王慧贤
国能龙源环保有限公司 北京100039
摘要：本论文主要针对蜂窝SCR脱硝催化剂的外观、理化特性、工艺特性等进行了检测探讨。研究发现，催化剂存在孔道及微孔堵塞、活性下降现象。通过检测分析，提出了SCR脱硝系统后续优化运行建议。
关键词：脱硝催化剂；性能检测；活性
目前，SCR脱硝催化剂是火力发电厂控制氮氧化合物排放的主要手段之一。SCR烟气脱硝技术进最核心的内容是催化剂，所以催化剂的性能直接影响到整个系统的运行效果。在使用过程中，因受到烟气条件等因素影响，随着时间的推移，催化剂会出现不可避免的失活现象。引发催化剂失活的因素很多，如机械磨损，孔洞堵塞，微孔堵塞，表面覆盖，化学中毒等。要提高燃煤电厂蜂窝脱硝催化剂的使用效果，需深入了解催化剂的性能现状、活性，分析催化剂失活的原因。
1实验部分
1.1催化剂样品
本次实验需依照DL/T1286-2013《火电厂烟气脱硝催化剂检测技术规范》等相关要求，蜂窝催化剂的样品取自江苏省某燃煤电厂600MW机组的SCR脱硝催化剂,主要成分为TiO2/V2O5/WO3，已运行约6500h。在测试中，从催化剂中间截取600mm作为样本。
1.2反应器检查
先确认机组反应器的内外部情况，是否存在如积灰、破损、塌陷等情况。检测SCR活性的测试在自主研制的中试试验台内进行，该试验台可模拟催化剂在实际脱硝设备中的烟气条件。
1.3理化特性检测
1.3.1微观比表面积及孔容孔径
在进行微观比表面积测试及孔洞孔径测试时，使用氮气吸附BET法进行检测。检测过程当中使用比表面积分析仪。毛细孔体积的测试使用压汞仪进行测试。在进行实际测量时，工作人员要按照标准以及规定对材料的孔径分布以及孔径度这两个部分的内容进行分析。
1.3.2化学成分
化学成分的检测工作使用X线荧光光谱仪，同时还需要使用电感耦合等离子发射光谱仪，对样品的内容进行微量元素的测试工作。
1.4机械性能检测
1.4.1磨损率
工作人员在进行蜂窝式催化剂的磨损率测试时，选择加速测试的方法进行，在测试过程中，须按照国家规定的相关标准进行每一个环节的测试操作。而且在测试中采用样品串联布置的方式，可获得更为准确的结果。该装置的重要组成部分主要有风机、风量调节机构，自动给料机样品仓以及磨损剂收集装置等。
式中各个字母所代表的含义如下图所示：
.png)
ζh-蜂窝式催化剂的磨损率，%/kg；W1-测试样品测试前质量，g；W2-测试样品测试后质量，g；W3-对比样品测试前质量，g；W4-对比样品测试后质量，g；W-磨损剂质量，kg。
1.4.2抗压强度
采用压力试验机对样品的抗压强度进行分析，检测仪器为美国MTS公司CDT1205微机控制电子压力试验机。
1.5工艺特性检测
工艺特性（脱硝、效率、活性、氨逃逸、SO2/SO3转化率）检测在活性评价装置中进行。该装置通过燃烧天然气并依据催化剂设计烟气条件进行配气，模拟电厂烟气条件对催化剂的脱硝效率、活性、氨逃逸、SO2/ SO3氧化率进行测试。测试装置流程图请见下图，装置主要由烟气发生系统、混合预热系统、反应系统、控制系统及气体检测系统组成。
.png)
图1 测试装置流程图
2结果与讨论
2.1催化剂外观
通过图2催化剂取样单元可观察催化剂的外观。从图中可以看出，此次研究过程选择的样品在表面存在程度比较轻的磨损情况及破损情况，催化剂的孔道当中还有非常明显的堵塞问题。经观察可发现样品的堵塞率达到8%左右。其实对于催化剂的使用来说，孔洞堵塞的问题不仅会使得整个催化剂的反应面积大幅度减少，还会直接影响到脱硝效率。除此之外，在烟气量不变的情况下，烟气会主动的避开堵塞的通道，那么没有被堵塞的通道，烟气量就会大幅度的上升，会导致孔洞磨不断加快。孔道堵塞会减少催化剂实际通流面积，引起局部流速过高，加快催化剂磨损。
