SCR 烟气脱硝催化剂失活原因分析

SCR 烟气脱硝催化剂失活原因分析

随着环保要求越来越严，氮氧化物（NO?）减排成了燃煤电厂的重要任务，而 SCR脱硝技术就是应对这一问题的 “主力军”。催化剂作为 SCR 系统的核心部件，其性能直接影响SCR 烟气脱硝系统的整体脱硝效果。其性能直接影响SCR烟气脱硝系统的整体脱硝
效果

一、SCR 催化剂是怎么工作的？

想明白催化剂为啥失活，先简单了解它的工作原理。SCR 脱硝的反应过程主要分 4 步：

1. 烟气里的氨气（NH?）跑到催化剂的 “活性位点”（相当于反应的 “工作台”）上，形成一种中间物质；

2. 烟气里的 NO 和这种中间物质继续反应；

3. 反应后生成的氮气（N?）和水（H?O）离开催化剂表面；

4. 烟气里的氧气（O?）补到 “工作台” 上，让催化剂恢复原样，继续下次反应。

简单说，只要任何因素挡住了这 4 步中的一步或几步，催化剂就没法正常工作，也就是 “失活” 了。

二、热烧结导致的不可逆损坏为啥会失活？

热烧结是催化剂最常见的 “致命伤” 之一，而且这种损坏是没法恢复的。

现在电厂常用的 SCR 催化剂大多是 V?O?-WO?-TiO?型，里面的 TiO?（锐钛型）是 “载体骨架”，V?O?是 “活性核心”，WO?是 “稳定剂”。当烟气温度超过 400℃时，“骨架” TiO?的结构会变，从锐钛型变成金红石型，导致催化剂的颗粒变大、小孔变少，“工作台”（活性位点）数量急剧减少，催化剂就 “没力气” 干活了。

1.温度对催化剂的影响很关键：

温度＜420~430℃：问题不大，催化剂慢慢 “老化”，不影响正常使用；温度＞450℃：催化剂会快速 “衰老”，寿命大幅缩短。

2.怎么防护？

优化催化剂配方：多加点 “稳定剂” WO?，增强催化剂的耐热性，让它不容易被高温 “烤” 坏；严控运行温度：国内 SCR 系统一般没有 “旁路通道”，高温烟气只能硬冲催化剂。如果锅炉吹灰器坏了、脱硝入口温度突然升高，要赶紧降低锅炉负荷，避免催化剂被高温 “烫伤”。

三、砷和碱金属的破坏

烟气里的砷和碱金属（比如钠、钾），它们会直接破坏催化剂的工作台。

1. 砷中毒

烟气里的气态 As?O?是 “元凶”，它的破坏分两步：

物理堵塞：As?O?分子特别小，能钻进催化剂的小孔里凝结，把通道堵死；化学破坏：As?O?还会和催化剂的 “活性核心” V?O?反应，生成没用的物质，让 “工作台” 彻底报废。

2. 碱金属中毒

烟气里的钠、钾等碱金属，会和催化剂的 “工作台” 反应，生成无效的化合物，覆盖在催化剂表面。尤其当水蒸气在催化剂上凝结时，碱金属会变成 “液体”，流动性变强，破坏速度会翻倍。

这里要注意：烧生物燃料（比如秸秆、木屑）的锅炉，碱金属含量更高，催化剂中毒风险也更大。

3.怎么防护？

防砷中毒：选用小孔结构更合理的催化剂，减少 As?O?堵塞；如果烧的是高钙煤，里面的 CaO 能把 As?O?变成稳定的物质，降低毒性；防碱金属中毒：控制燃料里的碱金属含量，避免水蒸气在催化剂表面凝结，减少 “液体碱金属” 的破坏。

四、飞灰和化学产物的阻碍

催化剂的工作台在内部小孔里，要是小孔被堵，氨气和 NO 就进不去，反应自然没法进行。堵塞主要来自两方面：

1. 飞灰堵塞

煤燃烧会产生飞灰，里面有细小的灰粒，也有像 “爆米花” 一样的大颗粒：

细小灰粒：烟气在反应器里流速慢（大概 6m/s），灰粒会在催化剂上方聚集，慢慢 “搭桥”，把催化剂表面堵死；大颗粒飞灰：直接卡在催化剂的小孔里，让通道彻底不通。

2. CaSO?堵塞

飞灰里的 CaO 会和烟气里的 SO?反应，生成 CaSO?（硫酸钙），这个过程分 4 步：

1. CaO 粘在催化剂的小孔上；

2. SO?扩散过来，把 CaO 包裹住；

3. SO?钻进 CaO 内部；

4. 两者反应生成 CaSO?，体积变大，直接把小孔堵死。

CaO 虽然能缓解砷中毒，但含量太高又会导致 CaSO?堵塞 —— 催化剂寿命会随着 CaO 含量先变长后变短，得找到平衡。

怎么防护？

加装 “防护装备”：在每层催化剂上方装吹灰器，定期清理灰粒；在第一层催化剂上方装格栅网，拦住大颗粒飞灰，避免直接堵塞；适配燃料：根据燃料里 CaO 和砷的含量，调整脱硝系统设计，别让 CaO 太多。

五、飞灰冲刷导致的消耗

催化剂的磨损就像石头被水流冲刷，慢慢变薄、变粗糙，主要是飞灰高速冲击催化剂表面造成的。

1.哪些因素影响磨损？

烟气流速：流速越快，飞灰冲击力越强，磨损越严重；

冲击角度：飞灰垂直冲击催化剂时，磨损最厉害；

催化剂本身：如果活性成分只集中在表面，表面磨掉了，催化剂就没用了；活性成分均匀分布的，磨损影响更小。

怎么防护？

优化设备设计：让反应器里的烟气流速均匀，避免局部流速太快，减少飞灰集中冲刷；选用耐磨催化剂：选带 “硬边” 的催化剂，增强表面耐磨性，不容易被飞灰 “冲坏”。

结语

SCR 催化剂 “罢工” 不是偶然的，主要是高温烧结、有害物中毒、通道堵塞、飞灰磨损这四大原因。搞懂这些原因，再结合电厂的锅炉特性、燃料种类和飞灰情况，针对性地优化设计、调整运行参数，就能有效延长催化剂寿命，降低脱硝系统的运维成本。