2.3 高温工况
        SCR催化剂适用的温度一般为320~420℃，但是即便在此温度范围内的高温段，仍然需要较多的催化剂用量才能达到基本的脱硝性能。如图7曲线a所示，烟气温度在350℃以下时，催化剂的设计用量几乎不因温度发生变化，催化剂用量主要取决于SCR系统入口NOX浓度、烟气流量、要求的脱硝效率等参数。当烟气温度超过350℃时，随着温度的增加，催化剂设计用量随温度的变化呈线性递增，特别是温度超过400℃时，体积比350℃时增加了近15%。这是因为高温是导致催化剂烧结的最大因素，而烧结必然会致使催化剂的比表面积减少，从而使脱硝活性下降。而且，高温会引起活性组分-贵金属氧化物形成多聚态晶体，多聚晶体的比表面积较小，从而与烟气的接触面积就小，催化活性相对较低。如图中曲线b所示，随着温度的增加，催化剂的失活速度明显加快。因此，对于高温运行的项目，必须进行配方优化。催化剂主要成分中，V2O5的活性是最高的，但是其抗高温烧结的能力是最低的。WO3或MoO3活性相对较低，但是具有优异的抗中毒和抗烧结能力，所以优化配方时要减少V2O5的含量，增加WO3或MoO3的含量，能在一定程度上有效提高催化剂对高温的耐受性[7]。但是，配方的改变，降低了催化剂的活性，要满足相同的性能要求，就要采用较多的体积。另一方面，在高温中催化剂失活加快，还必须留有较充足的催化剂储备体积。这两个因素共同作用，最后导致高温项目的催化剂用量一般都较多。需要强调的是，虽然通过配方优化，可以在一定程度上提高SCR催化剂在高温段的抗烧结能力，但是由于SCR催化剂本身的化学物理性能局限，其在高温烟气中的失活仍不可避免。
    
    a-催化剂体积变化 b-催化剂失活
    图7 高温对催化剂设计影响
    对于高温工况，首先应考虑通过设备改造来调节烟气温度，设法使温度降低。如果因客观条件限制，无法进行设备改造时，在催化剂选型时，应考虑适当降低对催化剂的化学寿命要求。因为在高温项目中，预留了一定量的催化剂储备体积，这部分催化剂在初始的16000小时并没有发挥出所有的活性，但是过早置于烟气中却已经遭受高温烟气对其的损害，造成一定程度的失活和化学寿命的损耗。这时，可以考虑初期化学寿命为16000小时，待16000小时终结时，只需添加不多的附加层用量，即可满足剩余8000小时的运行。如此，对于一个高温项目而言，SCR系统总的化学寿命仍为24000小时，但是总的催化剂用量比一次满足24000小时要求所需的催化剂用量要少。因此，只要通过缩短和调整催化剂的更新周期，就可以提高高温项目运行的安全性和经济性。
    另一方面，应选择活性组分均匀分布的均质催化剂，因为这类催化剂在生产时，其活性组分溶液都经过老化处理。研究表明，老化处理可在一定程度上拓宽催化剂反应温度窗口[8]。
    2.4 其他恶劣工况 
    鉴于目前国内燃煤供应日趋紧张，电厂购煤成本不断攀升的情况，电厂有时不得不燃用劣质煤种，客观上造成SCR系统要在恶劣工况下长期运行。此时，SCR催化剂的科学选型就变的尤为重要。
    2.4.1高含硫工况
    燃用高硫份煤种时，会导致烟气中SO2含量增加，即使仍能保持1%的SO2氧化率，但是氧化生成的SO3总量仍会较高。SO3会和还原剂氨NH3反应生成(NH4)HSO4(ABS)和(NH4)2SO4(AS)。硫酸氢铵是一种极其粘稠的物质，粘附在设备表面极难清除。如果粘附在催化剂表面，又会继续粘附飞灰颗粒，导致SCR催化剂积灰堵塞[9]。硫酸铵是一种干态的粉状物质，当生成量较多时，会增加烟气中的飞灰浓度，加剧催化剂的磨损，并使催化剂积灰堵塞的风险增大。为了消除或减少(NH4)HSO4对设备的粘附和腐蚀，只能在(NH4)HSO4的露点温度ADP以上喷入NH3，以使生成的(NH4)HSO4呈气态，随烟气流出SCR系统。根据拉乌尔定律，烟气中(NH4)HSO4的露点温度和气相中SO3、NH3的平衡分压有关，烟气中SO3浓度越高，平衡分压越大，则(NH4)HSO4的露点温度越高。而SCR系统的最低喷氨温度一般要高于(NH4)HSO4的露点温度，最终导致了SCR系统运行温度提高。如果实际烟气温度不高或稍高于要求的最低喷氨温度，则会导致操作弹性降低。
