火电厂SCR催化剂失活机理研究综述-第2页-北极星大气网

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文献一般认为以生物质为燃料的电厂烟气中碱金属主要为K，其存在形式一般为K2O、K2SO4和KCl等;而燃煤烟气中则以Na为主。但笔者对数十家燃煤电厂在役催化剂的XRF分析结果统计，未发现明显的Na富集问题。如图3所示。

4 碱土金属中毒

我国煤种多为高钙煤，烟气中含量较高的 CaO 可对催化剂活性产生抑制作用。CaO 扩散性差，而且与催化剂表面活性成分的亲和力弱，但是沉积在催化剂表面的 CaO 可与烟气中的SO3/SO2 生成 CaSO4 ，造成催化剂微孔的堵塞，影响反应气体向活性位点的扩散，可导致催化剂物理钝化失活。

此外，有研究指出 Ca 同样可以减弱催化剂表面酸位点强度，抑制 NH3在B酸位上的吸附，具有与碱金属的相似的化学毒化机理。相对于碱性更强的K2O 和Na2O 等物质，烟气中CaO 对催化剂引起的化学中毒作用较小。

作为煤的固有成分，燃煤烟气中含有大量的汞(Hg)和砷(As)，垃圾发电厂烟气中铅(Pb)含量则相对较高。几种重金属在烟气中存在形式不同，对SCR催化剂的毒化作用也不尽相同。

5 Hg和Pb中毒

煤中汞几乎全部以Hg0的形式进入烟气，钒基SCR 催化剂具有良好的氧化能力，在 O2以及 HCl 存在情况下可将烟气中 Hg0转化为 Hg2+，成为控制烟气中 Hg 排放的一种有效方式。研究认为HCl和 Hg0在催化剂表面发生吸附，影响 V 以及O 的化学环境，可能会与SCR 反应过程的 NH3发生竞争吸附，进而影响脱硝反应的进行。目前，钒基催化剂的脱硝脱汞一体化仅为理论研究，无实际工程案例。

垃圾发电厂烟气中的铅(Pb)可引起脱硝催化剂中毒。高翔等人采用密度泛函数理论(DFT)对V2O5/TiO2催化剂的Pb中毒机理研究表明，PbO 不仅在催化剂表面沉积，引起比表面积下降、总孔容降低等物理变化;而且 PbO 与两个 V=O活性位点发生化学反应，影响 H+ 与活性成分上氧(O)结合的静电势能，降低了催化剂表面酸性以及低温还原性。文献对PbO 中毒研究表明，PbO 对催化剂的毒化作用要介于 K2O 和 Na2O 之间。

6 As中毒

作为煤的固有成分，燃烧过程中砷(As)被氧化为气态 As2O3 ，可引起催化剂的中毒失活，特别是对于飞灰再循环的液态排渣锅炉，催化剂 As 中毒更为严重。As2O3扩散进入催化剂内部微孔，堵塞微孔孔道引起活性位点物理钝化;而且As2O3极易被O2氧化为 As2O5 ，与V2O5生成稳定的砷酸钒等物质，造成活性位点的不可逆中毒。

笔者对国内某电厂运行1,200 h的催化剂取样，进行了物化特性和脱硝性能分析。在排除碱(土)金属中毒问题情况下，相比于新鲜催化剂，运行催化剂微观比表面积下降幅度约为10%，As含量高达1.74%。即烟气中As的存在造成微观比表面积的下降和活性位点中毒，致使催化剂失活。

在有CaO存在的情况下，在1200 K 温度下，As可以结晶态砷酸钙 ( Ca3(AsO4)2) 的形态存在;温度降至700 K以下，( Ca3(AsO4)2转化为As的另外一种结晶态As2O5(s)。即Ca可以抑制砷的挥发性，使As以砷酸盐形式停留于固相中，降低对催化剂的毒化作用。燃煤过程中产生的70%的游离CaO富集在50 μm以下的粉煤灰中，含量极低，对As的固定化作用有限。

对上述催化剂失活的物理原因以及化学因素分析，一方面可以提醒催化剂厂家必须进行充分的催化剂设计参数收集，根据各电厂的不同烟气条件设计合适的催化剂;另一方面，电厂运行过程中调配燃烧时也应充分考虑对于SCR脱硝系统尤其是催化剂的影响，以免加速催化剂的失活速率等。

原标题：火电厂SCR催化剂失活机理研究综述

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