脱硝催化剂的影响因素与选型

北极星环保网讯: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。随着最新的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）的正式颁行，我国对火力发电锅炉及燃气轮机组氮氧化物排放将实行最为严格的规定，其中新建机组的排放标准于2012年1月开始实施，现有机组的排放标准于2014年7月开始强制实施，火电厂烟气脱硝已势在必行。

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和催化剂的用量及型号，就成为了SCR脱硝系统的设计关键。以下分析不同工况条件对催化剂设计的影响及选型对策。

1高钙工况

1.1CaO毒害催化剂

当飞灰中CaO含量较高或烟气中SO3的浓度较高时，会产生大量的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。

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。而且，严重烧结的催化剂会出现开裂和脆化现象，对催化剂的机械强度几乎是致命的。此类工程事故在国内已不鲜见。

1.2 CaO对催化剂设计的影响

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。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。

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。

因此，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。同时，还应选取含有WO3的催化剂，因为WO3能够有效抑制催化剂颗粒的烧结，延缓烧结速度。

2高飞灰工况

目前市场主流的催化剂有三种型式：蜂窝式、板式和波纹式。波纹式催化剂市场占有率相对较低，还不到5%。一般而言，当烟气中飞灰浓度在50～60g/Nm3，甚至更高时，此时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50g/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20%～40%以上，使催化剂初期采购成本增加，同时由于板式催化剂体积大，对反应器等钢结构的要求较高，使得这部分的采购成本也会增加较多。

此时选用蜂窝式催化剂就具有较多的技术优势和成本优势。特别是近年来，随着我国脱硝催化剂产业规模的扩大，有些厂家在引进技术的基础上改进创新，蜂窝式催化剂已在多个飞灰浓度大于50g/Nm3工程中安全运行多年，逐渐打破了高飞灰工况中板式催化剂的垄断地位。

2.1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。

因此，在催化剂方案竞标时，某些催化剂制造商在高飞灰工况下选用孔数较多的催化剂型号，减少工程用量，以此来确保竞争优势。但是，多孔型催化剂，孔径较小，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，其他未堵塞的孔道通过的飞灰量急剧增大，整个催化剂都会发生严重堵塞。

当催化剂的脱硝效率等化学性能达不到设计要求时，可以通过调节运行条件，如：适当增加喷氨量，调节烟气流场分布等手段，可以保证催化剂一段时间的正常运行。但是，催化剂堵塞是一种不可逆的严重运行事故，严重时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，无视设计原则，盲目选用多孔型催化剂的做法是不足取的。

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