华电灵武发电厂SCR脱硝装置的脱硝催化剂在运行10000h～20000h后，对运行后催化剂的脱销效率、催化剂活性、SO2的氧化率、比表面积进行考察，得出各层催化剂的活性变化，研究催化剂中毒原因，提出燃煤电厂催化剂运行及管理建议。 标签：脱硝装置；脱硝催化剂；催化剂活性；催化剂中毒
目前，大部分火电机组已经投运了烟气脱硝装置都在脱销催化剂中加入一定比例的WO3、MoO3来增加催化剂的活性和热稳定性[1]，从而抑制SO2的转化，通过元素的适量加入能够提高催化剂的活性，防止催化剂中毒[2]。通過对火电厂SCR 脱硝催化剂运行跟踪发现，SCR脱硝催化剂不仅存在较为严重的堵塞，而且出现中毒现象，造成催化剂活性下降[3-6]。为确保达标排放，有必要分析催化剂活性下降的原因，并对火电厂SCR脱硝催化剂运行和管理提出建议，本文对华电集团灵武发电厂两台600MW超临界燃煤锅炉所运行的SCR 脱硝催化剂进行分析检测，通过脱销效率、催化剂活性、SO2的氧化率、比表面积的众多因素分析，从而为所使用催化剂的应用性能提供基础数据。
1 实验部分
1.1 催化剂选用
根据《中国华电集团公司火电厂烟气脱硝技术导则》规定，采用的SCR 脱硝催化剂选用基材为TiO2，活性组分V2O5和WO3的蜂窝式催化剂[7]，详细性能参数如表1。
845主板
表1 蜂窝式催化剂性能参数
催化剂形式 蜂窝式
催化剂壁厚（mm） 1.0
单块催化剂孔数 20×20
比表面积（m2/m3） 455
空隙率（%） 73
催化剂体积密度（g/m3） 550
催化剂布置于锅炉省煤器后、空气预热器前部两侧烟道，每台机组布置2个反应器，每个反
应器内部布置2层（图1），预置1层备用，催化剂安装位置如图1：
图1 催化剂布置图
1.2 催化剂活性测试平台
华电灵武发电厂两台600MW机组的烟气条件为常规的燃煤烟气条件，根据目前国内主流的布置方式，从烟气条件和空间布置上，选择高灰型 SCR 烟气脱硝工艺做为本次试验平台，主要包括制粉系统、风烟系统、配气系统、烟气预热段、SCR催化剂反应器、烟气净化系统和烟气分析系统、监测和分析系统组成。
2 结果和讨论
2.1催化剂的外观变化
试验所用新鲜催化剂样品（迎风面） 外观如图2所示。
（a）运行10000h催化剂外观 （b）运行20000h催化剂外观
（c）运行30000h催化剂外观 （d）运行40000h催化剂外观
图2不同运行时间催化剂的外观变化图
试验用催化剂在不同运行时间下，催化剂外观有明显的变化与差别，运行10000h～20000h催化剂外观变化不大，其孔道未大量积灰堵塞，且结构也未出现较严重的损坏。当运行30000h催化剂超过设计寿命（24000h）以后，试验样品的孔道堵塞状况非常严重，几乎全部孔道都被飞灰填充，对于超限运行时间试验品，虽然其表面孔道堵塞率很小，但可明显看出该样品因长时间受高温侵蚀而导致表面颜产生变化且催化剂内壁变薄，内部结构也出现了明显的损坏。
2.2催化剂的脱销效率变化
在NOx浓度为746 mg/m3，空速为4000h-1，NH3/NO摩尔比为1的条件下，所测NOx脱除率如图3.
