火電廠失活脫硝催化劑機理研究綜述

隨著氮氧化物(NOx)排放政策的日益嚴格，選擇性還原法(SCR)煙氣脫硝技術成為火電廠NOx控制的首選。應用最為廣泛的是布置于鍋爐省煤器和空氣預熱器之間的高溫高粉塵脫硝系統(tǒng)，商業(yè)釩鈦基(V2O5-TiO2)催化劑在此系統(tǒng)具有良好的脫硝活性。

脫硝催化劑價格昂貴，致使催化劑初裝費用占到SCR脫硝系統(tǒng)總投資的30%-50%。長時間暴露于高溫、高粉塵的復雜煙氣條件下，催化劑容易發(fā)生燒結失活、孔道堵塞以及活性位點中毒等造成活性下降的問題。因為各種物理或者化學原因造成催化劑無法達到壽命期，不僅增大了催化劑利用成本，而且會對環(huán)境保護造成負擔。對催化劑失活機理以及原因進行研究總結，針對不同電廠運行狀態(tài)提出合理建議，可以有效預防催化劑失活、降低運行成本。

1燒結以及堵塞鈍化

釩基催化劑活性溫度窗口為250-450 ℃，在高溫煙氣中長時間暴露可能發(fā)生燒結失活。文獻 對 TiO2-WO3-V2O5 的熱穩(wěn)定性研究表明，高溫可以引起載體TiO2晶態(tài)以及活性成分V2O5聚合態(tài)的變化;而且高溫燒結造成的失活為不可逆性失活，無法對催化劑進行再生活化處理。國內電廠SCR 脫硝系統(tǒng)不設旁路，當前電廠脫硝裝置高溫運行大多采用板式催化劑，國內目前尚無催化劑因運行溫度過高造成燒結失活的案例。

煙氣中飛灰顆粒、銨鹽等在催化劑表面沉積富集，會堵塞催化劑孔道以及內部微孔。催化劑孔道堵塞不僅直接減少了催化反應面，而且造成煙氣流通阻力增大;而催化劑微孔堵塞則抑制了NOx、NH3等氣體反應物向活性位點的擴散，造成脫硝性能的下降。圖1為運行后蜂窩催化劑單體的堵塞照片。在運行過程中，催化劑孔道堵塞嚴重會造成系統(tǒng)壓力增大，直接影響到機組的安全性。

2沖刷及磨損失活

脫硝裝置運行過程中，由于流場設計不合理或者催化劑機械強度不足等問題，易造成催化劑的沖刷坍塌等事故。圖2所示為國內某電廠催化劑模塊吹刷狀況圖。催化劑沖刷不僅造成脫硝性能的下降，造成局部氨逃逸過大，而且加劇了流場的不均勻性，對脫硝系統(tǒng)阻力分配以及空預器等下游設備產生負面影響。

3 堿金屬中毒

堿金屬元素以其良好的附著力和可溶性對SCR催化劑產生物理或者化學毒化作用，被認為是對催化劑毒性最大的一類元素。根據(jù)Topsøe 提出的釩基 SCR 催化劑催化機理，K、Na等堿金屬的存在不僅影響V-OH 或者W-OH的B 酸位點，抑制第一步反應中活性中間體 NH4+ 的形成;而且堿金屬占據(jù)催化劑表面氧空位，降低表面化學氧中心數(shù)量，使得活性位點還原性能降低，致使第二步中NH4+ 氧化為NH3+ 過程以及第四步反應H-O-V4+ 再氧化為V5+ =O過程受阻。