本文从催化剂热烧结、催化剂中毒、催化剂堵塞、催化剂磨损4个方面分别阐述催化剂的失活机理。

1  SCR催化剂失活原因分析

在SCR系统运行过程中，引起催化剂失活的原因主要有：催化剂的烧结、催化剂中毒、飞灰引起的催化剂堵塞、催化剂磨损等。

1.1  催化剂的烧结与活性组分挥发

烧结是催化剂失活的重要原因之一，并且这种失活是不可逆的，催化活性不能通过再生得到恢复。作为烟气脱硝催化剂载体的TiO₂：主要为锐钛型，在高温条件下晶型向金红石型转变，晶体的粒径增大，孔容与孔径减少，导致催化剂活性点位数量减少，催化活性降低。长期处于高温条件下，催化剂中的活性组分也会发生挥发性损失。适当提高催化剂中WO₃的含量可以提高催化剂的热稳定性，从而提高其抗烧结能力。一般在烟气温度高于400℃时，烧结就开始发生，如长期处于450℃以上工作温度环境下，催化剂的寿命就会大大地降低。

                   催化剂烧结                        正常催化剂

1.2  催化剂的中毒

(1) 碱金属中毒

烟气中的碱金属(主要是K和Na)与催化剂的酸活性位发生反应，生成KVO₃或NaVO₃，使其钝化，催化剂的失活程度随表面碱金属的浓度而定。在水溶性状态下，碱金属有很高的流动性，能够进入催化剂材料的内部，对催化剂产生持久的毒害作用。不同碱金属元素毒性由大到小的顺序为：Cs₂O>Rb₂O>K₂O>Na₂O>Li₂O。除碱金属氧化物以外，碱金属的盐类化合物也会导致催化剂的失活^[2~3]。

(2) 砷中毒

砷中毒是引起催化剂钝化的常见原因之一。典型的砷中毒是由于烟气中含有As₂O₃引起的，气态As₂O₃分子进入到催化剂的微孔中，与O₂和V₂O₅反应，在催化剂表面形成As₂O₅，导致催化剂活性组分的破坏，如果煤中砷的质量分数超过3 × 10^-6，SCR催化剂寿命将降低30％左右^[4~5]。

选择Mo作助催化剂，形成V₂O₅-MoO₃／TiO₂成分，可以改变砷吸附的位置，从而减少对催化活性的影响。另外，当煤中砷的含量较高时，适当混烧一些高钙灰的煤，同样可以消除砷对催化剂的活性影响，防止砷中毒。

1.3  飞灰引起的催化剂堵塞

1.3.1  催化剂的飞灰堵塞机理

煤燃烧后所产生的飞灰绝大部分为细小灰粒．由于烟气流经催化反应器的流速较小，一般为6 m/s左右，气流呈层流状态，细小灰粒聚集于SCR反应器上游，到一定程度后掉落到催化剂表面。由此，聚集在催化剂表面的飞灰就会越来越多．最终形成搭桥造成催化剂堵塞。烟气中除了细小灰粒，也可能存在部分粒径较大的爆米花状飞灰，颗粒一般大于催化剂孔道的尺寸，会直接造成催化剂孔道的堵塞。为了防止飞灰搭桥堵塞催化剂孔道．可在每层催化剂上方安装吹灰器．还可在第一层催化剂上方安装格栅网，用于拦阻、破碎大尺寸的爆米花状飞灰。

 催化剂堵塞

1.3.2  催化剂的CaSO4堵塞机理

飞灰中的CaO和SO₃ 反应生成CaSO₄ 从而导致催化剂微孔堵塞。该中毒机理分4步进行：第一步，CaO颗粒附在催化剂的微孔上；第二步，SO₃从烟气流中扩散到CaO颗粒并且将其包裹；第三步，SO3 渗透到CaO颗粒内部；第四步，SO₃ 扩散到CaO颗粒内部后．与CaO反应生成CaSO₄，使颗粒体积增大14%，从而把催化剂微孔堵死，使NH₃ 和NO无法扩散到微孔内部，导致催化剂失活。第四步反应速率大于第二步和第三步反应速率，第二步和第三步反应速率远远大于第一步反应速率，因此第一步是速率控制步骤。这说明催化剂微孔堵塞主要受烟气中的CaO浓度影响^[6]。烟气中的CaO可以将气态As₂ O₃ 固化，从而缓解催化剂砷中毒的影响，但是CaO浓度过高又会加剧催化剂的CaSO₄ 堵塞^[7]。

因此，在SCR烟气脱硝工程中，应针对具体的燃料特性和灰分成分来制定延长催化剂寿命的措施。

1.4  SCR烟气脱硝催化剂磨损

催化剂磨损是由于飞灰冲刷催化剂表面造成的。活性成分均匀分布的催化剂，受磨损的影响较小，而活性成分主要集中在表面的催化剂，受磨损的影响较大。催化剂磨损程度的影响因素有烟气流速、飞灰特性、冲击角度和催化剂本身特性等。一般来说烟气流速越大，磨损越严重；冲击角度越大，磨损越严重。

通过合理设计脱硝反应器流场，避免在反应器局部出现高流速区，可以避免催化剂出现较严重的磨损。此外带硬边的催化剂也可以有效减少飞灰对催化剂的磨损。