脱硝催化剂是应用于火电厂SCR脱硝系统的核心材料,以TiO2为载体,含V2O5、WO3或MoO3等活性成分,主要结构包括板式、蜂窝式和波纹板式三类。其通过催化还原反应实现
氮氧化物减排,废催化剂(钒钛系)被列为HW49类危险废物,需执行转移联单制度并优先再生利用。
最常用的催化剂为V2O5-WO3(
MoO3)/TiO2系列(TiO2作为主要载体、V2O5为主要活性成分)。
SCR商用催化剂基本都是以TiO2为载体,以V2O5为主要活性成份,以WO3、MoO3为
抗氧化、抗毒化辅助成份。催化剂型式可分为三种:板式、蜂窝式和波纹板式。
板式催化剂以
不锈钢金属板压成的
金属网为基材,将TiO2、V2O5等的混合物黏附在不锈钢网上,经过压制、锻烧后,将催化剂板组装成催化剂模块。
蜂窝式催化剂一般为均质催化剂。将TiO2、V2O5、WO3等混合物通过一种陶瓷挤出设备,制成截面为150mmX150mm,长度不等的催化剂元件,然后组装成为截面约为2m´1m的
标准模块。
波纹板式催化剂的
制造工艺一般以用
玻璃纤维加强的TiO2为基材,将WO3、V2O5等活性成份浸渍到催化剂的表面,以达到提高
催化剂活性、降低
SO2氧化率的目的。
催化剂是SCR技术的核心部分,决定了
SCR系统的
脱硝效率和
经济性,其
建设成本占
烟气脱硝工程成本的20%以上,运行成本占30%以上。近年来,美、日、德等
发达国家不断投入大量人力、物力和资金,
研究开发高效率、低成本的烟气脱硝催化剂,重视在催化剂
专利技术、技术转让、
生产许可过程中的
知识产权保护工作。
最初的催化剂是Pt-
Rh和Pt等金属类催化剂,以
氧化铝等整体式陶瓷做载体,具有活性较高和反应温度较低的特点,但是昂贵的价格限制了其在发电厂中的应用。
因此,从20世纪60年代末期开始,日本
日立、三菱、武田化工三家公司通过不断的研发,研制了
TiO2基材的催化剂,并逐渐取代了Pt-Rh和Pt系列催化剂。该类催化剂的成分主要由V2O5(
WO3)、
Fe2O3、CuO、CrOx、MnOx、
MgO、MoO3、NiO等
金属氧化物或起
联合作用的混和物构成,通常以TiO2、
Al2O3、ZrO2、SiO2、
活性炭(AC)等作为载体,与SCR系统中的液氨或
尿素等
还原剂发生
还原反应,成为了电厂SCR脱硝
工程应用的主流催化剂产品。
催化剂的设计就是要选取一定反应面积的催化剂,以满足在
省煤器出口烟气流量、温度、压力、成份条件下达到脱硝效率、氨逃逸率等SCR基本性能的设计要求;在灰分条件多变的环境下,其防堵和防磨损性能是保证SCR设备长期安全和
稳定运行的关键。
在防
堵灰方面,对于一定的
反应器截面,在相同的催化剂节距下,板式催化剂的通流面积最大,一般在85%以上,蜂窝式催化剂次之,流通面积一般在80%左右,波纹板式催化剂的流通面积与蜂窝式催化剂相近。在相同的设计条件下,适当的选取大节距的蜂窝式催化剂,其防堵效果可接近板式催化剂。三种催化剂以结构来看,板式的
壁面夹角数量最少,且流通面积最大,最不容易堵灰;蜂窝式的催化剂流通面积一般,但每个催化剂壁面夹角都是90°直角,在恶劣的烟气条件中,容易产生灰分搭桥而引起催化剂的堵塞;波纹板式催化剂流通
截面积一般,但其壁面夹角很小而且其数量又相对较多,为三种结构中最容易积灰的型式。