火电厂SCR烟气脱硝催化剂特性及其应用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。1、SCR 脱硝概况目前，国内新建电站锅炉均采用了低NOx燃烧技术，该技术可将烟气中NOx排放浓度降低 30%60%,最低可达到300400mg/m3（本烟气量均为标准状态值）。但若要达到更低的排放 浓度,则必须安装烟气脱硝装置。SCR法脱硝的原理是在催化剂作用下,还原剂（由液氨或尿素等生成的氨气）有选择性地与 NOx反应生成无害的N2和H2O,从而达到除去NOx的目的。SCR法脱硝的反应原理如图1 所示。催化剂是SCR 脱硝系统中关键且投资权重最重的项目，约占整个脱硝项目总投资的50%, 其组成、结构、寿命等相关参数直接影响SCR烟气脱硝系统的脱硝效率及其运行状况。2、SCR催化剂的分类及特性2.1催化剂物理分类按照加工成型与物理外观划分脱硝催化剂主要分为蜂窝式、板式及波纹式（三角式）3种。 其中蜂窝式与板式是主流产品,波纹式（三角式）催化剂的市场占有率较低。2.2催化剂的特点蜂窝式是目前市场占有份额最高的催化剂形式,它是以Ti-W-V为主要活性材料，采用 TiO2等物料充分混合,经模具挤压成型后煅烧而成。其特点是单位体积的催化剂活性高达到 相同脱硝效率所用的催化剂体积较小,适合灰分低于30g/m3、灰粘性较小的烟气环境。（2）板式催化剂的市场占有份额仅次于蜂窝式催化剂。板式催化剂以金属板网为骨架,Ti-Mo-V为主要活性材料，采取双侧挤压的方式将活性材料与金属板结合成型，其模块形状 与空预器的受热面很相似,节距为6.07.0mm,比表面积较小。此种催化剂的特点是:具有较 强的抗腐蚀和防堵塞特性,适合于含灰量高及灰粘性较强的烟气环境。缺点是单位体积的催 化剂活性低、相对荷载高、体积大使用的钢结构多。（3）波纹式催化剂的市场占有份额较低，多用于燃气机组。它以玻璃纤维或陶瓷纤维作为骨 架,结构非常坚硬。这种催化剂的孔径相对较小，单位体积的催化效率与蜂窝式催化剂相近, 相对荷载小一些,反应器体积普遍较小，支撑结构的荷载低，因而与其他型式催化剂的互换性 较差。一般适用于含灰量较低的烟气环境。2.3催化剂性能比较3种形式催化剂的性能对比详见表1。3、SCR催化剂应用中的影响因素在理想状况下，脱硝催化剂可以长期使用。但在SCR装置实际运行中,各种原因可能会导致 催化剂活性降低，寿命减少，如烟气中碱金属、砷造成的催化剂中毒;催化剂被烧结;催化剂孔堵 塞;催化剂磨损;水蒸汽凝结和硫酸盐、硫铵盐沉积等。催化剂堵塞和磨损是影响其机械寿命和活性的主要因素。因此，只有催化剂构造上具有防 堵和抗磨损性能，才能保证催化剂具有较长的使用寿命和SCR设备的安全、稳定运行。3.1催化剂孔径对一定的反应器截面，在相同节距下，板式催化剂的通流面积在85%以上，蜂窝式催化剂的 流通面积一般在80%左右。在实际应用中，选用大节距的蜂窝式催化剂,其防堵效果可接近板 式催化剂。美国巴威公司的经验表明，一般情况下，烟气灰分在2025g/m3时,板式催化剂孔 径不宜小于5mm,蜂窝式催化剂的孔径不宜小于6mm。当烟气灰分在30g/m3及以上时，应选 用更大节距的催化剂。3.2计算机模拟(CFD)和物理模型试验板式催化剂流通面积大，不易堵灰;蜂窝式催化剂流通面积一般，但每个催化剂壁面夹角都 是90,不易积灰,即便积灰也较易清除。有关研究表明，磨损主要发生在催化剂迎灰面的端部， 其磨损程度与SCR反应器入口烟气速度分布的均匀性、灰成分和颗粒大小及形状有关。