SCR脱硝催化剂是SCR脱硝系统的核心,直接决定着系统的性能和投资运行成本。SCR催化剂布置在省煤器和空气预热器之间,需要在300～420℃温度范围内运行,催化剂要承受高温、高尘、高SO₂含量和其他毒性成分的烟气条件,这对脱硝催化剂的脱硝效率、运行可靠性、耐高温、耐堵塞、耐磨损、抗中毒性能和低SO₂氧化活性提出了更高的要求。
脱硝催化剂
按原材料来分,目前应用于烟气SCR工艺中的催化剂大致有贵金属类、金属氧化物类和离子交换的沸石分子筛类三种。
(1)贵金属类催化剂。主要是Pt-Rh和Pd等贵金属类催化剂,通常以氧化铝等整体式陶瓷作为载体。早期设计安装的SCR 系统中多采用这类催化剂,其对SCR反应有较高的活性且反应温度较低,但缺点是对NH₃有一定的氧化作用。
(2)金属氧化物类催化剂。大多采用钒钛基催化剂,以TiO₂(含量为80% ～90%)为载体,以 V₂O₅(含量为1%～2%)为活性材料,用以降解NOₓ,同时会把SO₂氧化成SO₃,以WO₃或MoO₃(含量占3%～7%)为辅助活性材料,用以提高催化剂的稳定性,防止钒出现高温烧结现象。当采用此类催化剂时,通常以氨或尿素作为还原剂。
沸石分子筛类催化剂。主要是采用离子交换方法制成的金属离子交换沸石,通常采用碳氢化合物作为还原剂。所采用的沸石类型主要包括Y-沸石、ZSM系列、MFI、MOR、Cu-ZSM-5等。这类催化剂的特点是具有活性的温度区间较高,最高可以达到600℃。同时,这类催化剂也是目前国内外学者研究的重点,但是工业应用方面还不多。
按外观形状来分,以广泛应用的钒钛基SCR催化剂来说,按外观形状可分为蜂窝式、波纹式、平板式三种。
(1)蜂窝式催化剂。它以二氧化钛或二氧化硅等材料作为载体,经与活性液混合并充分搅拌均匀后通过机械压力使催化剂成型,最后通过焙烧将其活化。它具有转化率高、孔隙率高、比表面积大、机械强度好且使用周期长等众多优点。
(2)波纹式催化剂。它是将陶瓷与金属类筛板制成波纹板,然后通过浸溃法将活性成分负载于筛板两面,最后烙烧活化制成的。与平板式催化剂相比,波纹式催化剂因其表面呈现一定的波纹状,使得其与烟气的接触面积有所增加。
(3)平板式催化剂。它以平板式钢制筛板为支撑,以加压方式将活性组分覆盖于筛板的两侧,然后经过高温焚烧炉焙烧活化,最后将催化剂单体组装为整体结构的催化剂单元。平板式催化剂与蜂窝式催化剂相比,可有效防止飞灰堵塞,具有耐磨和抗中毒的优势。
催化剂设计选型应满足国家、地方的环保标准要求,遵循脱硝效率高、抗毒性强、运行可靠的原则,并留有一定的设计裕量。要综合考虑机组容量、炉型、负荷、烟气成分、烟气温度、烟尘浓度、烟尘粒度分布特性等因素,确保催化剂对燃料类型和运行条件适应性强,同时保证氨逃逸低、SO₂/SO₃转化率低、抗堵灰和抗磨损能力强。
在运行过程中,催化剂会因各种原因而中毒、老化,活性逐渐降低,催化效果变差。在SCR反应器内,催化剂分层布置,一般为2～4层。当反应器出口烟气中氨的浓度升高到一定程度时,表明催化剂活性降低,必须逐层替换催化剂。
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