    此种工况进行催化剂设计时，一般不会造成催化剂用量增加，但由于最低喷氨温度较高，致使SCR反应器的布置难度增加，或者需要加装省煤器旁路，以提高SCR进口温度。在进行催化剂选型时，应选取具有低SO2氧化率配方设计的催化剂。
    2.4.2 垃圾焚烧炉、掺烧生物质燃料工况
        为了解决大量的垃圾所造成的环境污染，国家现在积极倡导利用垃圾焚烧发电的能源再生方案。为了应对燃料供应日趋紧张的局面，国家也开始利用政策导向积极推进在燃煤中掺烧一定比例的市政污泥等生物质燃料，来代替一部分燃煤，并已近在广州等少数大城市进行了试点。垃圾焚烧发电和掺烧市政污泥是解决环境污染和能源危机的较好方案，但是由此也给SCR催化剂的设计、运行提出了更高的要求。因为，垃圾和污泥中的P、Na、K、CaO等使催化剂中毒的元素含量是普通媒质中的数十倍，代用燃料的强毒性使得即使燃用时间很短，也会给催化剂带来较大危害[10]。我国普遍存在城市生活垃圾和工业垃圾不严格分类，城市污泥和工业污泥不严格分类的情况，这样就造成使用这一类代用燃料时，烟气及飞灰成分复杂不明确，包含了许多未知的催化剂毒物，极大限制了对催化剂的化学寿命评价和经济性分析。
    依据国外经验，进行此类工况的催化剂设计选型时，对催化剂的失活要着重考虑，留有较多的设计裕量和储备体积。
    3 结论
    本文讨论了国内电厂常见的几种烟气工况对催化剂设计的影响及选型对策。在高钙工况下，由于CaO会堵塞催化剂孔道和降低催化剂表面酸性，造成催化剂失活，因此需要较大的设计裕量，从而导致催化剂用量上升；高飞灰工况会使催化剂积灰堵塞的风险增大，因此应选用孔径大、截距大、烟气通过性好的催化剂型号，在飞灰硬度较大的工况，应着重考虑催化剂的磨损和断裂的风险，谨慎选择催化剂壁厚以保证运行安全；高温工况会使催化剂烧结失活的速率加快，故而要考虑较多的设计裕量，催化剂用量也会增加；在高硫份工况需要特别注意硫胺的生成，防止催化剂的中毒和下游设备的堵塞；掺烧生物质燃料的工况下，生物只燃料中的许多元素都会造成催化剂失活，应慎重考虑。
   
    参  考  文  献
    [1] Guido B, Luca L, Giangguido R, etc. Applied Catalysis B: Environmental, 1998 (18), 1~36.
    [2] 张强，许世森，王志强. 热力发电，2004（04），1~6.
    [3] Pio F. Applied Catalysis A: General. 2001(222),221~236.
    [4] Calvin H.Bartholomew. Applied Catalysis A: General, 2001(212),17~60. 
    [5] Pio F, Isabella N, Alessandra B. Catalysis Today: 2000(56), 431~446.
    [6] Stobert TR, 王剑波,George W, etc. 中国环境科学学会学术年会优秀论文集：2006,2807~2813.
    [7] Byeong WL, Hyun C, Dong WS. Journal of Ceramic Research: 2007(8), 203~207.
    [8] Smirniotis PG, Jenkins RG. Research Report of University of Cincinnati: 2002,2.
    [9] Slusher GR. “Sulfur Oxide Measurement in Aircraft Turbine Engine Exhaust.”, Report of U.S. Department of Transportation, Washington, Sep. 1975.
    [10] Zheng YJ, Jensen AD, Johnsson JE, etc. Applied Catalysis B: Environmental, 2008 (83), 186~194.