.png)
图2 催化剂取样单元
法线方向的分力和切线方向的分力是飞灰颗粒对催化剂产生撞击作用时的两个分力方向。飞灰颗粒在受到垂直的撞击之后，整个催化剂的表面就会出现微小的塑性变形及显微裂痕，这就是常说的撞击磨损。经过长时间使用后，大量的颗粒会反复的受到撞击，同时催化剂也会受到两种类型的磨损，特别是在35度到50度角度范围内，撞击加剧增加磨损。孔洞堵塞也会直接导致催化剂层的压力损失增加。在产品运行中，工作人员可通过关注催化剂层压降变化，对孔洞堵塞的情况进行分析，同时可以通过探讨活动堵塞的程度，对机组停机的内容进行分析以及讨论。
2.2微观比表面积及孔容分析
在进行最后反应的过程中，催化剂微孔表面积可以为整个反应提供场所，所以催化剂的运行过程，其具体的效率与其催化剂，微孔表面积之间存在密切的联系，一旦飞灰当中的细微颗粒进入到表面微孔当中，会引发堵塞等问题的出现。另一方面，因化学中毒引起的微孔堵塞或屏蔽也是导致有效反应面积下降的重要原因。由此可以看出，保持足够的微观比表面积对催化剂活性非常重要。
2.3化学成分分析
从新旧催化剂的定量分析结果中，可以看出催化剂活性组份在实际使用中，因受到外界因素的影响会出现一定程度的下降，而且与同类型的新催化剂相比，旧催化剂的部分指标含量仅为1%左右，而本次研究的样本当中催化剂组分的某一些含量组分仅为0.51%，这使得催化剂的活性不断下降，还可以看出CaO含量要比同类新催化剂含量高。
2.4工艺特性分析
2.4.1脱硝效率
.png)
2.4.3磨损率
在进入到运行状态时，催化剂就会被烟气不断冲刷，而实际的烟气流速往往会超过设计值。如果流场不均匀，那么局部的烟气就会出现流速过快，此时催化剂的抗磨损能力如果未达到指标要求，就非常容易出现磨损。同时催化剂的脱硝效率也会大幅下降。如果工作人员未能根据这一情况制定针对性的措施，磨损程度增大后，整个催化剂的脱硝效率会不断下降，严重时会产生坍塌或导致整个机组进入停产状态。本次研究中的样本，是经过磨损率实验的，可以发现样品样品硬化端磨损率可以达到指标要求。
3结论
经过实验发现蜂窝式催化剂在经过6500个小时的运行之后，它的活性值会出现较为明显的变化，脱硝效率为80.5%，二氧化硫和三氧化硫的转换率达到0.83%，满足设计值1%的要求。如果测试数值低于设计以及工程经验值的90%，就说明整个催化剂的失活速度逐渐加剧，失活速度偏快，那么在实际运行中就需要深入关注脱硝效率及氨逃逸的相关指令，结合下次停机继续抽烟测试催化剂的活性。
本次研究的样品存在比较轻微的磨损情况，孔道的堵塞率8%，为避免催化剂出现进一步磨损或脱硝效率下降，实际工作中要采取相应的措施对催化剂进行清灰工作。
参考文献
[1]姚燕,王丽朋,孔凡海,等.SCR脱硝系统蜂窝式催化剂性能评估及寿命管理[J].热力发电,2016,45(011):114-119.
[2]吴国潮,刘长东,薛东武,等.燃煤电厂SCR脱硝催化剂性能检测与寿命管理[J].环境影响评价,2016,38(5):73-75.
作者简介：王慧贤，1980年2月5日出生，女，河北人，民族，汉。硕士研究生毕业，工程师，一直致力于烟气脱硝催化剂的生产及质量控制等方面的工作。