（火电厂综合治理专栏）

图2催化剂样品的孔径分布Fig.2Distributionofporesizeincatalysts

谱仪分析SO42-质量浓度，可以计算出烟气中SO3的质量浓度。

脱硝效率试验主要是在模拟烟气的实际成分下获得的，其中NOx的质量浓度为500mg/m

3

、

SO

2的质

量浓度为1500mg/m3、O2的体积分数为4%、n（NH

3）/

n（NOx）=1，模拟烟气的空速（gashourlyspacevelocity，

GHSV）为5000h-1，实验温度为380℃。

根据下式计

算催化剂的活性常数K。K=-V·In（1-η）η=（C1-C2）/C1式中：V为模拟烟气的速率，m/h；η为脱硝效率；C1为反应器入口处NOx质量浓度，mg/m3；C2为反应器入口、出口处NOx质量浓度，mg/m3。1.3催化剂微观性能表征方法本实验应用NicoletiS10型傅立叶红外光谱仪（美国Thermo公司）分析催化剂活性组分；应用Tristar3020型物理吸附仪（美国Micromeritics公司）对催化剂孔隙结构进行检测；应用X’pertPROMPD型X射线衍射仪（荷兰PANalytical公司）表征催化剂晶体结构；应用XL-30型扫描电子显微镜（荷兰philips-FEI公司）检测催化剂微观粒子形貌特征的变化。1.4催化剂表面沉积物分析方法催化剂表面沉积物反映了烟气中各种组分在催化剂表面的积聚情况，部分化学物质将会与催化剂表面的活性组分发生化学反应，从而影响催化剂的活性。本实验采用美国Dionex公司ICS3000型离子色谱（IC）分析催化剂表面沉积物的水溶性离子，采用美国Agilent公司7500型电感耦合等离子体质谱仪（ICP/MS）分析催化剂表面沉积物中的微量重金属元素。为全面分析烟气中各种成分对催化剂的影响，本实验增加了对烟气中飞灰的成分分析。2实验结果与分析2.1催化剂表观活性与SO2/SO3转化率表1是催化剂表观活性与SO2/SO3转化率指标。从表1中可以发现，催化剂在运行了25144h后，其活性指标（0.72）略优于生产厂家在运行24000h条件的活性保证值（0.69），因此，催化剂具备继续运行一段时间的潜力。另外，同一反应器下层催化剂的活性指标略好于上层催化剂，这与上层催化剂先于下层催化剂接受烟气的冲刷有较大关系。2.2催化剂微观性能表征2.1.1比表面积图2是催化剂样品的孔径分布。从图2中可以看出，新鲜催化剂在3.5nm和15nm处均存在一个峰值，而上层和下层催化剂中基本不存在3.5nm

峰。究其原因，与催化剂运行使用过程中，3.5nm以下的中小孔被燃煤烟气中的细微粉尘及有害杂质所堵塞有关。另外，从图2中也可以发现，上层催

化剂中小孔径的丰度明显要低于下层催化剂。比表面积的实验结果为：新鲜催化剂53.44m

2/g

；

上

层催化剂为43.99m

2/g，下降了17.7%

；

下层催化剂

为46.23m

2/g，下降了13.5%

。

2.1.2X射线衍射图3是催化剂样品的X射线衍射，可以看出3

份催化剂TiO2晶体结构的衍射峰几乎完全重合，与美国试验与材料协会（ASTM）材料卡片中的锐钛矿型TiO

2晶体结构标准衍射峰几乎完全一致，说明催

化剂在运行过程中主相态仍保持为具有催化作用的锐钛矿型TiO

2，没有向不具有催化活性的金红石型

或板钛矿型TiO

22

种相态转化

［11］。

图1模拟实验装置流程Fig.1Flowdiagramofsimulatedreactor

表1催化剂表观活性与SO2/SO3转化率指标（380℃）

Tab.1Apparentactivityandoxidationrateofcatalysts（at380℃）

0.470.490.48<185.200.7188.500.7386.800.72/0.691）样品新鲜催化剂SO2/SO3转化率/%0.61

脱硝效率/%92.60

活性K/K

0/

运行催化剂(25144h)

