催化剂选型设计

2.1.1  催化剂选型设计 

SCR 催化剂选型设计是 SCR 脱硝系统设计的关键环节，主要由烟气参数、灰分组成、设计要求等决定。催化剂选型设计主要包括配方、结构、停留时间或空

间速度、系统压降、SO2 氧化率、氨氮摩尔比、目标脱硝效率等内容。 

（1）配方 

SCR 催化剂配方是指活性剂、助催剂、载体等成分配比。商业 SCR 催化剂活性剂主要为 V2O5，活性剂对催化反应起决定性作用，催化剂中V2O5 含量的不同使催化剂具有不同的最佳活性温度区间。WO3 或 Mo O3 是常用的催化剂助催剂，助催剂能加强催化剂热稳定性，提高活性、选择性和机械强度。Ti O2 

作为载体可以支撑、分散、稳定催化活性物质。根据具体工程项目中烟气的温度、NOx 含量、硫的含量、灰分的大小及 Ca、As 等元素含量等参数的大小，来确定催化剂中各成分含量的配比。 

（2）结构 

商用蜂窝式催化剂单体截面尺寸一般为 150 mm*150 mm，长度为 500 ~1300 mm。蜂窝孔道可以作为催化剂的基本组成单元，结构参数包括壁厚(δ)、节距(s)、比表面积等。壁厚和节距共同决定了催化剂孔数。根据烟气中飞灰浓度应选取适 当孔数催化剂，飞灰浓度越低，孔数越多，催化剂阻力也越大。  

（3）停留时间或空速

 通常用空间速度（Space velocity）来衡量催化剂的脱硝反应过程的充分程度。其定义如式（2 - 1）：

空速越小反应时间越长。工程上常用的单位为h−1。反应器的空间速度由试验决定。空间速度降低时 NOx 的脱除率上升，即对于给定的烟气流率，催化剂量要增加。 

（4）系统压降

 SCR 烟气脱硝系统的增加会带来上下游设备压力的变化，进而影响其他设备的运行情况。所以无论是在设计前还是运行后都要考虑 SCR 系统压力的影响。

 （5）SO2 

氧化率对于实际烟气中含有的 SO2 在脱硝过程中被氧化，SCR 反应器入口氨氮比在 1 以下，氨气理论上会在脱硝反应中反应完全，但由于催化剂老化、中毒或活性温度窗口变化，喷氨不均等造成氨逃逸。还原剂氨会与 SO3 生成硫酸氢铵或硫酸铵。硫酸氢铵黏附在下游设备会造成设备腐蚀。所以要尽量控制 SO2 转化率。

（6）氨氮摩尔比 

NSR 氨氮摩尔比定义为：

根据 SCR 反应化学方程式，对于氨参加的还原反应，理论上化学当量比为 1。反应物和脱除的 NOx 量之间有 1:1 线性关系的假设，化学反应速率和烟气中其他与 NH3 反应物质的竞争。实际燃煤锅炉 SCR 烟气脱硝系统中氨氮比选取 1~1.1 之间。

   （7）脱硝效率

 对于特定的 SCR 脱硝过程，当所选用的催化剂确定时，脱硝效率是氨氮摩尔比、反应时间、反应温度等的函数。 

实际上，影响催化剂选型的因素远不止以上几种，SCR 催化剂设计是一种挑战，只有在完整考虑了布置方式、脱硝效率、烟气组分、SO2 氧化控制、催化剂活性、脱硝系统运行情况、以及对其他设备的影响等之后，反复计算调整，才能得到适合的催化剂用量。设计流程如图