图3 脱销效率
从数据中分析得知，预置层中未投入运行的催化剂脱硝效率明显高于已经投入运行的催化剂。在温度285～425℃之间运行的A侧第1层、A侧第2层，B侧第1层，在此温度区间，NO
中国国家安全委员会脱除率没有明显的变化与差别，但在此温度区间B侧第2层NO脱除率比A1、A2、B1层的催化剂脱除率要低。通过分析，主要原因是由于从空预器上端进入SCR反应器中的气流分布不均匀，烟气中的粉尘含量较高，流速较大，导致催化剂冲蚀严重，使催化剂内部通道堵塞，从而使催化剂由于温度的逐渐升高表面的活性成分被其它物质覆盖，表面温度受热不一致，部分阻碍了催化剂活性物质对气体分子的吸附和生成物的解析。[8]在285～425℃整个试验温度区间内，NO脱除率的变化趋势较为一致，在285～325℃低温段脱硝率随温度的变化上升速度较快；当温度由325℃上升到385济南铁路局℃时，脱硝效率升高较快；当温度由385℃上升到405℃时，脱硝效率升高趋缓。当温度上升到425℃时脱销效率反而呈下降趋势。
2.3 催化剂的活性变化
当新投置的脱销催化剂在SCR反应器中运行一段时间后，由于烟气中微量元素的毒害、粉尘及其它化合物堵塞及冲蚀等，催化剂表面活性逐渐减小，活性降低，催化剂活性（K）是温度和催化剂配方的函数。在燃煤火电厂锅炉中，该变量又是SO2氧化极限的函数，同时还与面积速度紧密相关。根据所采用催化剂的比表面积、烟气流速、空速比以及测量得
到的NO脱除效率，计算得出催化剂的活性常数。通过对试样催化剂活性（K）和新鲜催化剂活性（KO）进行比较，得出催化剂的活性损失值（K/KO）。在385℃温度点进行计算的K/KO值见表2。
表2 催化剂活性损失值
催化剂位置 活性损失值
A侧1层 0.81
A侧2层 0.83
B侧1层 0.81
B侧2层 0.74
通过数据分析由此得出催化剂在385℃甲基异丁酮时，催化剂表面活性变化不一致，A侧的催化剂活性损失值较高，B侧较低，虽然温度的变化对催化剂的表面活性有一定影响，同时也与运行的时间和运行方式有密切的关系，按照催化剂设计运行寿命24000小时计算，随着运行时
间的增长，催化剂表面活性损失逐渐降低，超过24000小时后，催化剂表面活性损失低于基准线。2.4 氧化性变化
从图4中分析得出，当温度在350℃时，新鲜样的SO2的氧化率最低，基本上维持在2%左右，400℃之后， SO2氧化率最高，使用半年样的SO2氧化率低于新鲜样，使用一年的SO2氧化率低于使用半年样，这主要在使用过程中，飞灰中的有毒物质损害了部分的V元素，造成V2O5的量减少，从而SO2的转化率也降低了。
图4 催化剂的氧化性能表
A侧1层 A侧2层 B侧1层 B侧2层
图5 SO2氧化率
从图5分析所示，虽然温度对催化剂的SO2有一定影响，但随着运行时间的延长，SO2氧化率逐渐降低，SO3主要由 V2O5催化剂氧化SO2而产生，所以催化剂在运行过程中，活性组分会发生流失，因而随着催化剂运行时间的增加，脱硝效率逐渐降低，此外催化剂运行的最佳温度为 340～385℃之间，脱硝效率仍大于60%，可满足燃煤电厂脱硝工艺的设计
要求，根据脱硝活性试验可以初步判断，催化剂在运行超过24000h后，其脱硝性能已不能满足燃煤电厂要求。
2.5 表面积的变化
将试验催化剂样品在真空条件下升温（380℃）进行活化处理，在绝对压力小于6.7 P的真空条件下恒温一定时间，而后将脱气后的样品在液氮环境下进行氮气吸附脱附试验。
表3催化剂质量比表面积
重量（g） 活化温度/℃ 活化時间/min 表面积/m2.g
新催化剂 0.535 380 50 56
A侧1层 0.496 380 50 49聚酯纤维布
A侧2层 0.410 380 50 49
B侧1层 0.472 380 50 51
B侧2层 0.433 380 50 48
曾泽生
从表3可以得出，对催化剂的外观进行观察发现，A侧第2层由于通道气流不畅导致其局部积灰较其它严重。由于脱销反应是一个多相催化反应，而且发生固体催化剂的表面[9-10]，所以催化剂表面积的大小会直接影响到催化剂的活性，催化剂高度分散的多孔颗粒的布置为反应提供了大的表面积，因为蜂窝式催化剂的表面积比板式催化剂的表面积要大，所以蜂窝式催化剂的表面积活性较好。
3 结论和建议
（1）SCR 脱硝催化剂运行24000后，NOx转化率由原来的92.6%降至86.1%，催化剂的相对活性常数处于较低水平，到达使用设计寿命，建议对催化剂进行再生、更换或者加装一层新鲜催化剂；
（2）催化剂的运行温度应控制在400℃以下，当温度超过400℃以后，催化的表面活性损失将超过基准线，将极大的影响脱销效率；
（3）在催化剂的表面存在较严重的飞灰堵塞，影响催化剂的吸附性能，造成催化剂活性下
降，建议运行中在每层布置安装激波吹灰器，对进入第一层催化剂之前烟气尽可能的确保均流、均浓、均灰份，避免由于灰尘堆积出现催化剂沉积死区，激波吹灰器的合理布置可有效降低灰尘的积累，避免出现堵灰，确保系统正常运行，能够将飞灰沉积的问题最小化。
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