A侧上层A侧下层平均设计值

注：1）指运行24000h后的活性保证值。

65第43卷中国电力环境保护（火电厂综合治理专栏）

图3催化剂样品的X射线衍射Fig.3SpectraofXRDforcatalysts

2.1.3红外光谱图4是催化剂样品的红外谱图。一般在红外谱图中作为催化剂活性组分的V（5+）=O基团（即V2O5晶体）出现特征峰值的波数为1020cm

-1

。

从图

4可以看到，新鲜催化剂V2O5的峰宽为983~1101

cm-1

，峰高较为陡峭，特征峰较为明显。

而上层催化

剂和下层催化剂V2O5的峰宽则分别出现在979~1

060cm-1和983~1064cm-1

之间，与新鲜催化剂相

比，不仅峰宽变窄，而且峰高也弱化了很多。这一现象表明运行催化剂中部分V

2O5晶相可能转化为不

具备催化活性的VOx物种或存在一定程度的流失现象，这也间接从微观结构的角度解释了催化剂表观活性下降的原因。

2.1.4扫描电镜图5是3份催化剂在5万倍下的扫描电镜（SEM）图。从图5中可以发现，新鲜催化剂的粒子分散较为均匀。而第2份运行催化剂样品的晶体粒子均呈现不同程度板结、抱团现象。粒子分布均匀的催化剂孔隙率较高、比表面积大，为催化反应提供了必要的空间条件，从而有利于催化反应的进行，并在宏观上表现出良好的催化活性；相反，出现粒子抱团的

催化剂活性必然会有一定程度的下降［12］。

另外，根据扫描电镜配备的X射线能谱仪（EDS），半定量地分析催化剂中3种主要成分（Ti、V、W）的质量分数，参见表2。

从表2可以看出，作为催化剂载体的Ti元素和作为催化剂助剂的W元素（用于改善催化剂结构性

能、减缓高温烧结），在3种催化剂中的相对重量均图4催化剂的红外谱图

Fig.4SpectraofFT-IRforcatalysts

图5催化剂样品扫描电镜图（5万倍）

Fig.5ResultofSEMforcatalysts（50K）

表2催化剂中主要金属成分的质量分数Tab.2Concentrationofmaincompositionsincatalysts%

成分

1A下层催化剂49.100.497.09新鲜催化剂1A上层催化剂50.5648.280.540.467.217.17

质量分数Ti(载体)V(活性组分)W(催化助剂)

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燃煤烟气脱硝装备运行效果评价技术要求

燃煤烟气脱硝装备运行效果评价技术要求


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标准目次
参考资料：
内容范围
《燃煤烟气脱硝装备运行效果评价技术要求》（GB/T -2017）规定了燃煤烟气脱硝装备运行效果评价的术语 和定义、总则、评价要求、评价方法和评价报告。该标准适用于燃煤电站锅炉烟气选择性催化还原（SCR）、选 择性非催化还原（SNCR）、SNCR-SCR脱硝装备运行效果的评价。其他领域烟气脱硝装备运行效果评价可参照执 行。
2014年9月18日，全国环保产品标准化技术委员会在北京组织召开《燃煤烟气脱硝装备运行效果评价技术要 求》标准讨论会，对标准的框架、评价指标体系和评价方法等关键问题进行了深入讨论。
国家标准《燃煤烟气脱硝装备运行效果评价技术要求》（GB/T -2017）依据中国国家标准《标准化工作导 则—第1部ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ：标准的结构和编写规则》（GB/T 1.1-2009）规则起草。
引用文件
参考资料：
意义价值
《燃煤烟气脱硝装备运行效果评价技术要求》（GB/T -2017）包括定性评价和定量评价。定性评价主要从环 境管理角度考核；定量评价是定量考核燃煤烟气脱硝装备的环保性能要求、技术经济性能、主要设备状况等，一 部分定量评价采用统计报表数据，另一部分定量评价采用第三方检测数据。定性评价和采用统计报表数据的评价 不需要检测费用，不需要大量资金的投入。第三方检测数据能科学公正反映燃煤烟气脱硝装备运行的实际状况， 所需检测费用不大，不会给企业增加经济负担。
2013年8月-2014年4月，编制完成标准草案。
2014年5月7日，与中国标准化研究院、中国科学院过程工程研究所、中国环境科学研究院、北京市劳动保护 科学研究所相关专家开展了标准讨论。
2014年5月，与西安热工研究院有限公司相关专家交换了意见。
烟气脱硝催化剂

