對燃煤電廠的SCR系統來說,催化劑的運行效果直接決定著整個SCR系統的脫硝性能,而催化劑的性能又會受到以下因素的影響。
(1) 水。現在普遍認為,水作為SCR系統的反應產物能夠在催化劑的表面發生作用(這種作用并不顯著),導致了活性位結構的改變,最終抑制NH3與NOx的選擇性催化還原反應的發生。一般,煙氣中的含水率越高,對催化劑的活性越不利。
(2) 煙氣中的O2含量。一般情況下,煙氣中的,對催化劑的活性有利,有利于NOx的還原,在SCR工程應用時,含氧量超過3%時,對脫硝效率的影響就不明顯。
(3)煙氣中的As。大多數煤種均含有砷,SCR 煙氣脫硝系統的砷中毒是由于氣態的砷的化合物吸附并積聚在催化劑的活性位,造成活性位通道的堵塞而引起的。燃煤電廠煙氣中的氣態砷主要為AS2O3該物質主要沉積并堵塞催化劑的中孔造成催化劑中毒。要抑制催化劑發生砷中毒,可以改變催化劑的孔結構,使得較小的反應物分子能夠順利通過而體積較大的AS2O3則不能通過;還可以控制催化劑表面使得催化劑表面對砷不再具有活性;催化劑中的MoO3也可以防止催化劑的砷中毒。
(4)煙氣中的飛灰。一般的SCR系統均為高塵布置方式,由于未進行除塵過程,高濃度的飛灰會在催化劑的表面聚集而影響催化劑的活性。由于飛灰的濃度較大,飛灰對催化劑的性能影響也必然會較大。飛灰對催化劑性能的影響作用主要表現在幾個方面:飛灰中含有的堿金屬元素導致催化劑中毒;細小飛灰引起催化劑發生堵塞;飛灰中的CaO對催化劑一系列毒化作用;飛灰引起的催化劑磨損問題。飛灰中含有的堿金屬元素會對引起催化劑的中毒。不同的堿金屬元素的氧化物對催化劑毒性的大小順序是 Cs2O>Rb2O>K2O>Na2O>Li2O,堿金屬的鹽類也會引起催化劑的失活。煤中堿金屬含量一般比鈣、鎂等元素少很多,主要含有的堿金屬元素是鈉和鉀,鉀又比鈉要多,因此鉀的影響較大。飛灰中的堿金屬與催化劑表面發生接觸時,會與催化劑的活性組分直接反應造成催化劑的失活。其機理是堿金屬類物質的堿性高于NH3,會直接代替NH3吸附在催化劑表面的活性位上,使得催化劑活性位的喪失。細小飛灰引起催化劑發生堵塞。由于催化劑為高溫高塵布置方式,化劑會直接與細小的飛灰顆粒發生接觸,這樣就無法避免飛灰中細小顆粒沉積在催化劑的小孔使得煙氣不能順利地進入催化劑的通道,其后果是煙氣中的反應物無法擴散至催化劑表面并發生催化還原反應。催化劑發生堵塞的后果比較嚴重,它除了能夠使催化劑不產生作用外,還能夠加大催化劑內部的煙氣流速加劇催化劑的磨損速度和造成更大的壓降。因此需要采取防堵灰措施,可以優化系統設計,防止大顆粒飛灰進入反應器和催化劑內,還可以選用具有合適孔徑的催化劑,還可以增加輔助性的吹灰裝置,強化吹灰效果。飛灰中的CaO對催化劑的影響。飛灰中的CaO可能會造成催化劑的中毒,其作用包括CaO 造成催化劑酸性的下降和生成CaSO,造成催化劑表面的堵塞。CaO是堿性物質,當該物質沉積在催化劑的表面時,會中和催化劑表面的部分活性酸位,影響催化反應;沉積在催化劑的表面的CaO會與煙氣中的由SO2發生氧化生成的SO3發生化合反應生成CaSO4而CaSO4會堵塞催化劑的微孔,造成催化劑性能的顯著下降。由于飛灰對催化劑的影響很大,在工程上,一般在SCR反應器的每層催化劑上部安裝吹灰器,在系統運行時及時清除附著在催化劑表面和堵塞催化劑通道的積灰。在脫硝系統運行過程中應進行吹灰操作。
(5) 煙氣溫度對催化劑性能的影響。催化劑都具有相應的適用溫度范圍,煙氣溫度過高和過低均會影響催化劑的性能。當進入反應器內的煙氣溫度低于催化劑的溫度范圍下限時在催化劑表面會發生一些副反應。其中比較典型的是生成硫酸銨或硫酸氫銨的反應,導致生成物附著在催化劑表面上,降低催化劑的活性。當溫度高于催化劑適用溫度的上限,會使得催化劑發生燒結失活。因此,在運行的過程中要注意控制煙氣的溫度。實際的運行過程中,在系統中安裝了煙氣溫度在線監測儀器,根據煙氣的溫度來做出相關操作。當監測到溫度超出設計溫度范圍時,自動保護會及時停運SCR煙氣脫硝系統。當監測到溫度低于催化劑反應溫度區間的下限(310℃)時,延時10min,自動停止SCR煙氣脫硝系統,防止催化劑受到損害。