可以 根据CFD流场和物理模型试验结果，调控第一层催化剂上游的烟气入射角,降低催化剂的磨损。3.3提高催化剂的抗磨损能力为了提高催化剂的抗磨损能力，应使用均质催化剂结构,不能使用表面涂层的催化剂结构。 目前，在催化剂制造上有两种思路：(1 )顶端硬化。增加蜂窝式催化剂端部的硬度,以抵御迎灰面的磨损。对于平板式催化剂, 因其支撑架为金属网，端部被磨损后，其金属基材暴露在迎风面，可阻止烟气的进一步磨损，一 般认为板式催化剂的抗磨损性能较好。(2)增厚。增加整体催化剂的壁厚，提高磨损腐蚀裕量，以延长催化剂的机械寿命。此举还 有利于催化剂的清洗和再生。在工程应用中，为延长催化剂的使用寿命,除了增加催化剂的厚 度外，还应尽可能地除去烟气中磨损性较强的大颗粒飞灰这是减缓催化剂磨损的根本途径。3.4煤中CaO对催化剂的影响对于SCR脱硝系统，如果燃煤中CaO过高,催化剂活性将被削弱。飞灰中的CaO与SO3反 应，在催化剂表面形成一层CaSO4膜，从而影响NOx与NH3的脱硝反应。相对于板式催化剂 来讲，蜂窝式催化剂受CaO的影响较小，抗CaO中毒能力更强。3.5再生和清洗对催化剂进行清洗和再生,能够延长催化剂的整体寿命。催化剂再生的成本约为新催化剂 价格的40%,化学寿命可达到新催化剂的80%。由于蜂窝式催化剂是均质的，当其内壁厚合适(0.81.1mm),到达化学寿命时，仍具有一定 的活性，而且物理形状基本完整,有利于清洗和再生。而当催化剂内壁过薄时(如0.5mm),即使催化剂单元顶部经过煅烧硬化，其内部孔通道仍 然容易破裂、折断。在此情况下虽然催化剂仍具有残留活性，但由于物理形状不完整,不利于 再生或清洗。板式催化剂由于其催化活性层较薄尤其在支撑架金属暴露后，更不利于清洗和再生。3.6催化剂的层高一般来说，每层催化剂的高度选择首先应满足烟气流场设计要求方便催化剂的检修、维护。 每层催化剂的高度为催化剂模块高度、横梁高度、单轨高度、提升起吊挂钩含葫芦等)、催 化剂模块专用提升设备(翻转装置)和空间裕量之和。对催化剂层高的设计，欧美与日本的层高设计理念不同，欧美的典型设计标准为:催化剂模 块高度最大约1600mm,横梁高度700mm,单轨高度约300mm,提升起吊挂钩约600mm,催化剂 模块专用提升设备约250mm,空间裕量250mm。对于反应器内部梁结构，欧美多采用方形梁，这种设计可有效避免烟气扰流和飞灰堆积;而 日本则采用工字钢梁，梁高约为400mm。若采用工字钢梁催化剂层高可降低300mm左右。4结语(1) 通过对3种形式催化剂性能参数的比较以及综合分析发现，蜂窝式催化剂在国内外应 用较广泛，综合性能较优。(2) 为提高蜂窝式催化剂的抗磨损和防堵性能，延长催化剂寿命，并为清洗、再生和循环使 用提供有利条件，推荐采用“厚壁”蜂窝式催化剂。建议在低灰(烟尘低于25g/m3)烟气条件下， 采用节距不小于7.5mm、壁厚不小于0.9mm的催化剂;中灰(烟尘质量浓度2540g/m3)条件 下采用节距不小于8.3mm、壁厚不小于1mm的催化剂;在高灰(烟尘质量浓度4055g/m3) 条件下采用节距不小于10mm、壁厚不小于1.2mm的催化剂。(3)为利于每层催化剂前的烟气流场分布,减少氨的逃逸，并便于反应器内催化剂的检修维 护，推荐在采用工字钢梁的情况下,催化剂最小层高应按1700mm+模块高度来设计，在采用方 形钢梁的情况下，催化剂层高按2000mm+模块高度来设计。