烟气脱硝催化剂

烟气脱硝催化剂引言烟气脱硝是大气污染治理的重要环节之一。

烟气中的氮氧化物（NOx）是导致酸雨、光化学烟雾等环境问题的主要源头之一。

针对煤燃烧、工业过程等产生的烟气中的NOx，研发高效的脱硝技术至关重要。

烟气脱硝催化剂作为其中一种技术手段，已经被广泛应用于烟气脱硝装置中。

催化剂的原理烟气脱硝催化剂通过利用化学反应催化剂上的活性位点，将烟气中的NOx转化为无毒、无害的氮气和水。

催化剂通常由金属氧化物或负载型催化剂组成。

金属氧化物催化剂如V2O5、WO3等，具有良好的选择性和活性；而负载型催化剂如TiO2、Al2O3等可以提高催化剂的机械强度和热稳定性。

催化剂的性能要求高催化活性和选择性催化剂必须具备高催化活性和选择性，以保证在烟气中对NOx的有效转化。

催化剂应具备较大的内表面积和丰富的催化活性位点，增加反应接触面积和催化反应速率。

耐高温性能催化剂在烟气脱硝的过程中需要耐受高温环境，因此催化剂必须具备较高的耐高温性能，以保证其在长时间高温环境下仍然能够稳定地发挥催化作用。

抗中毒性能烟气中常含有一些有毒组分，如烟尘、氯化物、氟化物等，这些有毒物质会对催化剂的活性产生抑制作用。

因此，催化剂还应具备较好的抗中毒性能，即在有毒物质存在的情况下仍然能够保持较好的催化活性。

长寿命和稳定性催化剂还需要具备较长的寿命和良好的稳定性，并能够长期稳定地运行在高温、高压和有毒物质存在的环境中。

催化剂的应用烟气脱硝催化剂广泛应用于不同类型的烟气脱硝装置中，包括选择性催化还原（SCR）、非选择性催化还原（SNCR）等。

选择性催化还原（SCR）SCR是一种利用氨、尿素等还原剂在催化剂的作用下将NOx转化为氮气和水的技术。

催化剂通常使用金属氧化物负载型催化剂，如基于V2O5-WO3/TiO2、TiO2-WO3等的复合催化剂。

非选择性催化还原（SNCR）SNCR是一种利用氨水或尿素溶液在高温下与烟气中的NOx 发生氨解反应的技术。

催化剂通常使用硝酸或氮酸盐溶液进行喷射，催化剂可以使NOx与氨水或尿素溶液发生快速的氨解反应，生成氮气和水。

脱硝催化剂行业标准

脱硝催化剂行业标准

脱硝催化剂行业标准脱硝催化剂是用于减少工业废气中氮氧化物排放的重要材料，其在环保领域具有重要意义。

为了规范脱硝催化剂的生产和使用，制定了一系列的行业标准，以确保脱硝催化剂的质量和性能达到规定的要求。

本文将就脱硝催化剂行业标准进行介绍和分析。

首先，脱硝催化剂的行业标准主要包括对原材料、生产工艺、产品性能和使用要求等方面的规定。

在原材料方面，行业标准对催化剂所使用的载体、活性成分、助剂等原材料的种类、质量要求进行了详细规定，以确保催化剂的基本成分符合要求。

在生产工艺方面，行业标准规定了催化剂的生产工艺流程、工艺参数、设备要求等内容，以确保催化剂的生产过程符合规范，产品质量稳定可靠。

在产品性能方面，行业标准对催化剂的化学成分、物理性质、表面结构、催化活性等性能指标进行了详细规定，以确保催化剂的性能符合规范，能够有效地降低废气中氮氧化物的排放。

在使用要求方面，行业标准对催化剂的运行条件、使用环境、使用寿命等进行了详细规定，以确保催化剂在实际使用中能够达到预期的减排效果。

其次，脱硝催化剂的行业标准对于推动行业技术进步、提高产品质量、促进市场竞争具有重要意义。

通过制定统一的行业标准，可以规范生产企业的生产行为，提高产品质量，减少产品质量差异，增强产品的市场竞争力。

同时，行业标准也可以促进行业技术的创新和进步，推动脱硝催化剂的性能和效率不断提高，为环保工作提供更加可靠、高效的技术支持。

最后，脱硝催化剂的行业标准对于保障环境质量、促进可持续发展具有积极作用。

随着环保意识的增强和环境保护政策的不断加强，脱硝催化剂作为重要的减排技术，其质量和性能的稳定可靠对于保障环境质量具有重要意义。

通过遵循行业标准，可以确保脱硝催化剂在工业生产中得到有效的应用，减少氮氧化物等有害气体的排放，保护大气环境，促进环境的可持续发展。

综上所述，脱硝催化剂的行业标准对于规范产品质量、推动技术进步、保障环境质量具有重要意义。

各相关企业和研究机构应当严格遵守行业标准，加强技术研发和质量管理，不断提高脱硝催化剂的质量和性能，为环保事业做出更大的贡献。

SCR脱硝催化剂检测与性能评价实验平台的设计与建设

SCR脱硝催化剂检测与性能评价实验平台的设计与建设

SCR脱硝催化剂检测与性能评价实验平台的设计与建设王康;朱林;刘涛;庄柯;姚杰;侯深【摘要】为了规范火电厂烟气脱硝催化剂检测与性能评价,以某新建SCR脱硝催化剂检测与性能评价实验平台为例,在按照标准要求搭建实验平台的基础上,分析实验平台建设的背景条件,给出建设实验平台的设计依据和遵循原则,介绍催化剂检测的工艺技术流程和实验平台的功能、实验设计以及仪器配备,指出了实验平台设计建设过程中的重点、难点及注意事项.%To standardize the SCR denitration catalyst testing and performance evaluation in thermal power plants,by taking the example of the newly-built experimental platform,which is constructed on the basis of the requirements of related standards,this paper analyzes the background of this platform,and puts forward the basis of design and principles followed.Then it presents the technical procedures,platform functionalities,experiment design and,corresponding equipments.Finally the focus and difficulties during the construction process as well as the matters needing attentions are summarized.【期刊名称】《中国电力》【年(卷),期】2016(049)007【总页数】5页(P157-161)【关键词】燃煤电站;烟气脱硝;催化剂;实验平台【作者】王康;朱林;刘涛;庄柯;姚杰;侯深【作者单位】南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心,江苏南京210044;国电科学技术研究院,江苏南京210031;国电科学技术研究院,江苏南京210031;国电科学技术研究院,江苏南京210031;国电科学技术研究院,江苏南京210031;国电科学技术研究院,江苏南京210031;国电科学技术研究院,江苏南京210031【正文语种】中文【中图分类】X511;TM621目前，选择性催化还原（SCR）烟气脱硝工艺是去除烟气中NOx的主要技术[1-3]。